1 中国科学技术大学 生物医学工程学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院 苏州生物工程技术研究所，江苏 苏州 215163
3 长春理工大学 电子信息工程学院，吉林 长春 130022
4 季华实验室，广东 佛山 528200
5 徐州医科大学 医学影像学院，江苏 徐州 221004
对于高灵敏原子磁力计极弱磁测量，激光温度的精确稳定控制是一项必不可少的工作。激光温度不稳定会导致激光波长波动和漂移，从而降低原子磁力计的灵敏度。为了降低激光器温度波动对原子磁力计的影响，本文设计并实现了一个基于ADN8834温度控制芯片的高精度DBR激光器自动温度控制系统。首先，基于ADN8834和高精度模/数转换芯片LTC2377设计了温度反馈电路，成功采集到了与温度对应的模拟电压信号并将其转换为数字信号送入FPGA。然后，在FPGA中实现了增量式数字PID算法，自动计算温度控制信号。最后，设计了数/模转换电路将该温度控制信号转换为模拟信号传递给ADN8834，ADN8834输出加热或冷却信号来控制半导体热电制冷器，从而实现闭环温度自动控制。实验结果表明，当目标温度分别设定在20，25，30 ℃时，该温度自动控制系统的温度稳定性均在±0.005 ℃，测试DBR激光器输出波长稳定性范围为±2 pm。该激光器自动温度控制系统温度稳定性高，且操作方便，设计灵活，基本满足原子磁力计系统对激光温度控制器的要求。
ADN8834 数字PID算法 温度控制 半导体热电制冷器 ADN8834 digital PID algorithm temperature control TEC
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, 中国科学院通用光学定标与表征重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230031
针对温度效应会影响太阳光度计观测结果且温度校正系数难以获取等问题, 设计了一种基于热电制冷器 (TEC) 的全自动太阳光度计温控系统。介绍了自研全自动太阳光度计的整体设计，特别是温控系统设计, 并分析了温度对探测器响应的影响。最后对该全自动太阳光度计进行了野外测试, 在合肥地区与商用仪器CE318进行了同步观测比对, 测试结果表明全自动太阳光度计反演的气溶胶光学厚度与CE318校正后的结果一致, 偏差在0.01以内；在敦煌地区的长期测试结果表明, 在温度变化较大的长期野外观测中, 全自动太阳光度计温控系统均保持在 (25 ± 0.2) ℃内, 验证了温控系统设计的有效性和可靠性。
温控 太阳光度计 热电制冷器 气溶胶光学厚度 温度校正 temperature control sun photometer thermos-electric cooling aerosol optical depth temperature correction
1 长春理工大学电子信息工程学院，吉林 长春 130012
2 空间光电技术国家地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
为抑制快速反射镜开机温漂，以及实现快速反射镜在设定温度条件下正常工作，设计了温度控制系统与新型控制方案，来实现对快速反射镜温度的精确控制。温控系统以单片机为核心控制元件，热电制冷器为执行元件。设计基于小波去噪的非线性比例-积分-微分自抗扰控制方案，通过基于Sigmoid个性化惯性权重的粒子群优化算法整定控制参数，进行仿真和实验。结果表明，此控制方案能有效抑制快速反射镜的开机温漂，在15~28 ℃的控温范围内，控温精度达到±0.02 ℃，可在142 s内稳定在预设温度。所设计的温控系统响应速度快、控制精度高，鲁棒性强，具有较好的应用价值。
光学器件 快速反射镜 非线性比例-积分-微分控制 自抗扰控制 小波去噪 热电制冷器 粒子群优化 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0523001
上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
太阳能电池(photovoltaic, PV)长时间暴露在阳光下会使其表面温度迅速升高, 从而降低其输出电压。为降低太阳能电池板的表面温度, 对太阳能电池板背面装载的热电制冷器(thermoelectric cooler, TEC)进行了研究, 测试其在不同室温下对太阳能电池板输出性能的影响。研究表明: 当不含 TEC且环境温度分别为 26 ℃、 29 ℃、 33 ℃时, 太阳能电池板的实验最大输出电压分别是 2.32 V、2.25 V、2.20 V; 加载 TEC之后, 在上述环境温度下太阳能电池板的最大输出电压分别为 2.54 V、2.59 V、2.47 V, 输出电压分别增加 9.4%、15.1%、12.3%。因此在太阳能电池板中加载热电制冷器既可以增大输出电压, 又可以避免因温度升高而降低太阳能电池板的寿命。
太阳能电池 热电制冷器 环境温度 输出电压 solar cell thermoelectric cooler ambient temperature output voltage
1 桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院,广西 桂林 541004
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室 安徽 合肥 230031
3 广西光电信息处理重点实验室,广西 桂林 541004
