CN2886523Y - 紫外增强型电定标热释电辐射计的光电自动跟踪调零装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种紫外增强型电定标热释电辐射计的光电自动跟踪调零装置，涉及测量技术领域，包括：热释电器件，前置放大器，选频放大器，同步整流器，补偿积分器，方波调制(电加热)器，平衡(激励)驱动器；当所述热释电器件接受到辐射时，输出功率差电信号，经前置放大器、选频放大器、同步整流器，使补偿积分器输出直流电压升高，电加热功率也随之上升；当两个加热功率相等时，所述热释电器件无信号输出，所述补偿积分器输入电流为零，其输出保持不变，从而自动调节电功率等于光功率。本实用新型公开的光电自动跟踪调零装置能够自动实现电加热探测器表面和光加热探测器表面具有相同效应，而使探测器达到热平衡。
Description
技术领域
本实用新型涉及测量技术，特别是涉及一种对紫外辐射功率测量的紫外增强型电定辐射计的自动跟踪平衡控制技术。
背景技术
目前在对紫外辐射的测量技术中，对紫外辐射功率的测量有两种方法，一种是使用标准光源，一种是使用标准探测器。这两种方法都要经过一系列的量值，从而使得传递的累积误差不断增加，影响了最终测量的结果。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够自动实现电加热探测器表面和光加热探测器表面具有相同效应，而使探测器达到热平衡的紫外增强型电定标热释电辐射计的光电自动跟踪调零装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型所提供的一种紫外增强型电定标热释电辐射计的光电自动跟踪调零装置，包括：
一热释电器件，用于输出功率差电信号；
一前置放大器，输入端连接所述热释电器件，用于功率差电信号的放大；
一选频放大器，输入端连接所述前置放大器的输出端，用于功率差电信号的选频滤波，所述选频放大器调在基波频率上，以滤除通带外的噪声，减小同步整流器的过载；并滤除信号中的高次谐波；
一同步整流器，输入端连接所述选频放大器的输出端，对信号进行同步整流；
一补偿积分器，输入端连接所述同步整流器的输出端，对信号进行补偿积分，所述补偿积分器决定着系统的频率响应，并以很高的直流增益来稳定系统；
一方波调制(电加热)器，输入端连接所述补偿积分器的输出端，用于将补偿积分器输出的直流信号转变为极性交变的电加热信号；
一平衡(激励)驱动器，输入端连接所述方波调制(电加热)器的输出端，参考输入端连接参考信号源，并由参考信号源输入参考方波，平衡(激励)驱动器产生两路波形对称的电压输出，进行推挽激励，给热释电(探测)器件以电学加热；
当所述热释电器件接受到辐射时，所述补偿积分器输出直流电压升高，电加热功率也随之上升，当两个加热功率相等时，所述热释电器件无信号输出，所述补偿积分器输入电流为零，其输出保持不变，从而自动调节电功率等于光功率。
进一步地，所述前置放大器为高反馈阻抗，低噪声的电流放大模式的前置放大器。
进一步地，所述选频放大器为二阶带通滤波器。
进一步地，所述同步整流器的同步信号由解调参考信号给出，解调参考信号和参考信号相比较有一定相移，以保证选频输出信号的同步。
进一步地，所述补偿积分器设单向积分电路，后端接有限幅保护电路和跟随缓冲器。
利用本实用新型提供的紫外增强型电定标热释电辐射计的光电自动跟踪调零装置，由于电定标辐射计可直接把光辐射度量和电量联系起来，通过测量电量得到光功率值(注：这里测量的是电加热探测器和光加热探测器平衡时的电功率，而不是探测器输出的电信号值)。由于电功率的测量能够有很高的精度，因此这也就提高了对光功率测量的精度。
它的核心装置光电自动平衡装置可自动跟踪光辐射大小，并同时产生可自动调节的电功率脉冲去加热热释电探测器表面，当探测器表面受到的光加热和电加热达到热平衡时，探测器输出为零。也就是说，该自动平衡伺服系统能够自动实现电加热探测器表面和光加热探测器表面具有相同效应，而使探测器达到热平衡。使用这种方法就可以将光学定标的溯源问题转化为对电学标准的溯源，而不是使用如黑体这种光学标准。这样就大大提高了精确度。
