空间遥感用InGaAs探测器低噪声电路系统设计

InGaAs短波红外探测器对于空间遥感有着重要应用价值。为了实现空间遥感仪器提出的高信噪比要求,首先要降低InGaAs探测器后端信号获取电路自身的噪声水平,其次利用热电制冷器对InGaAs探测器制冷,并通过连续式温度控制电路保证热电制冷器在温控过程中对探测器无干扰,使探测器稳定地工作在合适的温度点,这样才能满足仪器的信噪比要求。结果表明,信号获取电路与温度控制电路两部分有效结合,整个低噪声电路系统能明显提高仪器信噪比。     

背景暗电流抑制的红外探测器读出电路输入级设计

主要研究红外探测器读出电路的输入级设计,针对短波红外信号,电容反馈互导放大器型(CTIA)读出电路具有高注入效率的特点。本文设计了一种带有背景暗电流抑制的CTIA型读出电路输入级结构,该结构在77 K低温环境,大于300μs的长积分时间工作。探测器接收短波小信号,注入电流0~800 pA,与传统的CTIA型读出电路输入级相比,有效实现对背景暗电流的抑制作用,提供探测器偏压的稳定度提高93.2%,同时,积分线性度达到99.97%,具有良好的积分均匀性、灵敏度和动态范围。     

短波红外焦平面弱信号读出的高帧频模拟链路设计

针对短波红外焦平面阵列探测器弱信号耦合、高帧频输出和噪声抑制的要求, 文中设计了512256面阵探测器读出电路（ROIC）的高帧频模拟信号链路结构。完整的模拟信号链包含运放积分型（CTIA）单元输入级、相关双采样、电荷放大器和互补型输出级。在低温模型基础上,进行了前仿真和提取版图寄生参数的后仿真。仿真得到输出动态范围为2.8V,8路输出的工作帧频高于250Hz。基于CSMC-6S05DPTM0.5m 工艺完成流片,读出电路ROIC芯片的测试结果与仿真结果基本一致,为短波红外焦平面探测器弱信号读出提供了有效的设计选择。     

320×256二类超晶格探测器驱动电路的设计

为了验证二类超晶格红外探测器的性能,设计了探测器的驱动电路。因红外探测器的灵敏度高,设计了低噪声电源偏置电路,优化了电路板的布局。结合320×256长波红外焦平面组件特点设计的驱动电路为探测器组件提供电源与偏置电压、时序与控制信号。实验结果表明,该驱动电路能基本满足二类超晶格红外成像系统低噪声、高精度的要求。     

非制冷焦平面热像仪温度控制设计

在分析法国ULIS公司生产的320×240长波红外非制冷微测辐射热计焦平面阵列探测器UL01011技术参数的基础上,论述了微测辐射热计非制冷红外焦平面热像仪温度控制的必要性,指出了温度控制设计的实质。并讨论了单片机、线性模式单芯片热电制冷器控制器和开关模式单芯片热电制冷器控制器温控方案的优缺点。提出了使用AD公司生产的全新单芯片热电制冷器控制器ADN8830的温控设计方案,以该芯片为核心设计出适合320×240长波红外非制冷微测辐射热计焦平面阵列探测器UL01011的温度控制电路,该电路能够把焦平面阵列温度变化控制在30±0.01℃范围内,使探测器工作在最佳温度。该方案功耗低、效率高、体积小,是一种较好的温控设计方案。     

基于ADN8830的非制冷红外焦平面温度控制系统

在光电领域中,有许多光器件对温度稳定性的要求很高.非制冷红外焦平面作为不需制冷的红外探测器有很好的应用前景.为了保证焦平面上各敏感元的温度稳定性,设计了一个高性能、高精度的温度控制系统.介绍了采用赛贝克效应工作的热电制冷器(TEC)的工作原理,详细讨论了基于ADN8830的温度控制电路的设计.通过实验对所设计的温控系统...     

