专利名称：一种微型光纤光谱仪恒温控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于微型光纤光谱仪恒温的装置，尤其是TEC温控器。
背景技术：
光谱仪(Spectroscope)是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或衍射光栅等构成，利用光谱仪可测量物体表面反射的光线。通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影，或电脑化自动显示数值仪器显示和分析，从而测知物品中含有何种元素。这
种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中。近年来随着CCD阵列探测技术及光纤技术的逐渐成熟，微型光纤光谱仪在上述领域中的应用前景日益广阔。CCD光谱仪设有恒温箱、TEC驱动模块、风扇等部分。这种光谱仪具有体积小巧、便于携带，适应不同工作场所及工艺条件，技术精度较高等优势；但是也存环境温度敏感性较强的缺点，温度的较大波动会导致光谱仪内置的微型光学机械系统中某些器件发生热变形而导致聚焦不准、光线偏移等问题，同时也会使CCD探测器的信噪比严重降低。因此，有效的恒温及换热方式成为保证微型光纤光谱仪可靠运行的重要条件。发明内容本实用新型的目的在于提供一种微型光谱仪恒温控制装置，解决CCD光谱仪中光学器件温度稳定性的问题。本实用新型通过以下技术方案实现一种微型光谱仪恒温控制装置，其特征是它包括主控制器、TEC驱动电路、模拟量调理电路、风扇驱动电路、温度调理电路和两路温度传感器；所述TEC驱动电路和风扇驱动电路的控制端分别与主控制器连接，TEC驱动电路的输出与光谱仪的TEC模块连接，风扇驱动电路的输出与光谱仪的风扇连接；所述模拟量调理电路的采样端接TEC驱动电路，模拟量调理电路的信号输出端与主控制器连接；所述两路温度传感器的输出分别连接温度调理电路，温度调理电路的输出端与主控制器连接。本实用新型中TEC驱动电路设有MOS管QU Q2、Q3、Q4，电感LI、L2，负载Rl、R2，电容 C1、C2、C3、C4。其中Q1、Q3、C1、L1、C3、R1构成了上端同步整流BUCK变换器，输出电压为V+ ；Q2、Q4、C2、L2、C4、R2构成了下端同步整流BUCK变换器，其输出电压为V-;V+和V-输出分别连接到TEC模块的正极和负极。其中，模拟量调理电路包括差分电路、放大电路和A/D转换电路。其中，主控制器还设有串口模块，该串口模块用于连接人机界面，或作为调试接□。其中，主控制器还设有CAN总线接口，该接口用于光谱仪恒温控制器与上位机连接。二路温度传感器一路设于恒温箱内部，另一路设于恒温箱外部，分别测量恒温箱内部温度和外部温度。
图I是本实用新型的总体控制框图。图2是TEC驱动模块主电路。图3是模拟量采样和保护电路。图中11_主控芯片；12_串口 ；13_CAN总线接口 ；21_电源；31_外接风扇；32_风扇驱动电路；41_温度调理电路；42_温度传感器；43_温度传感器；51-TEC模块；52_TEC驱动电路；53-模拟量调理电路。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的技术方案具体描述如下如图I所示，本实用新型的微型光谱仪恒温控制装置，它包括主控制器、电源21、TEC驱动电路52、模拟量调理电路53、风扇驱动电路32、温度调理电路43和两路温度传感器 41、42。主控制器采用ARM7主控芯片11，它自带AD转换模块、PWM模块、CAN总线接口 13和串口 12，用于温度采集、模拟量采集、PWM输出和通讯。电源21为模块电源，用于给控制电路和功率电路供电，型号为4NIC-X96。温度采集模块包含两路温度传感器，一路安装在恒温箱内部，一路安装在恒温箱外部，将温度传感器的信号经过调理后送至主控芯片的AD 口转成数字量，经计算后，控制TEC驱动模块的输出极性和输出功率，控制外部安装的对流风扇的工作状态。温度传感器41安装在恒温箱内部，其输出经调理电路43后送到主控芯片11的ADC管脚，转成数字量后和预设定的温度值进行对比计算，根据计算结果调整主控芯片11输出PWM波的占空比，来调整TEC驱动电路的输出功率和输出极性。温度传感器42安装在恒温箱外部，用来检测环境温度，其输出经调理电路43后送到主控芯片11的ADC管脚，转成数字量后和预设的环境温度及恒温箱内部温度进行对比，根据对比结果控制安装在恒温箱外部的对流风扇31的工作状态。