中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了降低探测器的噪声与暗电流，使光谱仪的CMOS探测器能获得更准确的光谱曲线，设计了探测器温度控制系统。本系统核心采用基于现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的增量式比例-积分-微分（PID）控制算法。在传统控制算法的基础上，增加了抗积分饱和控制，并且在PID算法的前端增加了对目标值的过渡过程。该系统在实现探测器温度变化速率可控的同时，也解决了超调过大的问题。多次整机环境实验结果表明：在轨环境温度条件下，40 °C温差范围内该系统可以控制探测器以指定温变速率（4.5±0.05） °C/min达到任意温度；并且可在该温度下稳定工作；温度变化范围为±0.1 °C。相比于传统模拟PID控制方法，其具有灵活度高，稳定性强等优点。当制冷到−10 °C时，探测器的噪声得到了有效抑制。
增量式PID算法 抗积分饱和 输入过渡过程 噪声 incremental PID anti-integral saturation input transition process noise
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 合肥 230026
暗电流是影响红外探测器测量精度的重要因素之一, 暗电流的大小及波动状况主要受器件工作温度的影响。为满足器件温变速率和控温精度的要求, 采用“限斜率”和增量式PID两种不同控制算法设计高精度温度控制系统。针对半导体制冷器(TEC)低电压大电流的工作特性, 先用开关电源将输入的高电压转换为低电压, 再用多只晶体管控制多路TEC, 以达到高转换效率且输出“纯净”的目的。将该温控系统应用于某星载红外分孔径InGaAs多路探测器, 实现了在指定的时间范围内探测器温度达到稳定状态, 进入稳态后实测温度波动ΔT不大于0.02 ℃, 优于为满足仪器偏振探测精度0.2%的指标所需的温度波动ΔT不大于0.2 ℃的要求。
红外探测器 半导体制冷器 暗电流 增量式PID算法 电噪声 infrared detector TEC dark current incremental PID control algorithm electrical noise
