一种红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置的制造方法
一种红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于红外成像控制技术领域，涉及一种红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置。
【背景技术】
[0002]当前红外成像系统的成像幅宽、空间分辨率等指标要求越来越高，而面阵探测器往往无法满足要求，因此扫描型如TDI(时间延迟积分)型红外成像器等应用越来越广泛。在该类红外成像器的工作成像时，需要建立一种扫描系统进行扫描，如采用斜45°镜、平面镜等方式进行扫描，并需要设计扫描控制电路对扫描电机进行控制。同时由于红外探测器材料特性、生产制造工艺等因素的影响，其响应度会产生一定的差异，使得不同探测单元之间存在较大程度的非均匀性。此外，随着使用环境的变化，工作时间的增加，不同探测单元的响应度会产生不同程度的漂移，图像的非均匀性会越来越差。因此需要对成像器响应进行周期性的实时校正。综合考虑校正效果及算法复杂度，采用两点校正法，同时考虑体积紧凑、使用方便等因素，校正辐射源选用TEC(热电制冷器)，可获得高低温的目标源。因此也需要设计温度控制电路对TEC进行精确控温。目前红外成像器均日益朝着小型化、模块化和集成化的方向发展，因此也就要求扫描控制和辐射校正源控制等电子学系统具有高通用性、高灵活性，便于集成化和模块化的优点。
【发明内容】
[0003](— )发明目的
[0004]本发明的目的是:解决红外成像器扫描控制和辐射校正源控制无法实现集成化和模块化且不具备通用性和灵活性的问题，提出一种红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置。
[0005](二)技术方案
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供一种红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置，其包括:主控模块、以及与其连接的扫描控制模块、温度控制模块、电源及接口模块；
[0007]所述主控模块由单片机或ARM组成，用于接收并解算命令，并根据命令对扫描控制模块和温度控制模块进行相应控制；
[0008]所述扫描控制模块由DAC组成，用于提供电机及驱动器所需的电压，首先根据成像器的成像视场确定扫描角度，再将扫描角度换算成电机驱动器电压，以驱动控制电机及驱动器；
[0009]所述温度控制模块包括连接主控模块的温度点控制芯片、连接温度点控制芯片的温控芯片、以及连接温控芯片的功率驱动芯片;温控芯片包括ADN8831，功率驱动芯片配合温控芯片使用，实现对TEC的加热、制冷功率驱动，温度点控制芯片包括DAC，通过主控模块设置DAC的电压，将TEC温度控制在该电压对应的温度点上；
[0010]所述电源及接口模块包括电源模块和接口模块，电源模块为主控模块、温度控制模块、扫描控制模块供电，接口模块连通主控模块和外界，实现串口通讯信号、同步信号的格式转换。
[0011]其中，所述扫描控制模块工作流程为:首先主控模块接收并解算扫描角度、扫描周期、有效帧角度、TEC位置角度信息，再将扫描角度信息转换成DAC对应的数据，并根据扫描周期设定电压变换步长，然后根据有效帧角度信息及TEC位置信息确定帧同步信号和TEC位置同步信号，输出给成像电路，成像电路根据该帧同步信号采集有效图像数据，根据TEC位置同步信号采集定标图像数据。
[0012]其中，所述温度控制模块工作流程为:首先主控模块接收并解算高、低温数据，将其换算成温度控制点对应的电压信号，再控制DAC输出该电压信号至温控芯片，温控系统启动，同时监控温控芯片重TMP⑶信号，当高、低温控芯片的TMP⑶信号均为高电平时，则表示温度控制稳定，输出温度稳定同步信号，成像电路采集到该同步信号即可采集定标图像数据。
[0013](三)有益效果
