一种用于面源黑体的温度控制电路的制作方法

本实用新型属于红外光谱探测领域的红外成像标定技术，具体涉及一种用于红外成像光谱仪在线标定面源黑体的温度控制电路。

背景技术：

红外技术广泛运用于红外光谱探测领域，为了保证红外设备能够充分、有效以及正确的发挥作用，必须对红外成像光谱设备进行校准或者标定，以保证其测量值的准确性。精密黑体辐射源是校准红外设备的重要装置，使红外设备的测量值得到准确标定。

半导体加热制冷片（TEC）利用新的加热制冷技术，具有体积小、响应速度快、高精度、无制冷剂以及易于实现等特点在微小型温度控制系统领域有着广泛的应用。采用半导体加热制冷片作为执行元件，能够设计实现加热制冷双向控制的小型面源黑体。

某型红外成像光谱仪中集成了可用于在线标定的面源黑体，在校准过程中，黑体需进行加热制冷双向温度调节，以实现光谱仪快速校准。黑体温控精度直接影响光谱仪反演计算结果，这就需要对面源黑体的温度进行高精度控制，保证光谱仪的测量值的准确性。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于根据现有技术的不足，设计一种用于红外成像光谱仪在线标定面源黑体的温度控制电路，能够实现对红外成像光谱仪中集成的面源黑体进行高精度温度控制。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于面源黑体的温度控制电路，其特征在于：包括温度采样电路，用于测量黑体的温度；A/D转换电路，用于对温度采样电路测量的黑体温度值进行A/D转换；微处理器，用于接收A/D转换电路反馈的黑体温度测量值；可变电源电路，通过电源芯片输出两路不同的电压到黑体的正负输入端；所述的温度采样电路、A/D转换电路、微处理器和可变电源电路顺序连接；所述的微处理器将黑体温度测量值与控制输入值通过PID控制计算得到控制量，并通过SPI接口控制可变电源电路输出，进而调整黑体中TEC的两个输入端的压差，实现对黑体的温度控制。

所述的一种用于面源黑体的温度控制电路，其温度采样电路采用双路运放芯片OPA2320、两条恒定电流提供探测线和两条未知电阻电压降探测线组成的四线制电阻检测电路，所述的未知电阻为铂电阻传感器R6。

所述的一种用于面源黑体的温度控制电路，其A/D转换电路包括A/D转换芯片ADS8325以及与其连接的4路串行电路。

所述的一种用于面源黑体的温度控制电路，其微处理器采用TI公司的TMS320F28335芯片，所述的铂电阻传感器R6采用PT100。

所述的一种用于面源黑体的温度控制电路，其可变电源电路采用两路数字电位计连接电源芯片，控制电源芯片输出两路不同的电压。

进一步，所述的数字电位计采用AD公司的数字电位器AD5270。

更进一步，所述的可变电源电路包括电源芯片LTM4622A以及与其连接的两路电源电路，每一路所述的电源电路的输入端均设置有AD5270，每一个所述的AD5270均与微处理器上的SPI接口相连接，两路所述的电源电路的输出端分别与黑体中的TEC的正负极输入端相连接。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型所述电路可以完成对光谱仪中在线标定面源黑体高精度温度控制。

2.本实用新型采用可变电源电路控制黑体，相比于PWM控制节省了庞大的滤波整形电路以及驱动器，有利于减少电路尺寸。

附图说明

图1是本实用新型的总体电路设计框图；

图2是本实用新型的四线制电阻检测电路；

图3是本实用新型的A/D转换电路；

图4是本实用新型的可变电源电路原理图；

图5是本实用新型的TEC控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1所示，本实用新型公开了一种用于红外成像光谱仪在线标定面源黑体的温度控制电路，包括微处理器以及分别连接在微处理器上的A/D转换电路和可变电源电路，还包括与A/D转换电路相连接的温度采样电路，所述的可变电源电路和温度采样电路分别与黑体相连接，所述的微处理器采用TI公司的TMS320F28335芯片。处理器接收A/D转换电路反馈的测温电路对黑体温度的测量值，测量值与控制输入值通过PID控制计算得到控制量，并通过SPI接口控制可变电源电路输出，进而调整黑体中TEC的输入电压，实现对黑体的温度控制，以达到红外成像光谱设备标定的需求，保证光谱仪测量的准确性。

参照图2所示，所述的温度采样电路采用四线制电阻检测电路对铂电阻传感器R6的阻值进行测量，所述的四线制电阻检测电路包括双路运放芯片OPA2320、两条恒定电流提供探测线和两条未知电阻电压降探测线。当测量电阻数值很小时，探测线的电阻可能引入明显误差，四线制电阻检测电路用两条附加探测线提供恒定电流，另两条探测线测量未知电阻的电压降，在运放输入阻抗足够高的条件下，电流几乎不流过运放，这样就可以精确测量未知电阻上的压降，计算得出电阻值并通过A/D转换电路反馈到微处理器。所述的未知电阻为铂电阻传感器R6，所述的铂电阻传感器R6采用PT100。所述的四线制电阻检测电路采用双路运放芯片OPA2320,对铂电阻传感器R6进行电阻值测量，经过放大后测量值VPT1，通过A/D转换电路获得铂电阻传感器R6的电阻值。

参照图3所示，所述的A/D转换电路包括高精度、低功耗的 16位串行逐次逼近型A/D转换芯片ADS8325以及与其连接的4路串行电路。所述的A/D转换芯片ADS8325其转换速率最大可达到 100KHz，其电路连接简单，由于采用串行结构，可以较少地占用控制器资源。基准电压使用的是5V基准电压源，片选和时钟信号由微处理器的TMS320F28335芯片给出。输入为铂电阻传感器R6的电阻测量值VPT1，电路采用的是单端输入，其负输入端接固定接地，所以其输入电压范围为0-5V。

参照图4所示，所述的可变电源电路包括电源芯片LTM4622A以及与其连接的两路电源电路，每一路所述的电源电路的输入端均设置有数字电位器AD5270，每一个所述的数字电位器AD5270均与微处理器上的SPI接口相连接，两路所述的电源电路的输出端分别与黑体中的TEC的正负极输入端相连接。所述的电源芯片LTM4622A为1.5V至12V可调双路输出的芯片，单路输出电流可达3A，能够满足TEC额定电压以及功率的需求，所述的电源芯片LTM4622A控制两路电源电路输出两路不同的电压，进而控制黑体中的TEC。

处理器依据公式1)，通过SPI口配置数字电位器，达到电源芯片所需的电阻值、的输出：

1)

其中D为数字电位器码值；R为总电阻值；

电源芯片对输入的两路电阻值依据公式2）输出电压、：

2)

图5为本实用新型TEC控制流程，系统上电后DSP处理器TMS320F28335管脚进行初始化，并且初始化串口、SPI通信模块（前面是SPI接口），定时器开始定时。定时器每秒20次进行中断进行温度读取。接下来初始化控制参数，控制温度T2。之后通过SPI通信模块对ADS8325进行初始化，PT100测量的温度信号进行放大后通过ADS8325进行AD转换，DSP通过SPI模块读取AD转换后的温度值T1。通过T1和T2进行比较对黑体进行加热或者制冷动作。DSP控制器给出和的差值来控制控制TEC温度，如果加热，如果则制冷，直到设定的温度值T2与实时测量的温度值T1相等为止。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。