一种基于光谱仪、用于ccd探测器制冷装置的高能效智能温度控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于光谱仪、用于CCD探测器制冷装置的高能效智能温度控制系统，包括温度传感器，获取当前CCD探测器的温度并输出温度信号；温度信号处理模块，将温度信号放大并转换后输入控制模块；CCD数据采集模块，采集CCD数据，输入到主控CPU；主控CPU模块，根据CCD数据计算出CCD探测器当前的信噪比，根据信噪比大小，主控CPU模块向控制模块发出指令，控制直流制冷电源向半导体制冷TEC供电，半导体TEC改变CCD探测器的工作温度，直到信噪比不影响设备测量数据为止。
【专利说明】—种基于光谱仪、用于CCD探测器制冷装置的高能效智能温度控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及温度控制系统，尤其涉及一种基于光谱仪、用于C⑶探测器制冷装置的闻能效智能温度控制系统。
【背景技术】
[0002]CO),英文全称:Charge-coupled Device,中文全称:电荷f禹合装置。又可以成为CCD图像传感器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。具有性能稳定和灵敏度高等特点。
[0003]CCD探测器工作时的噪声主要有光子颗粒噪声、暗电流噪声、读出噪声(放大器复位噪声和输出放大器噪声)、时钟感应噪声等，尤其是在常温工作时，暗电流噪声和读出噪声特别大，这些都将对最终的数据产生影响。噪声的影响往往比可见光的影响要大得多，而噪声信号的大小与CCD探测器的当前工作温度息息相关，CCD探测器当前工作温度越高，噪声信号越大；因此，需要利用制冷装置对CCD探测器进行冷却。现有技术是在CCD探测器上加入半导体制冷TEC对CCD探测装置进行冷却，通过控制TEC制冷片的制冷面温度实现对C⑶探测器的工作温度实现控制。然而，对于一些室外使用的手持式CXD探测器来说，CXD探测器的灵敏度要求是十分严格的，其灵敏度要求的唯一标准就是CCD探测器当前的工作信噪比，所以单纯的控制CCD探测器的工作温度并不能使其工作时当前信噪比满足工作要求，只能使其接近允许的CCD探测器工作信噪比。同时，室外使用的手持式CCD探测装置的工作电池电量是十分有限的，如何保证在不影响测量稳定性和准确性的前提下，保证设备的最长工作时间是当前需要解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明设计了一种CCD探测器制冷装置的温度控制系统。该温度控制系统就是用于解决在不影响测量稳定性和准确性的前提下，使得光谱仪设备工作时间最长的问题。
[0005]为了使上述目标得以实现，本发明的技术方案为:一种基于光谱仪、用于CCD探测器制冷装置的高能效智能温度控制系统，包括:温度传感器，其与所述CCD探测器相连，用于检测所述CXD传感器实时温度，将温度信号输入到温度信号处理模块；温度信号处理模块，其与所述温度传感器相连，所述温度信号处理模块包括温度信号放大和转换单元，用于将温度信号放大并完成A / D转换；CCD数据采集模块，其与所述CCD检测器相连，用于采集所述CCD探测器的输出信号、同时输出噪声的大小以及采集物质的数据；半导体制冷器TEC,其与所述CCD探测器相连，用于为CCD探测器冷却；制冷电源，其与所述控制模块相连，用于为半导体制冷TEC供电；控制模块，其与所述温度信号模块、所述半导体制冷器TEC、所述制冷电源相连，用于温度采集和控制TEC电路；主控CPU，其与所述控制模块和所述CXD数据采集模块相连，用于计算所述CCD探测器的信噪比、接收所述CCD探测器的当前工作温度和计算当前制冷电源的电量，判断所述CCD探测器的当前工作温度和当前信噪比是否进入理想状态，向控制模块发出制冷和停止制冷指令；存储器，其与所述主控CPU相连，用于存储所述CXD探测器的工作理想工作温度区间、理想工作信噪比和工作采集数据以及工作模式。
