星载红外探测器制冷机温度调节系统及其温度调节方法

本发明涉及温度调节，尤其涉及一种星载红外探测器制冷机温度调节系统及其温度调节方法。

背景技术：

1、红外探测器是一种将入射的红外辐射信号转变成电压信号输出的器件，它在众多领域都有广泛的应用。在军事领域，红外探测器因其环境适应性好、隐蔽性强、抗干扰能力强以及能在一定程度上识别伪装目标的特性，被广泛应用于红外夜视、遥感侦察、目标跟踪等方面。此外，由于红外探测器体积小、重量轻、功耗低，因此也常被用于医疗诊断、空气净化、安防监控等领域。

2、特别是碲镉汞红外探测器，是一种性能优异的红外成像技术设备，由离子键结合的三元化合物半导体制成。碲镉汞材料对红外光的敏感度较高，因此被广泛用于中波制冷红外探测器的研制生产，这也使得高性能高稳定性红外热成像应用成为可能。

3、红外探测器的工作温度对所采集到的红外图像质量有着极大的影响。为了减小自身温度对观测目标信息的干扰，需要对红外探测器制冷机的工作温度进行稳定控制。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明创造旨在一种星载红外探测器制冷机温度调节系统及其温度调节方法，以实现对红外探测器的工作温度的控制。

2、为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

3、一种星载红外探测器制冷机温度调节系统，包括:温度控制模块、粗调信号放大模块、精调信号放大模块、第一偏置模块、第二偏置模块、第一温度量化模块、第二温度量化模块以及数据处理模块；

4、温度控制模块分别与粗调信号放大模块和精调信号放大模块连接，用于将温度信息转换为电信号，并将电信号传输给粗调信号放大模块或精调信号放大模块；粗调信号放大模块与温度控制模块、第一偏置模块、第一温度量化模块连接，用于接收温度控制模块和第一偏置模块的电信号，并进行信号放大；第一温度量化模块与粗调信号放大模块、数据处理模块连接，用于将粗调信号放大模块输出的信号进行数字量化后发送至数据处理模块；精调信号放大模块与温度控制模块、第二偏置模块、第二温度量化模块连接，用于接收温度控制模块和第二偏置模块的电信号，并进行信号放大；第二温度量化模块与精调信号放大模块、数据处理模块连接，用于将精调信号放大模块输出的信号进行数字量化后发送至数据处理模块；数据处理模块的接收端与第一温度量化模块和第二温度量化模块连接，输出端与第一偏置模块、第二偏置模块以及制冷机连接；将粗调信号放大模块参与调节温度的区域定义为粗调温度区域，精调信号放大模块参与调节温度的区域定义为精调温度区域，数据处理模块根据接收的第一温度量化模块或第二温度量化模块的数字量化信号判断星载红外探测的温度是处于粗调温度区域还是精调温度区域，并控制制冷机的制冷功率的输出使星载红外探测器达到目标温度。

5、进一步的，温度控制模块包括温敏元件、电流源和电压采集电路，电流源分别与温敏元件、电压采集电路连接，电压采集电路与粗调信号放大模块和精调信号放大模块连接，温敏元件为测温二极管，电流源为恒流源。

6、进一步的，第一温度量化模块为第一ad转换器，第二温度量化模块为第二ad转换器。

7、进一步的，数据处理模块包括第一偏置控制模块、温区判断模块、温度值输出模块、制冷机控制模块以及第二偏置控制模块；第一偏置控制模块和第二偏置控制模块分别用于控制第一偏置模块和第二偏置模块的电信号输出，温区判断模块根据接收到的第一ad转换器或第二ad转换器的数字量化信号判断星载红外探测器的温度处于粗调温度区域还是处于精调温度区域，并由温度值输出模块输出星载红外探测器的当前温度值；制冷机控制模块根据温度区判断模块判断的温度区域控制制冷机的制冷功率的输出。

8、进一步的，第一ad转换器的量化位数为m，对应的电压范围为ψ1，粗调信号放大模块的粗调放大倍数值为λ1，将粗调温度区域的电压范围放大至第一ad转换器的满量程，第一ad转换器和第二ad转换器的满量程范围均为(0，θ)v，λ1和ψ1的计算公式分别为：

