留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

用于紫外光谱仪的探测器温度控制系统

蒋雪 侯汉 马庆军 林冠宇

蒋雪, 侯汉, 马庆军, 林冠宇. 用于紫外光谱仪的探测器温度控制系统[J]. 中国光学(中英文), 2024, 17(1): 209-216. doi: 10.37188/CO.2023-0133
引用本文: 蒋雪, 侯汉, 马庆军, 林冠宇. 用于紫外光谱仪的探测器温度控制系统[J]. 中国光学(中英文), 2024, 17(1): 209-216. doi: 10.37188/CO.2023-0133
JIANG Xue, HOU Han, MA Qing-jun, LIN Guan-yu. Detector temperature control system for ultraviolet spectrometer[J]. Chinese Optics, 2024, 17(1): 209-216. doi: 10.37188/CO.2023-0133
Citation: JIANG Xue, HOU Han, MA Qing-jun, LIN Guan-yu. Detector temperature control system for ultraviolet spectrometer[J]. Chinese Optics, 2024, 17(1): 209-216. doi: 10.37188/CO.2023-0133

用于紫外光谱仪的探测器温度控制系统

doi: 10.37188/CO.2023-0133
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(No. 62005268)
详细信息
    作者简介:

    蒋 雪(1992—),女,吉林长春人,硕士,研究实习员,2015年、2018年于吉林大学分别获得学士学位、硕士学位,主要从事空间紫外遥感技术的研究与设计。E-mail:jiangxue470@163.com

  • 中图分类号: TP394.1;TH691.9

Detector temperature control system for ultraviolet spectrometer

Funds: Supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 62005268)
More Information
  • 摘要:

    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。

     

  • 图 1  温度控制系统结构图

    Figure 1.  Block diagram of temperature control system

    图 2  PID控制原理图

    Figure 2.  Schematic diagram of PID control

    图 3  探测器温度和码值关系曲线

    Figure 3.  Relationship between detector temperature and code values

    图 4  温度控制系统的软件流程图

    Figure 4.  Flow chart of temperature control system software

    图 5  制冷过程曲线

    Figure 5.  Temperature cooling curve of the detector

    图 6  回温过程曲线

    Figure 6.  Temperature rising curve of the detector

    图 7  目标温度为−5 °C时的温度散点图

    Figure 7.  Scatter plot of temperature at a target temperature of −5 °C

    图 8  目标温度为−10 °C时的温度散点图

    Figure 8.  Scatter plot of temperature at a target temperature of −10 °C

    图 9  不同温度的钨灯曲线图

    Figure 9.  Temperature curves of different tungsten lamps

    图 10  不同温度的信噪比曲线

    Figure 10.  SNR curves at different temperatures

    图 11  不同温度的暗噪声曲线

    Figure 11.  Dark noise curves at different temperatures

  • [1] 薛庆生. 星载多谱段双视场紫外大气探测仪[J]. 光学 精密工程,2016,24(9):2101-2108. doi: 10.3788/OPE.20162409.2101

    XUE Q SH. Spaceborne multiband UV atmospheric sounder with two fields[J]. Optics and Precision Engineering, 2016, 24(9): 2101-2108. (in Chinese). doi: 10.3788/OPE.20162409.2101
    [2] 崔程光, 王淑荣, 黄煜, 等. 多模式星载被动大气探测仪在轨天底/临边探测匹配方法研究[J]. 光学学报,2015,35(6):0601001. doi: 10.3788/AOS201535.0601001

    CUI CH G, WANG SH R, HUANG Y, et al. Study on the method of passive multi-mode space-based atmospheric sounding spectrometers nadir and limb matching in-flight[J]. Acta Optica Sinica, 2015, 35(6): 0601001. (in Chinese). doi: 10.3788/AOS201535.0601001
    [3] 杨小虎, 王淑荣, 黄煜. 地球临边紫外环形成像仪几何定标技术研究[J]. 中国激光,2014,41(9):0913004. doi: 10.3788/CJL201441.0913004

