为了实现对甲烷和二氧化碳双气体一体化测量,设计了以两个窄带中红外发光二极管(LED)作为甲烷和二氧化碳测量光源、以两个光电二极管(PD)作为探测器敏感元件的双LED-PD光学测量结构,研制了中红外甲烷二氧化碳双气体传感系统。对谱线及光学器件的选择、双LED光源脉冲电流调制、温度补偿算法进行了研究。根据甲烷和二氧化碳气体的红外线吸收光谱特征进行光学测量结构的设计,利用LED器件高速响应特性完成双光源脉冲电流调制时序算法,即采用窄脉冲模式进行电流驱动。在温度实验分析的基础上,采用中值归一数据预处理得到温度影响因子,然后对温度影响因子进行线性拟合得出温度补偿算法。实验结果表明:传感系统的平均功耗低至38.3 mW;甲烷测量误差最小为0.06%(体积分数),二氧化碳测量误差最小为0.05%(体积分数),可满足煤矿中甲烷和二氧化碳双气体浓度低功耗、稳定可靠实时测量的要求。
光谱学 红外光谱 中红外光源 热电致冷 窄脉冲 甲烷检测 二氧化碳检测 光学学报
2020, 40(23): 2330001
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
为了实现大视场、高空间分辨率、高光谱分辨率的指标要求, 通常采用多模块拼接的技术方案, 实现超长线列的组件。通过两个热电致冷器的拼接实现120 mm长度的大冷面, 通过多个模块拼接实现4 000元长线列InGaAs短波红外探测器组件的封装。同时针对超长线列温度均匀性实现、拼接焦平面的共面性、拼接的工程可靠性开展研究, 通过热电致冷器的拼接、热分析、冷板材料的选择、零件公差控制及微调节等技术手段, 在工程上实现了超大冷面的温度均匀性控制在±0.4 ℃以内; 焦平面的共面性控制在±0.020 mm以内。封装的超长线列InGaAs短波红外组件通过了冲击和随机振动实验, 实验前后焦平面的共面性无明显变化, 实现了清晰的地面成像。
超长线列 InGaAs探测器组件 热电致冷器 拼接 共面 Long Linear InGaAs detector assembly thermoelectric cooling mechanical assembly coplanar 红外与激光工程
2019, 48(11): 1104005
中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
在对红外光电探测器及焦平面封装结构中常用的三大类若干种温度传感器的特点及关键参数等进行整理的基础上，分析了不同种类传感器的测控精度及误差特点，并对不同温区封装结构中选用温度传感器需要考虑的因素以及使用时需要注意的问题进行了详细讨论。
电阻温度探测器 半导体温度传感器 热电偶 杜瓦封装 热电致冷封装 resistance temperature detector semiconductor temperature sensor thermal couple dewar package thermal-electrical cooling package
中国科学院上海技术物理研究所, 传感技术国家重点实验室, 上海 200083
探测器采用浸没透镜结构的单元光伏芯片,工作波段为2.5~3.2 μm。采用储能焊TO9管壳封装,将二级热电致冷器、 热敏电阻、透镜结构的HgCdTe红外探测器封装为一红外探测器组件,组件可在室温至-50 ℃下工作,经过老炼、力学和热学环境适应性试验后,结果表明,HgCdTe红外探测器的零偏电阻(R0)变化率、探测器峰值电流响应率(Rλp,I)变化率和热电致冷器(TEC)的交流阻抗(R)的变化率均小于5%,探测器暗电流Id@-0.1V≤9×10-7A,探测器的漏率优于1×10-7 Torr·l/s,组件的密封性达到了航天要求。
HgCdTe红外探测器 浸没透镜 热电致冷器 红外探测器组件 密封性 HgCdTe infrared detector immersion lens thermoelectric cooler infrared detector assembly sealing
华中光电技术研究所-武汉光电国家实验室， 湖北 武汉 430073
介绍了半导体激光器温度控制器的结构组成，给出了控制流过TEC电流幅度、方向和最大值的方法，利用PID实现精确温度控制。实验结果表明，控制的温度范围可达-15～+60 ℃，温度稳定性为0.02 ℃。
比例积分微分 热电致冷器 半导体激光器 温度控制 PID control thermo e1ectric cooler semiconductor laser temperature control
光纤通信技术和网络国家重点实验室 武汉电信器件有限公司, 湖北 武汉430074
文章介绍了可调谐激光器的波长调节及稳定控制的设计方法，并通过试验验证了其可行性。该设计由温度控制、偏置电流控制及锁波电路3部分组成，温度控制粗调波长，偏置电流控制微调波长，而锁波电路主要是针对外界温度发生变化时提供反馈。它适用于温度控制型分布反馈式 (DFB)可调谐激光器的外围电路设计。
波长调节 稳定控制 热电致冷器 锁波 wavelength tuning stability control Thermo-Electric Cooler (TEC) wavelength locker
浙江大学,机械工程系,微系统研究与发展中心,浙江,杭州,310027
采用热电致冷器作为温度控制的主控元件构建了热压成型系统.针对热电致冷器呈现的复杂热电特性,在对其模型进行小信号线性化的基础上,建立了热电致冷器的控制模型.结合传统PID控制和模糊控制的优点,根据热电致冷器的非线性和可能的不确定性因素,建立了PID参数自调整的推理规则,设计了热压成型装备温控的模糊PID控制器.阶跃响应实验表明:该温控系统具有良好的动态性能和稳态品质,其升降温速率≥1℃/s,温控精度可达0.2℃,满足热压成型装备精密温控的要求.
热压成型 热电致冷器 温度控制 模糊PID
为了研究热电致冷器模块对半导体激光器温度控制系统稳定性的影响，采用模拟比例－积分－微分(PID)网络作为系统的控制器，通过对PID控制网络的调整，优化了热电致冷模块的响应，并根据调整后的PID控制网络及各组成部分的特性建立系统的数学模型，分析了系统对单位阶跃输入的稳态误差和稳定性。经仿真比较，结果表明，优化后的系统具有很好的瞬态特性和稳定性。
激光器 稳定性 热电致冷器 比例－积分－微分控制 lasers stability thermoelectric cooler proportional integral differential control
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京,100083
阐述了半导体热电致冷器(TEC)的基本工作原理,分析了TEC线性驱动和PWM驱动的原理以及采用PWM驱动的优点,介绍了PID温度补偿控制的原理,并设计了实验.采用相同的测试条件,对MAX1978、ADN8830和线性功率管进行了性能测试,实验数据表明温度控制电路采用PWM驱动功耗更小,全温(-40～60℃)控制效果更好.
温度控制 热电致冷器 线性功率管
1 武汉高德光电有限公司,武汉,430079
2 湖北教育学院计算机系,武汉,430060
在对热电致冷器的驱动原理和特点进行分析的基础上,提出了一种适用于非致冷红外焦平面热成像探测器的高精度微型化PWM温度控制器的设计方案,并对其电路原理与设计进行了详细论述.该设计也适合于在光纤通信用激光模块、光放大器、微型精密黑体以及高性能晶体振荡器等方面的应用.
红外探测器 非致冷红外焦平面阵列 热电致冷器 温度控制器 infrared detector UFPA thermoelectric cooler temperature controller
