一种小型化且模块化的红外探测器电子学系统的制作方法

本发明涉及探测技术领域，特别涉及一种小型化且模块化的红外探测器电子学系统。

背景技术：

近年来，随着红外焦平面探测器的发展，红外谱段探测器已经广泛应用于航空航天探测、大气成分分析以及军事国防等领域，其中制冷型红外探测器以其灵敏度高、探测距离远等特点，在精确测量中占有一席之地。

随着应用的越来越多，对红外探测器成像电子学系统也提出了越来越高的要求，传统航空航天项目中，红外探测器成像电子学系统有单独的电箱，为了固定安装电箱还需要额外增加机械结构，存在重量大、功耗高等缺点；同时每个项目仅针对本项目的任务指标和性能参数进行开发，缺乏共性设计的提炼，无法应用到其他项目中，造成一定程度上的重复和浪费。

未来小型化、模块化是红外成像电子学系统的两个发展方向，小型化可以有效减小整个系统的尺寸和重量，应用于对空间和重量要求更苛刻的环境，同时更小的系统意味着功耗更低。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种小型化且模块化的红外探测器电子学系统，其核心板采用模块化设计，只需简单更换阻容器件或同封装的电源模块，即可应用于不同探测器的开发，最大程度上保证系统的通用性，缩短开发时间，降低开发成本，同时又兼顾灵活性。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种小型化且模块化的红外探测器电子学系统，包括用于与红外探测器连接的头部板和用于与输出接口连接的尾部板，其中，还包括用于处理从所述头部板传输来的红外图像的数据和电压值且将处理后的图像数据传输至所述尾部板的核心板；所述核心板采用模块化设计。

作为本发明的一种改进，所述核心板内设置处理模块，所述处理模块包括：

电源供电单元，用于提供电源的；

图像采样单元，用于从所述头部板采集模拟图像信号并对其进行调压、去噪转换成数字图像信号；

温度采样单元，用于从所述头部板采集探测器的焦平面温度以及环境温度；

fpga控制单元，用于接收所述图像采样单元发送的数字图像信号和所述温度采样单元发送的温度数据及处理数字图像信号、温度数据并按需求进行数据整合打包；

驱动单元，用于将所述fpga控制单元产生的探测器时序转换成所需电压提供给所述头部板。

作为本发明的更进一步改进，所述图像采样单元采用4路集成运算放大器ad8024以及4路集成模数转换器ltc2325。

作为本发明的更进一步改进，所述温度采样单元采用芯片ads1281。

作为本发明的更进一步改进，所述驱动单元采用芯片sn74act245。

作为本发明的更进一步改进，所述核心板内设置有两块电路板，两块所述电路板通过柔性板连接，所述处理模块集成在所述电路板上。

作为本发明的更进一步改进，所述头部板可连接不同类型及型号的探测器。

作为本发明的更进一步改进，所述尾部板可根据不同的接口要求设计对应的接口芯片。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明内头部板和尾部板根据不同探测器以及接口要求，定制化设计，满足不同项目特殊性需求，其核心板采用模块化设计，只需简单更换阻容器件或同封装的电源模块，即可应用于不同探测器的开发，最大程度上保证系统的通用性，缩短开发时间，降低开发成本，同时又兼顾灵活性；模块化可以最大程度的在不同应用项目中采用共性技术，缩短系统开发时间，降低开发成本。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的功能框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1，本发明的一种小型化且模块化的红外探测器电子学系统，包括用于与红外探测器连接的头部板、用于与输出接口连接的尾部及用于处理从所述头部板传输来的红外图像的数据和电压值且将处理后的图像数据传输至所述尾部板的核心板；核心板采用模块化设计。