附图说明
图1是本实用新型实施例的光电自动跟踪调零装置的原理框图；
图2是本实用新型实施例的前置放大器的电路原理图；
图3是本实用新型实施例的选频放大器的电路原理图；
图4是本实用新型实施例的同步整流器的电路原理图；
图5是本实用新型实施例的补偿积分器的电路原理图；
图6是本实用新型实施例的电加热方波调制器和平衡激励驱动器的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本实用新型的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围。
本实用新型实施例所提供的一种紫外增强型电定标热释电辐射计的光电自动跟踪调零装置原理方框图如图1所示，包括：
一热释电器件，用于输出功率差电信号；
一前置放大器，输入端连接热释电器件，用于功率差电信号的放大；
一选频放大器，输入端连接前置放大器的输出端，用于功率差电信号的选频滤波，选频放大器调在基波频率上，以滤除通带外的噪声，减小同步整流器的过载；并滤除信号中的高次谐波；
一同步整流器，输入端连接选频放大器的输出端，对信号进行同步整流；
一补偿积分器，输入端连接同步整流器的输出端，对信号进行补偿积分，补偿积分器决定着系统的频率响应，并以很高的直流增益来稳定系统；
一方波调制(电加热)器，输入端连接补偿积分器的输出端，用于将补偿积分器输出的直流信号转变为极性交变的电加热信号；
一平衡(激励)驱动器，输入端连接方波调制(电加热)器的输出端，参考输入端连接参考信号源，并由参考信号源输入参考方波，平衡激励驱动器产生两路波形对称的电压输出，进行推挽激励，给热释电(探测)器件以电学加热；
当热释电器件接受到辐射时，补偿积分器输出直流电压升高，电加热功率也随之上升，当两个加热功率相等时，热释电器件无信号输出，补偿积分器输入电流为零，其输出保持不变，从而自动调节电功率等于光功率。
光电自动平衡装置的各个部分具体如下：
前置放大器：热释电器件是一个电流型探测器，参见图2所示，前置放大器为电流放大模式。元件的绝缘电阻高达100GΩ，电容约400pf。为了能够将输出的电信号放大，并能够使电阻相匹配。所以要求前置放大输入级必须使用高反馈阻抗，低噪声的电流型前置放大器；
在所示电路中，选用具有极高信噪比和高输入阻抗的精密运放OPA111，反馈电阻使用10GΩ的高阻。为了保证运放工作稳定，设计了精密滤波稳压电路，为运放提供稳定的电压。
选频放大器：选频放大器采用二阶带通滤波器。参数选择按照二阶带通滤波器计算公式计算可得，可先确定电容值，然后求出其它电阻阻值。参见图3所示，选频放大要求中心频率为14Hz，Q值尽量的大，增益Gt约为6。Q约为4，以保证在频率有变化时，不影响系统的测量精度。
同步整流器：参见图4所示。对信号进行同步整流，同步信号由解调参考信号给出，解调参考信号和参考信号相比较有一定相移，保证选频输出信号的同步。其中对开关场效应管的要求是：导通时，饱和压降及导通电阻约小越好；夹断时，夹断电阻越高越好；还要求极间电容小，以减小解调参考方波的耦合尖峰干扰。
补偿积分器：将整流信号转为直流信号，在光功率和电功率相等时，经过电路的自动调整后，这里的输出的电压值保持恒定。由于功率是正值，所以补偿积分器采用单向积分器，如图5见所示。运算放大器采用高输入阻抗、低噪声、高精度的运算放大器，电容C采用高绝缘电阻涤纶电容。为了降低输出阻抗，并在任何情况下不会有高于10V的电压输出，后面设计接有限幅保护电路和跟随缓冲器。积分时间常数设定在8秒。
对于单向积分器，当接受的辐射为负值(目标辐射低于斩波器叶片辐射)时，仪器将得到一个虚假的零点。为避免由于积分器失调引起的误差，采用电学补偿伺服回路的办法，调节电位器RV1，使电功率总是比光功率大一个值，在读取功率的数值前再减去这个值，从而使系统能够测量功率为负输入的值。