[0006]所述温度信号处理模块包括温度信号放大单元和转换单元，所述放大单元是对所述温度传感器的温度信号进行放大处理，所述转换单元与所述放大单元相连，将所述放大单元的温度电压信号转换为可输出的数字信号。
[0007]所述主控淳朴将获得的所述CXD探测器的当前工作温度与理想工作温度对比，生成所述控制模块的TEC电路开关信号；所述主控淳朴将获得的所述CCD探测器的当前工作信噪比与理想工作信噪比对比，生成所述控制模块的TEC电路开关信号；
[0008]所述存储器用于存储所述CXD探测器的理想工作温度区间和允许最小信噪比:所述理想工作温度区间为0°C到20°C，所述允许最小信噪比为150: 1，所述工作模式为高电量工作模式和低电量工作模式。
[0009]所述制冷电源为直流3.7V锂电池，所述制冷电源种含有电池控制芯片。
[0010]本发明所述的CXD探测器制冷装置的高能效温度控制系统依CXD探测器的理想工作温度与允许最小信噪比的关系，利用控制装置调节半导体制冷器TEC，从而调节CCD探测器的工作温度和工作信噪比，实现了 CXD探测器的工作稳定性和准确性，保证了探测效果的情况下，避免了制冷电源电量的浪费。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明所述的基于光谱仪、用于CXD探测器制冷装置的高能效智能温度控制系统不意图。
[0012]图2为本发明所述的半导体制冷片TEC结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0014]一种基于光谱仪、用于C⑶探测器制冷装置的高能效智能温度控制系统，包括:CCD探测器，温度传感器，温度信号处理模块，CCD数据采集模块，半导体制冷器TEC，制冷电源，控制模块，主控CPU，存储器。
[0015]如图1所示，温度传感器，其与CXD探测器相连，用于检测CXD传感器实时温度，将温度信号输入到温度信号处理模块；温度信号处理模块，其与温度传感器相连，温度信号处理模块包括温度信号放大和转换单元，用于将温度信号放大并完成A / D转换；CCD数据采集模块，其与CCD检测器相连，用于采集CCD探测器的输出信号、同时输出噪声的大小以及采集物质的数据；半导体制冷器TEC，其与CCD探测器相连，用于为CCD探测器冷却；制冷电源，其与控制模块相连，用于为半导体制冷TEC供电；控制模块，其与温度信号模块、半导体制冷器TEC、制冷电源相连，用于温度采集和控制TEC电路；主控CPU，其与控制模块和CXD数据采集模块相连，用于计算CCD探测器的信噪比、接收CCD探测器的当前工作温度和计算当前制冷电源的电量，判断CCD探测器的当前工作温度和当前信噪比是否进入理想状态，向控制模块发出制冷和停止制冷指令；存储器，其与主控CPU相连，用于存储CXD探测器的工作理想工作温度区间、理想工作信噪比和工作采集数据以及工作模式。制冷装置包括制冷电源和半导体制冷TEC，制冷电源是3.7V的高级锂电池，电池中含有电池控制芯片。主控CPU通过读取电池控制芯片的数据获得当前状态下电池的电量。
[0016]如图2所示，是半导体制冷片简单结构。本发明采用的是由2对P型和N型半导体经并联而成，称为热电推。冷端温度可以达到零下20?零下10°C。
[0017](XD探测器的工作模式分为两种:一种是制冷电源电量高于50%时的工作模式，另一种是制冷电源电量低于50%时的工作模式。
[0018]模式一:光谱仪开机时，主控CPU通过读取电池控制芯片的数据获得当前状态下电池的电量，当判断得出电池电量高于50%时，主控CPU将从存储器中读取高电量工作模式，此时的工作模式要求为:CCD探测器的输出信号和噪声信号的比值最小为200，CCD探测器的工作温度区间为O?20°C。具体的工作过程为:C⑶探测器从C⑶探测器采集当前CXD探测器的输出信号和噪声信号的大小，输入到主控CPU，主控CPU读取程序计算获得当前状态下的信噪比是否小于200，同时，温度传感器从CXD探测器上获取当前CXD探测器的工作温度，将温度信号传入温度信号处理模块，温度信号处理模块将温度信号放大进行数模转换后输入到控制模块，主控CPU从控制模块读取当前CCD探测器的工作温度，读取程序判断C⑶探测器的工作温度是否在O?20°C的理想工作区间，从而向控制模块发出指令，控制模块向制冷电源发出开关信号，从而制冷电源向半导体制冷片TEC供电。当CCD探测器的信噪比和CCD探测器的工作温度同时满足工作模式的要求时，主控CPU向控制模块发出半导体制冷TEC关闭信号。
