一种提升红外探测器图像非均匀性的控温方法及系统与流程

1.本发明涉及红外成像技术领域，尤其涉及一种提升红外探测器图像非均匀性的控温方法及系统。


背景技术：

2.红外探测器的图像非均匀性是一种普遍存在的噪声，在国产红外探测器中更为明显，图像非均匀性不仅受到外界环境的影响，还受到焦平面衬底温度的影响，如果温度波动严重，焦平面的各个像素点将会叠加不同的时变噪声，使红外图像的均匀性恶化，加大图像校正的难度，非均匀性严重降低了红外系统的成像质量，极大限制了非制冷红外成像系统的发展。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中的问题，本发明的目的是为了提升红外探测器衬底温度的稳定性，改善红外图像的非均匀性。
4.本发明提供了一种提升红外探测器图像非均匀性的控温方法，包括如下步骤：
5.步骤1：读取红外探测器的衬底温度；
6.步骤2：将衬底温度转换为对应的电压从而形成衬底温度电压，将衬底温度电压和计算得到得到参考电压一并送入差分放大器；
7.步骤3：差分放大器将经过放大的差值信号送入pid温度补偿电路；
8.步骤4：pid温度补偿电路输出控制信号给h桥驱动器，h桥驱动器通过改变mos管的开关状态，输出电流给tec热电制冷器，从而达到控制温度的目的。
9.作为本发明的进一步改进，在所述步骤2中，读取红外探测器的衬底温度，并将其转换为对应的电压从而形成衬底温度电压，将衬底温度电压经过放大、滤波调理之后与计算得到得到参考电压一并送入差分放大器；在所述步骤4中，pid温度补偿电路经过比例、积分、微分校正后，输出控制信号给h桥驱动器，h桥驱动器通过改变mos管的开关状态，输出电流给tec热电制冷器，从而达到控制温度的目的。
10.本发明提供了一种提升红外探测器图像非均匀性的控温系统，包括pid温度补偿电路、读取模块、计算模块、差分放大器、h桥驱动器和tec热电制冷器，所述读取模块用于读取红外探测器的衬底温度，所述计算模块用于读取红外探测器的衬底温度，并将其转换为对应的电压从而形成衬底温度电压，将衬底温度电压经过放大、滤波调理之后与计算得到得到参考电压一并送入差分放大器，所述差分放大器将经过放大的差值信号送入pid温度补偿电路，所述pid温度补偿电路经过比例、积分、微分校正后，输出控制信号给h桥驱动器，h桥驱动器通过改变mos管的开关状态，输出电流给tec热电制冷器，从而达到控制温度的目的。
11.作为本发明的进一步改进，所述pid温度补偿电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、运算放大器，所述第一电阻、所述第一电容和所述第
三电容依次相连，所述第二电阻、所述第三电阻和所述第三电容依次相连，所述第一电阻与所述第二电阻相连，所述第二电容和所述第三电容相连，所述运算放大器的同相输出端接收参考电压，所述运算放大器的反相输入端连接于所述第一电容和所述第三电容之间、以及所述第二电阻和所述第三电阻之间，所述运算放大器的输出端与所述第二电容相连。
12.作为本发明的进一步改进，将所述pid温度补偿电路的第一个零点z1的大小设置为小于tec极点的8倍。
13.作为本发明的进一步改进，将所述pid温度补偿电路的调整截止频率点fc的位置至1.5hz。
14.作为本发明的进一步改进，将所述pid温度补偿电路的第二个零点z2设置为2πfc的1/5。
15.作为本发明的进一步改进，将所述pid温度补偿电路的一个极点p1设置为截止频率的5倍以上，p1＞5
×
2πfc。
16.作为本发明的进一步改进，所述第一电阻＝20kω，所述第二电阻＝100kω。
17.作为本发明的进一步改进，所述第一电容＝0.47μf，所述第二电容＝10μf，所述第三电容＝0.047μf。
18.本发明的有益效果是：本发明能够通过单芯片模拟控温方式，提升红外探测器衬底温度的稳定性，改善红外探测器的图像非均匀性。
附图说明
19.图1是本发明的方法流程图；
20.图2是本发明的pid温度补偿电路原理图；
21.图3是优化前的图像非均匀性曲线图；
22.图4是通过本发明优化后的图像非均匀性曲线图；
23.图5是tec控温的原理框图。