双色红外焦平面阵列读出电路设计

根据P-N-N-P型叠层双色红外焦平面阵列探测器结构及其等效电路,提出了一种128×128同时积分、同时读出型双色红外焦平面读出电路原理及实现方式。单元电路采用直接注入结构作为输入级,在给定的单元面积内获得了较大的积分电容,满足了单元电路内中、短波两个独立的积分信号通道的需求。仿真结果表明该电路满足预定的设计要求,积分时间可调,读出速率大于等于5MHz,中、短波输出电压的线性度均达到99%以上,功耗约68mW。     

星用短波红外成像仪的设计与实现

针对低轨卫星激光通信和大气层短波红外光谱分析的应用需求,设计并研制了一种星用短波红外成像仪。由于低轨卫星系统的抗总剂量辐射能力要求为20kRad(Si)以上,因此,该成像仪选用抗总剂量辐射能力达到20kRad(Si)的InGaAs焦平面探测器;采用宇航级元器件设计相应的时序驱动、温度控制、模数转换、图像传输、遥控遥测等硬件电路模块,组成成像仪硬件部分;应用PID温控算法实现成像仪精准控温,采用非均匀性校正算法和图像增强算法提升成像仪图像质量。经试验验证,研制的短波红外成像仪抗总剂量辐射能力达到25kRad(Si),动态范围大于等于61dB,非均匀性小于等于1.9%,满足低轨卫星短波红外光谱探测的要求。     

制冷型红外探测器高精度制冷控温系统

致冷型红外探测器温度的稳定性直接决定了红外系统的性能。设计了针对致冷型红外探测器的高精度温度控制系统,该系统利用MCU进行PID闭环自动控制,温度恒定范围在77～80K,实现了温度稳定度±0.05K的性能指标。该系统具有精度高、抗干扰能力强、噪声低、快速稳定等优点,并且工作可靠,应用方便,具有很高的实用价值。     

基于FPGA的星载HgCdTe探测器温控系统设计

大气主要温室气体检测仪采用HgCdTe探测器实现CO₂温室气体干涉光谱数据探测,HgCdTe探测器工作温度对探测器性能具有重要影响。针对HgCdTe探测器恒定低温下工作的需求,设计了温度采集电路与温控功率驱动电路,并以Actel公司反熔丝工艺FPGA作为主控单元, 结合PID算法,完成了星载HgCdTe探测器温控系统,实现了探测器在轨温度控制。实验及应用结果表明,控温精度优于0.5℃, 控温稳定性优于0.1℃/s,满足HgCdTe探测器在轨工作温度要求。     

低温红外目标源控温技术

低温红外目标源是测试和标定低温红外传感器的响应线性度和非均匀性的关键测试设备.对所研制的低温红外目标源设备的工作原理进行了论述,同时基于有限元分析方法,以ANSYS 软件为载体对黑体面源控温方式及温度场分布进行模拟分析,并进行了测温实验.结果表明:所研制的低温红外目标源结构设计合理,仿真温度场与实测温度场分布规律一致,控温精度不大于0.5 K,黑体面源温度分布均匀,表面温差不大于0.2 K,稳定性好(0.1 K/min),可以满足低温红外系统的测试和检定要求.     

基于ADN8831芯片的红外热像仪精密温度控制系统的设计

在光电应用领域中,有很多红外热像仪对温度控制的精确性和稳定性有很高的要求.采用ADN8831温控芯片设计了一个高精度高性能的温度控制系统.实验测试结果表明,该系统完全符合光电领域对温度稳定性的要求,控制精度达到了0.01℃.     