[0014]上述技术方案所提供的红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置，将扫描控制和辐射源温度控制集成在一个电路板上，同时完成了扫描控制及定标源控制，其中的主控模块和扫描控制模块均由一个集成芯片完成，温控电路采用专用的模块化电路，无需算法即可实现，温控精度高，装置简易，整个装置实现了集成化和模块化设计。
【附图说明】
[0015]图1为扫描及辐射校正源集成控制装置结构示意图；
[0016]图2为扫描控制模块工作流程图；
[0017]图3为扫描控制及同步信号波形示意图；
[0018]图4为温度控制模块工作流程图；
[0019]图5为ADN8831温控原理图。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0021]如图1所示，本实施例扫描及辐射校正源集成控制装置包括主控模块、以及与其连接的扫描控制模块、温度控制模块、电源及接口模块。
[0022]主控模块由单片机或ARM组成，完成与外部进行通讯，并控制TEC温度点，同时控制扫描驱动信号，还能输出扫描同步信号和TEC位置信号给图像预处理电路，后者可根据该信号进行采图及数据处理。
[0023]主控模块负责接收并解算命令，并根据命令对扫描控制模块和温度控制模块进行相应控制。扫描控制模块工作流程如图2所示，首先主控模块接收并解算扫描角度、扫描周期、有效帧角度、TEC位置角度等信息，再将扫描角度信息转换成DAC对应的数据，并根据扫描周期设定电压变换步长。如本实例中，成像器为双向扫描成像，扫描角度为±10°，对应的驱动信号为±10V，扫描周期为2s。首先设定时间变化步长(如lms)，则计算电压变化步长为20mV。然后根据有效帧角度信息及TEC位置信息确定帧同步信号和TEC位置同步信号，输出给成像电路，成像电路可根据该帧同步信号采集有效图像数据，根据TEC位置同步信号采集定标图像数据，扫描驱动信号及同步信号示意图如图3所示。温度控制模块工作流程如图4所示，具体流程描述如下:首先主控模块接收并解算高、低温数据，将其 换算成温度控制点对应的电压信号，再控制DAC输出该电压信号至ADN8831，温控系统启动，同时监控TMP⑶信号，当高、低温控芯片的TMPGD信号均为高电平时，则表示温度控制稳定，输出温度稳定同步信号，成像电路采集到该同步信号即可采集定标图像数据。
[0024]扫描控制模块主要由DAC组成，负责提供电机及驱动器所需的电压，电压大小与转动角度成正比例关系，由主控模块进行控制。首先根据成像器的成像视场确定扫描角度，再将扫描角度换算成电机驱动器电压，再选择输出电压匹配的DAC芯片。
[0025]温度控制模块由温控芯片、功率驱动芯片、温度点控制芯片组成。温控芯片由ADN8831组成，该芯片为专门控制TEC设计的单片集成控制器，具有控制精度高、功耗低、体积小、集成度高等优点。功率驱动芯片配合温控芯片使用，实现对TEC的加热、制冷功率驱动，温度点控制芯片由DAC组成，通过主控芯片设置DAC的电压，将TEC温度控制在该电压对应的温度点上。
[0026]温度控制模块负责对辐射校正源(TEC)进行精确的温度控制。本实施例采用专用温控芯片ADN8831实现，温控原理图如图5所示。偏差放大电路采用高精度差分放大器作为输入级，该放大器可以区分ΙΟΟμν以上的偏差，且具有自校正、自归零、低温漂的特性。电压参考电路输出的是典型值为2.47V的标准参考电压。通过调整PID补偿网络的参数可以改变系统的响应特性。通过对限制控制器的调制，可以设置辐射校正源TEC的最大加热、制冷电流和最大偏压。晶振部分控制M0SFET的开关频率。采用一半开关输出一半线性输出的M0SFET驱动器，可以减少一半的输出电流纹波，同时，减少了一些外围器件，提高了效率。温度设置部分由数模转换器DAC实现。为了节省电路板体积，选用双路输出的DAC，输出两路模拟电压至温控芯片ADN8831用以设置温度稳定点，以两个ADN8831输出的参考电压VREF作为两路参考电压。