在核心板内设置处理模块，处理模块包括：

电源供电单元，用于提供电源的；

图像采样单元，用于从头部板采集模拟图像信号并对其进行调压、去噪转换成数字图像信号；

温度采样单元，用于从头部板采集探测器的焦平面温度以及环境温度；

fpga控制单元，用于接收图像采样单元发送的数字图像信号和温度采样单元发送的温度数据及处理数字图像信号、温度数据并按需求进行数据整合打包。

驱动单元，用于将fpga控制单元产生的探测器时序转换成所需电压提供给头部板。

在本发明内，头部板内设置有电源模块和阻容器件，头部板可连接不同类型及型号的探测器；尾部板可根据不同的接口要求设计对应的接口芯片。

在本发明内，图像采样单元采用4路集成运算放大器ad8024以及4路集成模数转换器ltc2325，温度采样单元采用芯片ads1281，驱动单元采用芯片sn74act245；具体地讲，核心板作为整个电子学系统的核心部分，采用模块化设计，设计之初即考虑适应不同的红外探测器需要，其包括以下单元：驱动单元、图像采样单元、温度采样单元、fpga控制单元、电源供电单元，其中驱动单元选择芯片sn74act245，该芯片最多可驱动8路时序信号，根据探测器电压要求，设置芯片输出电压；图像采样单元的核心芯片为4路集成运算放大器ad8024以及4路集成的模数转换器ltc2325，现阶段红外探测器的输出抽头通常为1、2、4路，ad8024可以同时调整4路探测器模拟输出电压，增加其驱动能力，随后将图像模拟信号传递给ltc2325，ltc2325包括四路通道，单通道速率为5msps，16bit量化串行输出，差分输入接口可提高模拟信号抗干扰能力，典型信噪比82db；图像采样单元最多可以将4路图像信号转换成16bit量化的数字信号，然后传输给fpga控制单元进行数据处理和整合，根据不同项目的接口要求，将所需数据传递到核心板的输出接口(高速微型连接器)，此外由于红外探测器的输出对温度变化非常敏感，温度采样单元采用芯片ads1281，32bit量化，最大信噪比130db，我们利用温度采样单元实时采集探测器焦平面温度以及环境温度，以此对红外图像数据进行校正，提高系统在不同温度下的可靠性和准确性，同时电源供电单元为整个系统提供各种所需电源，设计时考虑不同探测器的需求，只需简单更换阻容器件或同封装的电源模块，即可适应不同设计需要。

在本发明内，核心板内设置有两块电路板，两块电路板通过柔性板连接，处理模块集成在电路板上。

在本发明内，头部板用来连接核心板与不同的红外探测器，并针对不同探测器的需求，放置电源模块以及阻容器件；核心板用来处理代表红外图像的电压值，对其进行调整电压、数字量化、图像整合等操作；尾部板用来接收核心板处理后的图像数据，根据不同任务需求，提供不同的接口标准，输出图像数据到可视设备。

在本发明内，头部板作为成像电子学系统中唯一直接与红外探测器连接的部分，无法做到不同的探测器共用相同的头部板，它需要根据不同探测器的管脚排布方式，专门设计使之一一对应，同时根据探测器各自所需的偏置电压采用不同的电源模块，为不同的探测器供电。

在本发明内，尾部板是整个电子学系统的输出单元，需要根据不同项目的需求定制开发，根据不同的接口要求，选择对应的接口芯片，按照对应的接口规范将数据进行整合输出。

针对不同的项目需求，本发明的核心板无需二次开发，只需微调即可适应不同的探测器开发，影响系统性能的核心电路保持不变，降低系统开发的成本和周期；头部板和尾部板需要针对不同的探测器以及输出接口进行重新设计，保证整个系统具有良好的适应性和定制性，本发明最大程度上保证系统的通用性，同时兼顾灵活性。

如图1所示，提供一个实施例，该实施例的红外探测器电子学系统包括头部板、核心板以及尾部板，其中核心板采用模块化设计，保持核心电路不变；头部板和尾部板根据不同探测器以及接口需求定制化设计，最大程度的提高整个系统的适应性和灵活性。

在该实施例中，红外探测器选择中电集团11所的长波红外探测器，该探测器像元尺寸为320×256，像元读出频率5m，4个抽头读出，采用itr(先积分后读出)的工作模式，探测器输出电压范围1.6v～4.8v，通过头部板将4路红外图像送到核心板的图像采样单元，运算放大器ad8024将输出电压从1.6v-4.8v调整到模数转换器ltc2325的输入电压范围0-4v，16bit量化后送到fpga单元进行整合。

根据项目需求，电子学系统输出采用cameralink接口，尾部板采用接口芯片ds90cr287，按照要求格式输出图像数据，头部板、核心板以及尾部板之间采用samtec公司的q-strip系列微矩形连接器，该系列连接器结构紧凑，可通过高速信号(14gbps)，且有不同高度可以选择，适应不同的应用环境。

在本发明内，头部板和尾部板根据不同探测器以及接口要求，定制化设计，满足不同项目特殊性需求；核心板包括系统所有重要元器件，采用模块化设计，只需简单更换阻容器件或同封装的电源模块，即可应用于不同探测器的开发。本发明最大程度上保证系统的通用性，缩短开发时间，降低开发成本，同时又兼顾灵活性。整个系统尺寸为5cm×5cm×3cm，实现小型化的目标。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。