电加热方波调制器和平衡激励驱动器：由于热释电器件是一个容性器件，而加热信号加在探测器的上电极上，会存在将加热的电信号耦合到前放输入端。这就存在加热电信号被容性耦合到前放输入端的问题。这个问题是很重要的问题，否则将直接影响电路的正常工作。解决的办法就是采用平衡激励电路，在元件加热器两端加上大小相等、方向相反的两个加热电压，如图6所示。在加热器的中间建立一个虚地，从而使得容性耦合信号抵消。另外，每隔一个周期加热信号极性反相，这就降低了加热电信号的基波频率，从而使容性耦合信号进一步的减小。根据上述要求，本实用新型实施例的方波调制器及平衡驱动器的电路原理图如图6所示。
本实用新型实施例所提供的紫外增强型电定标热释电辐射计的光电自动跟踪调零装置原理：入射的光辐射被斩波器调制成低频的14Hz方波，同时在电路设计中将探测器表面的金黑电阻上的加热电功率也调制成14Hz方波，在金黑电阻Rd上产生电压，两者频率相同，相位差180度，交替加热元件，元件输出的信号的大小与光加热和电加热的功率差成正比。一般情况下，由于在测量单色的紫外光辐射时，单色的紫外光辐射能量很弱，所以为了测量夹杂在噪声中的微弱光信号，系统设计使用了增大时间常数的方法提高灵敏度，从而提取出微弱信号。
Claims (5)
1、一种紫外增强型电定标热释电辐射计的光电自动跟踪调零装置，其特征在于，包括：
一热释电器件，用于输出功率差电信号；
一前置放大器，输入端连接所述热释电器件，用于功率差电信号的放大；
一选频放大器，输入端连接所述前置放大器的输出端，用于功率差电信号的选频滤波，所述选频放大器调在基波频率上，以滤除通带外的噪声，减小同步整流器的过载；并滤除信号中的高次谐波；
一同步整流器，输入端连接所述选频放大器的输出端，对信号进行同步整流；
一补偿积分器，输入端连接所述同步整流器的输出端，对信号进行补偿积分，所述补偿积分器决定着系统的频率响应，并以很高的直流增益来稳定系统；
一方波调制器，输入端连接所述补偿积分器的输出端，用于将补偿积分器输出的直流信号转变为极性交变的电加热信号；
一平衡驱动器，输入端连接所述方波调制器的输出端，参考输入端连接参考信号源，并由所述参考信号源输入参考方波，所述平衡驱动器产生两路波形对称的电压输出，进行推挽激励，给热释电器件以电学加热；
当所述热释电器件接受到辐射时，所述补偿积分器输出直流电压升高，电加热功率也随之上升，当两个加热功率相等时，所述热释电器件无信号输出，所述补偿积分器输入电流为零，其输出保持不变，从而自动调节电功率等于光功率。
2、根据权利要求1所述的紫外增强型电定标热释电辐射计的光电自动跟踪调零装置，其特征在于，所述前置放大器为高反馈阻抗，低噪声的电流放大模式的前置放大器。
3、根据权利要求1所述的紫外增强型电定标热释电辐射计的光电自动跟踪调零装置，其特征在于，所述选频放大器为二阶带通滤波器。
4、根据权利要求1所述的紫外增强型电定标热释电辐射计的光电自动跟踪调零装置，其特征在于，所述同步整流器的同步信号由解调参考信号给出，解调参考信号和参考信号相比较有一定相移。
5、根据权利要求1所述的紫外增强型电定标热释电辐射计的光电自动跟踪调零装置，其特征在于，所述补偿积分器设单向积分电路，后端接有限幅保护电路和跟随缓冲器。
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|---|---|---|---|---|
| CN105092054A (zh) * | 2015-07-28 | 2015-11-25 | 昆明物理研究所 | 一种用于热释电非制冷红外焦平面探测器的测试评价装置 |
| CN106768389A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-05-31 | 北立传感器技术（武汉）有限公司 | 一种基于电流式弛豫铁电单晶热释电探测器及其制备方法 |
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2006
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