[0027]电源及接口模块实现装置内各模块所需的电源转换，并实现对外通讯等接口转换功能;具体为主控模块、温度控制模块、扫描控制模块供电，在本实例中，电源采用LD0芯片实现。接口模块连通主控模块和外界，它主要实现串口通讯信号、同步信号等信号的格式转换。
[0028]基于上述结构，该装置完成了红外成像器扫描和辐射校正源集成控制，实现了小型化、集成化和模块化设计，取得了很好的效果，可将该技术应用在类似的红外扫描成像系统中。
[0029]由上述技术方案可以看出，本发明将扫描控制和辐射源温度控制集成在一个电路板上，同时完成了扫描控制及定标源控制，其中的主控模块和扫描控制模块均由一个集成芯片完成，温控电路采用专用的模块化电路，无需算法即可实现，温控精度高，装置简易，整个装置实现了集成化和模块化设计。
[0030]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置，其特征在于，包括:主控模块、以及与其连接的扫描控制模块、温度控制模块、电源及接口模块； 所述主控模块由单片机或ARM组成，用于接收并解算命令，并根据命令对扫描控制模块和温度控制模块进行相应控制； 所述扫描控制模块由DAC组成，用于提供电机及驱动器所需的电压，首先根据成像器的成像视场确定扫描角度，再将扫描角度换算成电机驱动器电压，以驱动控制电机及驱动器；所述温度控制模块包括连接主控模块的温度点控制芯片、连接温度点控制芯片的温控芯片、以及连接温控芯片的功率驱动芯片;温控芯片包括ADN8831，功率驱动芯片配合温控芯片使用，实现对TEC的加热、制冷功率驱动，温度点控制芯片包括DAC，通过主控模块设置DAC的电压，将TEC温度控制在该电压对应的温度点上； 所述电源及接口模块包括电源模块和接口模块，电源模块为主控模块、温度控制模块、扫描控制模块供电，接口模块连通主控模块和外界，实现串口通讯信号、同步信号的格式转换。2.如权利要求1所述的红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置，其特征在于，所述扫描控制模块工作流程为:首先主控模块接收并解算扫描角度、扫描周期、有效帧角度、TEC位置角度信息，再将扫描角度信息转换成DAC对应的数据，并根据扫描周期设定电压变换步长，然后根据有效帧角度信息及TEC位置信息确定帧同步信号和TEC位置同步信号，输出给成像电路，成像电路根据该帧同步信号采集有效图像数据，根据TEC位置同步信号采集定标图像数据。3.如权利要求1或2所述的红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置，其特征在于，所述温度控制模块工作流程为:首先主控模块接收并解算高、低温数据，将其换算成温度控制点对应的电压信号，再控制DAC输出该电压信号至温控芯片，温控系统启动，同时监控温控芯片重TMPGD信号，当高、低温控芯片的TMP⑶信号均为高电平时，则表示温度控制稳定，输出温度稳定同步信号，成像电路采集到该同步信号即可采集定标图像数据。
【专利摘要】本发明属于红外成像控制技术领域，公开了一种红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置，其包括：主控模块、以及与其连接的扫描控制模块、温度控制模块、电源及接口模块。本发明将扫描控制和辐射源温度控制集成在一个电路板上，同时完成了扫描控制及定标源控制，其中的主控模块和扫描控制模块均由一个集成芯片完成，温控电路采用专用的模块化电路，无需算法即可实现，温控精度高，装置简易，整个装置实现了集成化和模块化设计。
【IPC分类】G01J5/00, G05B19/042
【公开号】CN105487436
【申请号】CN201510823260
【发明人】殷国平, 沈玉秀
【申请人】天津津航技术物理研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月23日
【技术领域】