[0019]模式二:光谱仪开机时，主控CPU通过读取电池控制芯片的数据获得当前状态下电池的电量，当判断得出电池电量低于50%时，主控CPU将从存储器中读取低电量工作模式，此时的工作模式要求为:CCD探测器的输出信号和噪声信号的比值最小为150，具体的工作过程为:CCD探测器从CCD探测器采集当前CCD探测器的输出信号和噪声信号的大小，输入到主控CPU，主控CPU读取程序计算获得当前状态下的信噪比是否小于150，从而向控制模块发出指令，控制模块向制冷电源发出开关信号，从而制冷电源向半导体制冷片TEC供电。当CCD探测器的信噪比满足工作模式的要求时，主控CPU向控制模块发出半导体制冷TEC关闭信号。
[0020]尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
【权利要求】
1.一种基于光谱仪、用于CCD探测器制冷装置的高能效智能温度控制系统，其特征在于，包括: 温度传感器，其与所述CCD探测器相连，用于检测所述CCD传感器实时温度，将温度信号输入到温度信号处理模块； 温度信号处理模块，其与所述温度传感器相连，所述温度信号处理模块包括温度信号放大和转换单元，用于将温度信号放大并完成A/D转换； CCD数据采集模块，其与所述CCD检测器相连，用于采集所述CCD探测器的输出信号、同时输出噪声的大小以及采集物质的数据； 半导体制冷器TEC，其与所述CCD探测器相连，用于为CCD探测器冷却； 制冷电源，其与所述控制模块相连，用于为半导体制冷TEC供电； 控制模块，其与所述温度信号模块、所述半导体制冷器TEC、所述制冷电源相连，用于温度采集和控制TEC电路； 主控(PU，其与所述控制模块和所述CCD数据采集模块相连，用于计算所述CCD探测器的信噪比、接收所述CCD探测器的当前工作温度和计算当前制冷电源的电量，判断所述CCD探测器的当前工作温度和当前信噪比是否进入理想状态，向控制模块发出制冷和停止制冷指令，如果进入理想状态则发出停止制冷指令，如果没进入理想状态则发出制冷指令； 存储器，其与所述主控CPU相连，用于存储所述CXD探测器的工作理想工作温度区间、理想工作信噪比和采集工作数据以及工作模式。
2.如权利要求1所述的CCD探测器制冷装置的高能效智能温度控制系统，其特征在于，所述温度信号处理模块包括温度信号放大单元和转换单元，所述放大单元是对所述温度传感器的温度信号进行放大处理，所述转换单元与所述放大单元相连，将所述放大单元的温度电压信号转换为可输出的数字信号。
3.如权利要求1所述的CCD探测器制冷装置的高能效智能温度控制系统，其特征在于，所述主控淳朴将获得的所述CCD探测器的当前工作温度与理想工作温度对比，生成所述控制模块的TEC电路开关信号；所述主控淳朴将获得的所述CCD探测器的当前工作信噪比与理想工作信噪比对比，生成所述控制模块的TEC电路开关信号。
4.如权利要求1所述的CCD探测器制冷装置的高能效智能温度控制系统，其特征在于，所述存储器用于存储所述CCD探测器的理想工作温度区间和允许最小信噪比:所述理想工作温度区间为0°C到20°C，所述允许最小信噪比为150: 1，所述工作模式为高电量工作模式和低电量工作模式。
5.如权利要求1所述的CCD探测器制冷装置的高能效智能温度控制系统，其特征在于，所述制冷电源为直流3.7V锂电池，所述制冷电源种含有电池控制芯片。
【文档编号】F25B21/00GK103954088SQ201410155940
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】袁丁, 赵喜, 杜靖, 吴红彥 申请人:北京华泰诺安科技有限公司