硒化铅(PbSe)中红外探测器是CO气体检测仪中的核心部件,其响应率会随温度变化。对中红外探测器进行精确的温度控制 可以有效地改善系统稳定性,提高检测系统信噪比。首先分析了 PbSe探测器温度特性,根据CO检测仪设计指标提出了温控 系统的高稳定性要求;介绍了热电制冷器(Thermoelectric cooling, TEC)的工作原理;提出了基于温湿度控制芯 片ADN8830的温度控制方案并设计了输入电桥电路、TEC功放电路和PID补偿电路。根据设计方案搭建了实验测试系统 在室温环境下进行测试。测试结果表明:该温控系统应用于大气CO浓度检测仪器可在30 s内进入稳定状态,且1 min内 温度波动小于±0.02℃,优于CO检测仪1 ppm精度指标所需的温度波动不大于±0.1℃的要求。
中红外探测器 温度控制 热电制冷器 mid-infrared detector temperature control thermoelectric cooler ADN8830 ADN8830 大气与环境光学学报
2019, 14(5): 351
设计并制作了一种硅雪崩光电二极管(APD)四象限探测器芯片, 基于该芯片研制了一款新型高灵敏度制冷型APD四象限探测器组件; 创新性地将探测器芯片、热电制冷器、前置放大电路和增益控制模块集成在带光窗的金属外壳中; 该组件制冷加热速度快, 在-45~70℃环境温度内可使器件恒定工作在10±2℃。测试结果表明, 相对于传统的PIN四象限探测器组件, 由于APD探测器本身能产生雪崩增益, 该组件的灵敏度提高了近两个数量级, 作用距离更远。
热电制冷器 增益控制模块 APD四象限探测器组件 PIN四象限探测器组件 thermoelectric cooler gain control module quadrant APD PIN quadrant photodetector
盐城工学院电气工程学院, 江苏 盐城 224051
为获得连续可调谐高频微波信号,设计了一种基于单片机控制的高精度热电制冷器(TEC)温度 控制系统。该系统的控制芯片采用MSP430F149单片机,通过温度传感器TMP112进行温度信息的采集,驱 动电路产生的脉宽调制(PWM)波信号驱动TEC芯片进行温度控制,稳态误差约为0.06 °C。利用该温度控制器 控制光纤的温度,通过调节温度获得了10.872～10.905 GHz的高频微波信号,信号频移大小的斜率为1.1 MHz/°C。 增加控制系统的温度调谐范围可获得更宽调谐范围的微波信号。
温度控制 热电制冷器 布里渊频移 微波信号 temperature control thermoelectric cooler Brillouin frequency shift microwave signal
中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
持续外场工作环境下, 红外系统成像的非均匀性会随工作时间、温度的改变而发生飘移, 要维持非均匀性校正精度, 定标动作需要定期重复, 而标准黑体笨重不便于携带, 使其不适用于现场定标应用。针对这一问题, 介绍了一种基于参考辐射源进行红外图像校正的方法。该方法利用一个精确控温的小巧辐射源, 可随时根据需要插入红外成像系统光路中进行非均匀性标定测试, 实时修正硬件平台中存储的非均匀性校正参数, 从而达到维持校正精度的目的。实验结果表明, 所述的辐射源具有较高的稳定性, 与环境温差在－10～10 K的范围内温度波动可以控制在 0.04 K范围, 使用该人工辐射源可以明显降低非均匀性随时间的恶化。
非均匀性校正 参考辐射源 热电制冷器 non-uniformity correction thermoelectric reference source thermoelectric cooler
电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 四川 成都610054
针对非制冷红外探测器系统，设计了一种无需衬底温度稳定器——热电制冷器(TEC)的读出电路(ROIC)结构.首先分析了衬底温度对微测辐射热计的特性的影响，利用ROIC对衬底温度变化引起的微测辐射热计的特性的变化进行补偿，实现ROIC的输出信号与衬底无关.该ROIC已在0.5 μm CMOS工艺下成功流片，并应用了到阵列大小为320×240的非制冷微测辐射热计焦平面上.测试结果表明: 在衬底温度变化20 K时，ROIC输出信号仅变化2 mV，实现了去除TEC后衬底温度补偿的功能，有效地降低了系统功耗.该ROIC在低功耗，小体积的非制冷红外探测器上有着广泛的应用.
非制冷 微测辐射热计 热电制冷器(TEC) 读出电路(ROIC) uncooled microbolometer TEC ROIC
吉林大学电子科学与工程学院, 吉林 长春130012
一种具有高稳定性和高敏感度的紧凑型仪器, 能精确、 实时、 实地连续测量和显示环境空气中的痕量甲烷(CH4)浓度。 仪器采用了已集成热电制冷器激射波长为7.5μm的法布里-珀罗量子级联激光器(QCL)在室温脉冲工作模式下的最新技术, 以覆盖CH4位于ν4附近基频特征吸收谱带。 同时, 采用高品质液氮制冷碲镉汞中红外探测器, 配合全反射镀金椭球反射镜一同使用, 在20 cm单路径开放式光路吸收气室环境下, 确保被测甲烷气体浓度为200 μmol·mol-1的实验条件下保持稳定度高达5.2×10-3。 此仪器所集成的软件算法通过时间鉴别电子技术实现对QCL控制, 能够在无需校准的情况下, 提供连续痕量甲烷气体检测。 实验表明, 仪器可以用于环境监测中的实地痕量气体测量, 并且操作人员可以通过替换在不同波长下运行的QCL来测量其他气体。
痕量甲烷 热电制冷器 量子级联激光器 液氮制冷 碲镉汞中红外探测器 时间鉴别电子技术 Trace methane Thermoelectrically cooling Quantum cascaded laser Liquid nitrogen cooling mid-infrared detector Time discriminating electronics technology 光谱学与光谱分析
2012, 32(11): 3146
