一种基于非制冷型红外成像组件的温度控制方法与流程

本发明涉及一种温度控制方法，尤其涉及一种基于非制冷型红外成像组件的温度控制方法，属于非制冷型红外成像设备温控的技术领域。

背景技术：

红外成像技术具有环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强、能在一定程度上识别伪装目标,且设备体积小、重量轻、功耗低等特点，在军事上被广泛应用于搜索跟踪、火力控制、制导、监视等方面。制冷型红外成像组件的特点是红外成像组件带有制冷机，制冷机负责完成降温，使探测器机芯工作在恒定的低温环境下，以最大化成像灵敏度，并尽量降低光学系统带来的热噪声干扰。非制冷型红外成像组件不自带制冷机，不像制冷型红外成像组件一样有稳定的低温工作环境。但非制冷型红外成像组件也需要稳定适宜的工作环境温度和焦平面温度，否则影响红外成像组件的成像质量。因此，如何对非制冷型红外成像组件有效的进行温度控制，成为非制冷型红外成像技术领域的一个重要的研究课题。

文献一（贺驰光.非制冷红外焦平面温控电路设计[D].华中科技大学,2013）和文献二（徐隆,易新建.128×128红外焦平面阵列时序分析与温控电路设计[J].红外与毫米波学报,2003）等人仅提出了温控模块电路的设计，对于非制冷型红外成像组件周边环境温度发生较大变化时，会实时调整红外成像组件的工作温度并未涉及研究。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，传统的非制冷型红外成像设备无法实现有效的温度控制问题，提供一种基于非制冷型红外成像组件的温度控制方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于非制冷型红外成像组件的温度控制方法，

包括第一AD采集模块、第二AD采集模块、第一归一化电路模块、第二归一化电路模块、非制冷型探测器模块、温控模块、DA转换模块和FPGA处理模块，

所述温度控制方法包括如下步骤，

步骤一，第一AD采集模块信号采集，

第一AD采集模块采集探测器周围的环境温度，并进行模拟/数字转换，输出数字信号到FPGA处理模块；

步骤二，第二AD采集模块信号采集，

第二AD采集模块采集探测器焦平面的温度电压，并进行模拟/数字转换，输出数字信号到FPGA处理模块；

步骤三，第一归一化电路模块信号采集，

第一归一化电路模块接收探测器焦平面的温度电压，并进行归一化处理，输出归一化的探测器焦平面的温度电压信号到温控模块；

步骤四，设定温度电压信号输出，

FPGA处理模块接收第一AD采集模块输出的探测器周围环境温度和第二AD采集模块输出的探测器的焦平面温度，输出设定温度到DA转换模块，DA转换模块接收FPGA处理模块输出的设定温度，并将其转换为设定温度电压信号，输出设定温度电压信号到第二归一化电路模块；

步骤五，第二归一化电路模块信号采集，

第二归一化电路模块接收DA转换模块输出的设定温度电压，并进行归一化处理，输出归一化的设定温度电压信号到温控模块；

步骤六，温控电流信号输出，

温控模块接收第一归一化电路模块输出的归一化的探测器焦平面的温度电压信号和第二归一化电路模块输出的归一化的设定温度电压信号，并利用温控模块的片上比例积分微分控制器对其进行调理，输出温控电流信号到非制冷型探测器模块；

步骤七，焦平面温度调节，

非制冷型探测器模块接收温控模块输出的温控电流信号，利用非制冷型探测器片上热电制冷器对探测器焦平面温度进行调节，并输出非制冷型探测器焦平面温度电压信号到第二AD采集模块。

优选地，所述设定温度与所述探测器周围环境温度差值的绝对值最大为5℃。

本发明的有益效果主要体现在：

能够在外部环境变化后仍能稳定控制非制冷型红外成像组件的工作温度。具有环境适应性强，实时性好，稳定性高等特点，能够显著提高非制冷型红外成像组件的成像效果，提高非制冷型红外成像组件的性能。

附图说明

图1是本发明一种基于非制冷型红外成像组件的温度控制方法的流程图。

图2是本发明一种基于非制冷型红外成像组件的温度控制方法的原理图。

具体实施方式

本发明提供一种基于非制冷型红外成像组件的温度控制方法。以下结合附图对本发明技术方案进行详细描述，以使其更易于理解和掌握。

一种基于非制冷型红外成像组件的温度控制方法，如图1所示，包括第一AD采集模块、第二AD采集模块、第一归一化电路模块、第二归一化电路模块、非制冷型探测器模块、温控模块、DA转换模块和FPGA处理模块。