模拟量调理模块将TEC驱动模块的模拟量信号经过调理后送至主控芯片的AD口，根据采集到的数字量对主电路做过压、过流保护。模拟量调理电路53采样TEC驱动电路的输入电压、输出电压和输出电流，将调理结果送到主控芯片11的ADC管脚，转成数字量后参与控制PWM波的调制，控制TEC驱动电路的输出功率；并参与过压、过流的保护控制，保护主电路的功率器件和TEC模块。具体工作如图3所示，由于驱动电路输出极性可变，即输出电压电流为差分信号，并且既有正值，也有负值，为一交流量，所以模拟量首先经过了一个差分电路，将差分信号转成了一个单端信号，再经过了一级同相放大电路，将信号放大后和一个参考电平相加，将交流量转成了可供ADC直接转换的直流信号，该直流信号也是硬件保护电路的输入。如图3所示，正常工作时，输出信号SDn为高电平，当ADC 口的直流信号大于CSO是为正向过流保护，此时将SDn拉低，输出保护信号，同理，当ADC 口的直流信号小于CSl时为反向过流保护。串口 12用作程序升级接口，通过该接口可方便的更新程序；或作为人机界面接口，可外接显示模块和按键；也可用作调试接口等功能。CAN总线接口 13用于将温控器连接到整个系统的总线上，和系统的其他控制器交换数据，将温控器的信息送至上位机显示，通过上位机设置温控器的运行方式、设定。如图2所示，TEC驱动电路为一双BUCK电路，该电路具有双极性输出，主控芯片可控制TEC的输出极性来实现制冷或制热，并且根据需要调整TEC的输出功率。TEC驱动电路为一双BUCK变换器，Vin为输入电压，Q1、Q2、Q3、Q4为MOSFET，L1、L2为电感，R1、R2为假负载。其中Q1、Q3、C1、L1、C3、R1构成了上端同步整流BUCK变换器，输出电压为V+，Q2、Q4、C2、L2、C4、R2构成了下端同步整流BUCK变换器，其输出电压为V-。V+和V-分别连接的TEC模块的正负极，所以TEC模块的输入电压为V+减V-;其中Ql和Q4共用一路PWM驱 动，Q2和Q3共用一路PWM驱动，通过调整PWM驱动的占空比可以调节V+和V-的值，即可调整TEC模块输入电压的大小和正负，起到调节输出功率和输出极性的功能，从而实现TEC模块加热和制冷功能。风扇驱动电路用于驱动散热器上安装的对流风扇，用来驱动对流风扇工作。
权利要求1.ー种光谱仪恒温控制装置，其特征是它包括主控制器、TEC驱动电路、模拟量调理电路、风扇驱动电路、温度调理电路和两路温度传感器； 所述TEC驱动电路和风扇驱动电路的控制端分别与主控制器连接，TEC驱动电路的输出与光谱仪的TEC模块连接，风扇驱动电路的输出与光谱仪的风扇连接； 所述模拟量调理电路的采样端接TEC驱动电路，模拟量调理电路的信号输出端与主控制器连接； 所述两路温度传感器的输出分别连接温度调理电路，温度调理电路的输出端与主控制器连接。
2.根据权利要求I所述光谱仪恒温控制装置，其特征是所述TEC驱动电路设有MOS管Ql、Q2、Q3、Q4,电感 LI、L2，负载 RU R2 和电容 Cl、C2、C3、C4。
3.根据权利要求I所述光谱仪恒温控制装置，其特征是所述模拟量调理电路包括差分电路、放大电路和A/D转换电路。
4.根据权利要求I所述光谱仪恒温控制装置，其特征是所述主控制器还设有串ロ模块。
5.根据权利要求I所述光谱仪恒温控制装置，其特征是所述主控制器还设有CAN总线接ロ。
6.根据权利要求I所述光谱仪恒温控制装置，其特征是所述ニ路温度传感器一路设于恒温箱内部，另一路设于恒温箱外部。
专利摘要本实用新型为解决微型光纤光谱仪中光学器件温度稳定性的问题，提供一种微型光纤光谱仪恒温控制装置，它包括主控制器、电源、TEC驱动电路、模拟量调理电路、风扇驱动电路、温度调理电路和两路温度传感器；TEC驱动电路和风扇驱动电路的控制端分别与主控制器连接，TEC驱动电路的输出与光谱仪的TEC模块连接，风扇驱动电路的输出与光谱仪的风扇连接；模拟量调理电路的采样端接TEC驱动电路，模拟量调理电路的信号输出端与主控制器连接；两路温度传感器的输出分别连接温度调理电路，温度调理电路的输出端与主控制器连接，串口模块用于连接人机界面，或作为调试接口，CAN总线接口用于光谱仪恒温控制器与上位机连接。
文档编号G05D23/19GK202512457SQ20122017890
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者凌雁波, 张西谋, 曲震, 武善磊, 汤光华, 王新培, 陈书建 申请人:南京国电环保科技有限公司