具体实施方式
24.如图1所示，本发明公开了一种提升红外探测器图像非均匀性的控温方法，包括如下步骤：
25.步骤1：读取红外探测器的衬底温度；
26.步骤2：将衬底温度转换为对应的电压从而形成衬底温度电压，将衬底温度电压和计算得到得到参考电压一并送入差分放大器；
27.步骤3：差分放大器将经过放大的差值信号送入pid温度补偿电路；
28.步骤4：pid温度补偿电路输出控制信号给h桥驱动器，h桥驱动器通过改变mos管的开关状态，输出电流给tec热电制冷器，从而达到控制温度的目的。
29.在所述步骤2中，读取红外探测器的衬底温度，并将其转换为对应的电压从而形成衬底温度电压，将衬底温度电压经过放大、滤波调理之后与计算得到得到参考电压一并送入差分放大器。
30.在所述步骤4中，pid温度补偿电路经过比例、积分、微分校正后，输出控制信号给h桥驱动器，h桥驱动器通过改变mos管的开关状态，输出电流给tec热电制冷器，从而达到控
制温度的目的。
31.如图5所示，本发明还公开了一种升红外探测器图像非均匀性的控温系统，包括pid温度补偿电路、读取模块、计算模块、差分放大器、h桥驱动器和tec热电制冷器，所述读取模块用于读取红外探测器的衬底温度，所述计算模块用于读取红外探测器的衬底温度，并将其转换为对应的电压从而形成衬底温度电压，将衬底温度电压经过放大、滤波调理之后与计算得到得到参考电压一并送入差分放大器，所述差分放大器将经过放大的差值信号送入pid温度补偿电路，所述pid温度补偿电路经过比例、积分、微分校正后，输出控制信号给h桥驱动器，h桥驱动器通过改变mos管的开关状态，输出电流给tec热电制冷器，从而达到控制温度的目的。
32.pid温度补偿电路是温度控制中的关键环节，是实现高精度、高速度和低稳态误差控制的重要措施。
33.如图2所示，所述pid温度补偿电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、运算放大器，所述第一电阻r1、所述第一电容c1和所述第三电容c3依次相连，所述第二电阻r2、所述第三电阻r3和所述第三电容c3依次相连，所述第一电阻r1与所述第二电阻r2相连，所述第二电容c2和所述第三电容c3相连，所述运算放大器的同相输出端接收参考电压，所述运算放大器的反相输入端连接于所述第一电容c1和所述第三电容c3之间、以及所述第二电阻r2和所述第三电阻r3之间，所述运算放大器的输出端与所述第二电容c2相连。
34.在pid温度补偿电路中:
35.1)用pid的第一个零点z1来抵消tec极点的影响。设置z1的大小为小于tec极点的8倍，太大会降低相位裕度；
36.2)调整截止频率点fc的位置至1.5hz；
37.3)用pid的第二个零点z2来抵消热敏电阻的极点。至少将z2设置为2πfc的1/5；
38.4)将pid的一个极点p1设置为截止频率的5倍以上，p1＞5
×
2πfc；
39.5)选取p2＝2p1.
40.6)通过综合考虑调节时间、超调量以及稳态误差，选取第一电阻r1＝20kω，第二电阻r2＝100kω，第一电容c1＝0.47μf，第二电容c2＝10μf，第三电容c3＝0.047μf。
41.稳定是一个控制系统的重要性能，是系统能够正常运行的首要条件，温控电路在实际运行过程中，总会受到内部和外部的噪声干扰，例如负载变化、电源波动、系统参数的温度漂移等等。如果系统稳定性不够，就会在这些噪声扰动的作用下偏离正常的平衡状态，并且随着时间的推移而发散，即使此时干扰消除，系统也回不到原来的平衡状态。
42.通过图像非均匀性判定控温效果的好坏，图像非均匀性的定义如下：在均匀入射辐射条件下，机芯输出响应的均方根偏差：
[0043][0044]
式中：
‑
面阵m
×
n有效像元的平均响应值。
[0045]
通过图3和图4的对比可知，本发明能够通过单芯片模拟控温方式，提升红外探测器衬底温度的稳定性，改善红外探测器的图像非均匀性。
[0046]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定
本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。