[0001]本发明属于红外成像控制技术领域，涉及一种红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置。
【背景技术】
[0002]当前红外成像系统的成像幅宽、空间分辨率等指标要求越来越高，而面阵探测器往往无法满足要求，因此扫描型如TDI(时间延迟积分)型红外成像器等应用越来越广泛。在该类红外成像器的工作成像时，需要建立一种扫描系统进行扫描，如采用斜45°镜、平面镜等方式进行扫描，并需要设计扫描控制电路对扫描电机进行控制。同时由于红外探测器材料特性、生产制造工艺等因素的影响，其响应度会产生一定的差异，使得不同探测单元之间存在较大程度的非均匀性。此外，随着使用环境的变化，工作时间的增加，不同探测单元的响应度会产生不同程度的漂移，图像的非均匀性会越来越差。因此需要对成像器响应进行周期性的实时校正。综合考虑校正效果及算法复杂度，采用两点校正法，同时考虑体积紧凑、使用方便等因素，校正辐射源选用TEC(热电制冷器)，可获得高低温的目标源。因此也需要设计温度控制电路对TEC进行精确控温。目前红外成像器均日益朝着小型化、模块化和集成化的方向发展，因此也就要求扫描控制和辐射校正源控制等电子学系统具有高通用性、高灵活性，便于集成化和模块化的优点。
【发明内容】
[0003](— )发明目的
[0004]本发明的目的是:解决红外成像器扫描控制和辐射校正源控制无法实现集成化和模块化且不具备通用性和灵活性的问题，提出一种红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置。
[0005](二)技术方案
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供一种红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置，其包括:主控模块、以及与其连接的扫描控制模块、温度控制模块、电源及接口模块；
[0007]所述主控模块由单片机或ARM组成，用于接收并解算命令，并根据命令对扫描控制模块和温度控制模块进行相应控制；
[0008]所述扫描控制模块由DAC组成，用于提供电机及驱动器所需的电压，首先根据成像器的成像视场确定扫描角度，再将扫描角度换算成电机驱动器电压，以驱动控制电机及驱动器；
[0009]所述温度控制模块包括连接主控模块的温度点控制芯片、连接温度点控制芯片的温控芯片、以及连接温控芯片的功率驱动芯片;温控芯片包括ADN8831，功率驱动芯片配合温控芯片使用，实现对TEC的加热、制冷功率驱动，温度点控制芯片包括DAC，通过主控模块设置DAC的电压，将TEC温度控制在该电压对应的温度点上；
[0010]所述电源及接口模块包括电源模块和接口模块，电源模块为主控模块、温度控制模块、扫描控制模块供电，接口模块连通主控模块和外界，实现串口通讯信号、同步信号的格式转换。
[0011]其中，所述扫描控制模块工作流程为:首先主控模块接收并解算扫描角度、扫描周期、有效帧角度、TEC位置角度信息，再将扫描角度信息转换成DAC对应的数据，并根据扫描周期设定电压变换步长，然后根据有效帧角度信息及TEC位置信息确定帧同步信号和TEC位置同步信号，输出给成像电路，成像电路根据该帧同步信号采集有效图像数据，根据TEC位置同步信号采集定标图像数据。
[0012]其中，所述温度控制模块工作流程为:首先主控模块接收并解算高、低温数据，将其换算成温度控制点对应的电压信号，再控制DAC输出该电压信号至温控芯片，温控系统启动，同时监控温控芯片重TMP⑶信号，当高、低温控芯片的TMP⑶信号均为高电平时，则表示温度控制稳定，输出温度稳定同步信号，成像电路采集到该同步信号即可采集定标图像数据。
[0013](三)有益效果
[0014]上述技术方案所提供的红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置，将扫描控制和辐射源温度控制集成在一个电路板上，同时完成了扫描控制及定标源控制，其中的主控模块和扫描控制模块均由一个集成芯片完成，温控电路采用专用的模块化电路，无需算法即可实现，温控精度高，装置简易，整个装置实现了集成化和模块化设计。