第一AD采集模块中，AD采集电路采集探测器周边的环境温度，并进行模拟/数字转换，通过I2C接口将转换后的12bit数字信号送至FPGA处理模块。AD采集芯片采用TI公司的温度采集芯片，该AD采集芯片精度高达12bit。

第二AD采集模块中，AD采集电路采集探测器的焦平面温度电压，并进行模拟/数字转换，通过I2C接口将转换后的16bit数字信号送至FPGA处理模块。AD采集芯片采用TI公司的AD采集芯片，该AD采集芯片精度高达16bit。

第一归一化电路模块中，将探测器的焦平面温度电压信号通过运算放大器进行调理后使用电阻分压的方式进行归一化处理，使温度电压信号范围和第二归一化电路模块一致，运算放大器使用Linear公司的运算放大器。

第二归一化电路模块中，将DA转换模块输出的设定温度电压，经过电阻桥进行归一化处理，使温度电压信号范围和第一归一化电路模块一致。

非制冷型探测器模块，接收温控模块输出的温控电流信号，利用探测器片上热电制冷器（TEC）对探测器焦平面温度进行调节，并输出探测器焦平面温度电压信号到AD采集模块。

温控模块接收第一归一化电路模块输出的归一化的探测器焦平面的温度电压信号和第二归一化电路模块输出的归一化的设定温度电压信号，并利用温控模块的片上PID对其进行调理，输出温控电流信号到非制冷型探测器模块。温控模块采用MAXIM公司的温度控制芯片，该芯片是一种Peltier模块集成温度控制器，它是用于TEC模块的最小、最精确、最安全的温度控制微芯片。

DA转换模块接收FPGA处理模块输出的设定温度，并将其转换为设定温度电压信号，DA转换模块采用MAXIM公司的DA转换芯片，该芯片有255个档位可供调节。

FPGA处理模块根据探测器周边环境温度计算出设定温度，实时监测探测器焦平面温度和设定温度是否一致，并实时监测探测器周边环境温度发生较大变化时重新校正设定温度，FPGA处理模块包含两片静态随机存取存储器（SRAM）和两片双倍速率同步动态随机存储器（DDR3），SRAM采用ISSI公司的静态随机存取存储器，DDR3采用Micron公司双倍速率同步动态随机存储器。

如图2所示，通过第一AD采集模块和第二AD采集模块分别采集探测器周围的环境温度Ts和探测器的焦平面温度Tj，FPGA根据采集到的探测器周围的环境温度Ts，并结合数字电位器和电阻桥产生精准的设定温度Tset，设定温度Tset必须和探测器周围的环境温度Ts的差值的绝对值在5℃以内。温控模块根据设定温度Tset来调节探测器焦平面的温度Tj，如果Tj大于Tset，温控模块则通过输出负电流，使Tj降低，最终和Tset一致；如果Tj小于Tset，温控模块则通过输出正电流，使Tj升高，最终和Tset一致。特别的，如果发生如下两种情况时，该控制方法也能够有效控制温度：①如果非制冷型红外成像组件的散热不够好，这会导致探测器周围的环境温度Ts随着使用时间变长而逐步上升，时间久了Ts便会发生较大变化，最终导致原设定温度Tset和Ts差距过大；②非制冷型红外成像组件的工作环境发生突变时，Ts也会发生较大变化，最终导致原设定温度Tset和Ts差距过大。以上两种情况的共同点均是Ts发生了较大变化，最终导致原设定温度Tset和Ts差距过大，此时需要重新校正设定温度Tset，不然温控模块是无法将探测器的焦平面温度Tj和设定温度Tset调成一致的，即温度控制会失效。本发明中FPGA能够实时检测到探测器周围温度Ts发生较大变化时，FPGA能够实时重新校正设定温度Tset，随后温控模块重新开始工作，使探测器焦平面的温度Tj再次和校正后的设定温度Tset一致，从而使非制冷型红外成像组件重新进入温度稳定平衡状态，从而提高红外成像的成像质量。

通过以上描述可以发现，本发明一种基于非制冷型红外成像组件的温度控制方法，能够在外部环境变化后仍能稳定控制非制冷型红外成像组件的工作温度。具有环境适应性强，实时性好，稳定性高等特点，能够显著提高非制冷型红外成像组件的成像效果，提高非制冷型红外成像组件的性能。

以上对本发明的技术方案进行了充分描述，需要说明的是，本发明的具体实施方式并不受上述描述的限制，本领域的普通技术人员依据本发明的精神实质在结构、方法或功能等方面采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。