大功率半导体激光器高精度温控系统研究

为了减小温度对半导体激光器输出光波长和功率稳定性的影响,设计了由恒流模块驱动半导体制冷器,通过改变恒流模块的电流来控制半导体制冷器的制冷量,利用分段积分的比例-积分-微分控制算法,选择最优控制参量,实现大功率半导体激光器的精密温控系统。系统包括高精度测温电路、控制核心DSP F28335、半导体制冷器控制电路、人机交互及通信模块。在5℃~26℃环境下对系统进行测试,实现50W大功率半导体激光器的恒温控制,温控范围为15℃~45℃,温控精度达到0.02℃。结果表明,该系统温控范围广,控制精度高,满足大功率半导体激光器的温控要求。     

准分子激光器温度控制系统设计

设计了一种应用于准分子激光器的高精度温度控制系统,可对准分子激光器放电腔的温度进行实时采集、显示、控制,达到维持激光器腔体温度恒定的目的,从而改善激光器的工作性能如能量稳定性和使用寿命等。系统采用飞思卡尔单片机,以比例阀作为控温执行器件,并且设计了软硬件和优化的控制算法。实验结果表明：在三种不同PID控制方式下,系统控制精度皆能达到±0.2℃;在改进的智能PID控制下,系统超调变小、调节时间减少;在100Hz和500Hz不同重频条件下,系统采用智能PID控制时,运行稳定。因此,本系统可为激光器的运行提供良好的温度控制环境。     

红外四谱段测温辐射计的电子学设计与实现

为了给卫星上的红外辐射计做地面定标检测而设计了一种能自动测量海水表面温度的四谱段红外辐射计。文中针对红外辐射计的电子学系统进行了详细的设计,通过分光调制分别对3.5~4m,8~13 m,10.3~11.3 m,11.5~12.3 m 4种波段的红外辐射进行采集和处理,利用双黑体标准辐射源实时自动校正系统参数和相应算法计算出当前海水表面的温度,并能在PC 机上实时显示温度和保存数据的一种红外辐射系统。另外,通过A/D 采样设计保证了系统采样分辨率0.1 K 的要求。最后,通过分析该辐射计在南海所获得的数据,得到该系统满足了测温精度依0.5 K的技术指标要求。     

超声电机驱动的轻量化扫描机构高精度控制

为实现卫星高分载荷扫描驱动机构的轻量化,以超声电机为驱动部件,设计了一款扫描驱动机构,质量仅为传统的步进电机加谐波减速器驱动方案的15%。构建了扫描驱动机构驱动控制器,配合21位绝对式光电编码器作为位置反馈传感器,对扫描驱动机构高精度控制方法进行了研究。针对超声电机在精密控制中的非线性及时变性,在对比总结比例、积分、微分(PID)控制、模糊控制、神经网络PID控制算法的基础上,设计了一种基于专家规则的PID控制器,并结合超声电机实时温度作为前馈控制在线调节控制器控制参数,最后进行了指向控制和速度稳定度实验研究。实验结果表明：令扫描驱动机构指向20°时,稳态指向精度优于2″,在3.3 r/min情况下扫描驱动机构速度稳定度优于±1%,能够满足卫星载荷对扫描驱动机构高精高稳的控制需求。     

基于模糊控制的盐度计温控系统研究

为了满足电极式盐度计在测量海水实用盐度时对温度的高精度和高稳定性的要求,设计并验证了一种电极式盐度计恒温水槽的高精度控温系统.通过对恒温水槽温度的动态特性以及数学模型的分析,提出了代替常规PID控制的自适应模糊控制系统,着重阐述了温度控制系统的模糊控制算法,并对算法进行了优化改进,最后运用数学仿真软件对其进行仿真.通过对仿真结果的分析,得出温控系统运用自调整模糊控制算法的温控特性优于常规PID控制和常规模糊控制系统,温控系统的稳态误差和稳定性完全可以满足电极式盐度计对盐度进行温度修正时的要求.     

中距离夜视激光照明器的设计

设计了一种基于MIC29302稳压器的功率可调式激光器驱动电源,实现了对激光器的直接强度调制。根据半导体激光器对注入电流的稳定性要求高和对电冲击的承受能力差等特性,对其驱动电路进行了设计;同时,给出了激光器的保护电路和温度控制电路,较大地改进了半导体激光器电源的可靠性,提高了半导体激光器的输出稳定性,延长了激光器的使用寿命。最后,给出了详细的测试数据,测试结果证明,该驱动电源有具体的指标和良好的性能。