9、；

10、

11、其中，rmax、rmin为粗调温度区域对应的测温二极管电阻上、下限；iα为恒流源的输出电流；v简称伏，表示电压的国际单位伏特。

12、进一步的，当温区判断模块判断星载红外探测的温度处于粗调温度区域时，则温度值输出模块输出的温度值为：

13、；

14、

15、；

16、其中，u1为星载红外探测器的温度处于粗调温度区域时测温二极管两端的电压，h1为第一ad转换器的输入电压，vbias1为第一偏置模块的偏置电压，t1为星载红外探测器的初始温度值，t2为目标温度值，为红外探测器在粗调区域时单位电压的温度变化。

17、进一步的，第二ad转换器的量化位数为n，对应的电压范围为ψ2，精调信号放大模块的第二放大倍数值为λ2，将精调温度区域的电压范围放大至第一ad转换器的满量程，λ2和ψ2的计算公式分别为：

18、；

19、；

20、其中，r2、r1为所述精调温度区域对应的测温二极管的电阻上限和下限。

21、进一步的，当温区判断模块星载红外探测的温度处于所述精调温度区域时，则数据处理模块输出的温度值为：

22、；

23、

24、；

25、其中，u2为星载红外探测器的温度处于精调温度区域时测温二极管输出的电压值，t为目标温度值，δt为精调温度区域的温度值，h2为精调回路的第二温度量化模块的输入电压，vbias2为第二偏置模块的偏置电压，为红外探测器在精调区域时单位电压的温度变化。

26、进一步的，当星载红外探测器制处于精调温度区域时，系统的测温的分辨率为：

27、；

28、其中，n为第二ad转换器的位数。

29、本发明提供的星载红外探测器制冷机温度调节方法，利用如上述的星载红外探测器制冷机温度调节系统实现，包括如下步骤：

30、s1.设定星载红外探测器的工作的目标温度值、粗调温度区域和精调温度区域，由粗调信号放大模块参与温度调节时定义为粗调模式，由精调信号放大模块参与温度调节定义为精调模式，将星载红外探测器制冷机温度调节系统初始化为粗调模式，制冷机开始工作。

31、s2.温度控制模块采集所述星载红外探测器的温度信息，并转换为电压信号，传输给粗调信号放大模块。

32、s3.粗调信号放大模块接收温度控制模块和第一偏置模块的电压模拟信号，并做差值，同时对差值进行放大得到第一差值放大信号，然后将第一差值放大信号传输给第一温度量化模块。

33、s4.第一温度量化模块接收第一差值放大信号，并将第一差值放大信号数字量化为第一电压数字信号发送至数据处理模块。

34、s5.数据处理模块根据所述第一电压数字信号判断星载红外探测器当前温度处在粗调温度区域还是处在精调温度区域，输出星载红外探测器的当前温度值以及控制所述制冷机的制冷功率的输出。

35、s6.当星载红外探测器的当前温度值处于精调温度区域时，精调信号放大模块接收温度控制模块和第二偏置模块的电压模拟信号，并做差值，同时对差值进行放大得到第二差值放大信号，然后将第二差值放大信号传输给第二温度量化模块。

36、s7.第二温度量化模块接收第二差值放大信号，并将第二差值放大信号数字量化为第二电压数字信号发送至数据处理模块。

37、s8.当星载红外探测器制冷机温度调节系统进入精调模式后，数据处理模块控制制冷机输出保持稳定的制冷功率，使星载红外探测器的工作温度稳定在所述目标温度值附近。

38、进一步的，当数据处理模块判断为粗调模式时，执行步骤s2至步骤s5，当数据处理模块判断为精调模式时，执行步骤s6至步骤s8。

39、与现有技术相比，本发明创造能够取得如下有益效果：

40、通过设置粗调信号放大模块和精调信号放大模块实现对红外探测器的温度进行粗调和精调，提高了温度控制精细程度，为未来的星载红外探测器制冷机实现稳定的控温提供了有利条件，为成像质量提供了有效保证。