    YANG X H, WANG SH R, HUANG Y. Research of geometric calibration of the earth annular ultraviolet limb imager[J]. Chinese Journal of Lasers, 2014, 41(9): 0913004. (in Chinese). doi: 10.3788/CJL201441.0913004
    [4] 朱均超, 豆梓文, 李嘉强, 等. 高精度大范围的光学晶体温度控制系统[J]. 光学 精密工程,2018,26(7):1604-1611. doi: 10.3788/OPE.20182607.1604

    ZHU J CH, DOU Z W, LI J Q, et al. High-precision and wide-range optical crystal temperature control system[J]. Optics and Precision Engineering, 2018, 26(7): 1604-1611. (in Chinese). doi: 10.3788/OPE.20182607.1604
    [5] 王建刚, 杨洪涛, 于晓周, 等. 大型气候环境试验舱冷热端温度动态模糊PID协调控制[J]. 光学 精密工程,2022,30(24):3159-3167. doi: 10.37188/OPE.20223024.3159

    WANG J G, YANG H T, YU X ZH, et al. Dynamic fuzzy-PID coordinated control of the cool-hot end temperature of large climate environmental test chambers[J]. Optics and Precision Engineering, 2022, 30(24): 3159-3167. (in Chinese). doi: 10.37188/OPE.20223024.3159
    [6] 王青, 姚泽坤, 张寅, 等. 基于ADN8834的高精度DBR激光器温度自动控制系统[J]. 液晶与显示,2023,38(5):609-616. doi: 10.37188/CJLCD.2023-0068

    WANG Q, YAO Z K, ZHANG Y, et al. High accuracy temperature control system of DBR laser based on ADN8834[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2023, 38(5): 609-616. (in Chinese). doi: 10.37188/CJLCD.2023-0068
    [7] 穆叶, 胡天立, 陈晨, 等. 采用模拟PID控制的DFB激光器温度控制系统研制[J]. 红外与激光工程,2019,48(4):0405001. doi: 10.3788/IRLA201948.0405001

    MU Y, HU T L, CHEN CH, et al. Development of temperature control system of DFB laser using analog PID control[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(4): 0405001. (in Chinese). doi: 10.3788/IRLA201948.0405001
    [8] 张佩杰, 宋克非. 极光成像仪滤光片高精度温度控制系统设计[J]. 红外与激光工程,2014,43(S1):177-182.

    ZHANG P J, SONG K F. Design of high accuracy temperature control system of auroral imager light filter system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(S1): 177-182. (in Chinese).
    [9] 姜炎坤, 朴亨, 王鹏, 等. 采用线性自抗扰技术的高精度温度控制系统研制[J]. 红外与激光工程,2023,52(2):20210813. doi: 10.3788/IRLA20210813

    JIANG Y K, PIAO H, WANG P, et al. Research on high precision temperature control system using linear auto disturbance rejection technique[J]. Infrared and Laser Engineering, 2023, 52(2): 20210813. (in Chinese). doi: 10.3788/IRLA20210813
    [10] 李禹希, 张刘, 陈思桐, 等. 基于自抗扰算法的光电跟踪伺服控制方法研究[J]. 中国光学,2022,15(3):562-567. doi: 10.37188/CO.2022-0090

    LI Y X, ZHANG L, CHEN S T, et al. Photoelectric tracking servo control method based on active disturbance rejection algorithm[J]. Chinese Optics, 2022, 15(3): 562-567. doi: 10.37188/CO.2022-0090
  • 加载中
图(11)
计量
  • 文章访问数:  140
  • HTML全文浏览量:  75
  • PDF下载量:  116
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2023-08-07
  • 修回日期:  2023-08-24
  • 录用日期:  2023-09-12
  • 网络出版日期:  2023-10-27

目录

    /

    返回文章
    返回

    重要通知

    2024年2月16日科睿唯安通过Blog宣布,2024年将要发布的JCR2023中,229个自然科学和社会科学学科将SCI/SSCI和ESCI期刊一起进行排名!《中国光学(中英文)》作为ESCI期刊将与全球SCI期刊共同排名!