【附图说明】
[0015]图1为扫描及辐射校正源集成控制装置结构示意图；
[0016]图2为扫描控制模块工作流程图；
[0017]图3为扫描控制及同步信号波形示意图；
[0018]图4为温度控制模块工作流程图；
[0019]图5为ADN8831温控原理图。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0021]如图1所示，本实施例扫描及辐射校正源集成控制装置包括主控模块、以及与其连接的扫描控制模块、温度控制模块、电源及接口模块。
[0022]主控模块由单片机或ARM组成，完成与外部进行通讯，并控制TEC温度点，同时控制扫描驱动信号，还能输出扫描同步信号和TEC位置信号给图像预处理电路，后者可根据该信号进行采图及数据处理。
[0023]主控模块负责接收并解算命令，并根据命令对扫描控制模块和温度控制模块进行相应控制。扫描控制模块工作流程如图2所示，首先主控模块接收并解算扫描角度、扫描周期、有效帧角度、TEC位置角度等信息，再将扫描角度信息转换成DAC对应的数据，并根据扫描周期设定电压变换步长。如本实例中，成像器为双向扫描成像，扫描角度为±10°，对应的驱动信号为±10V，扫描周期为2s。首先设定时间变化步长(如lms)，则计算电压变化步长为20mV。然后根据有效帧角度信息及TEC位置信息确定帧同步信号和TEC位置同步信号，输出给成像电路，成像电路可根据该帧同步信号采集有效图像数据，根据TEC位置同步信号采集定标图像数据，扫描驱动信号及同步信号示意图如图3所示。温度控制模块工作流程如图4所示，具体流程描述如下:首先主控模块接收并解算高、低温数据，将其 换算成温度控制点对应的电压信号，再控制DAC输出该电压信号至ADN8831，温控系统启动，同时监控TMP⑶信号，当高、低温控芯片的TMPGD信号均为高电平时，则表示温度控制稳定，输出温度稳定同步信号，成像电路采集到该同步信号即可采集定标图像数据。
[0024]扫描控制模块主要由DAC组成，负责提供电机及驱动器所需的电压，电压大小与转动角度成正比例关系，由主控模块进行控制。首先根据成像器的成像视场确定扫描角度，再将扫描角度换算成电机驱动器电压，再选择输出电压匹配的DAC芯片。
[0025]温度控制模块由温控芯片、功率驱动芯片、温度点控制芯片组成。温控芯片由ADN8831组成，该芯片为专门控制TEC设计的单片集成控制器，具有控制精度高、功耗低、体积小、集成度高等优点。功率驱动芯片配合温控芯片使用，实现对TEC的加热、制冷功率驱动，温度点控制芯片由DAC组成，通过主控芯片设置DAC的电压，将TEC温度控制在该电压对应的温度点上。
[0026]温度控制模块负责对辐射校正源(TEC)进行精确的温度控制。本实施例采用专用温控芯片ADN8831实现，温控原理图如图5所示。偏差放大电路采用高精度差分放大器作为输入级，该放大器可以区分ΙΟΟμν以上的偏差，且具有自校正、自归零、低温漂的特性。电压参考电路输出的是典型值为2.47V的标准参考电压。通过调整PID补偿网络的参数可以改变系统的响应特性。通过对限制控制器的调制，可以设置辐射校正源TEC的最大加热、制冷电流和最大偏压。晶振部分控制M0SFET的开关频率。采用一半开关输出一半线性输出的M0SFET驱动器，可以减少一半的输出电流纹波，同时，减少了一些外围器件，提高了效率。温度设置部分由数模转换器DAC实现。为了节省电路板体积，选用双路输出的DAC，输出两路模拟电压至温控芯片ADN8831用以设置温度稳定点，以两个ADN8831输出的参考电压VREF作为两路参考电压。
[0027]电源及接口模块实现装置内各模块所需的电源转换，并实现对外通讯等接口转换功能;具体为主控模块、温度控制模块、扫描控制模块供电，在本实例中，电源采用LD0芯片实现。接口模块连通主控模块和外界，它主要实现串口通讯信号、同步信号等信号的格式转换。
[0028]基于上述结构，该装置完成了红外成像器扫描和辐射校正源集成控制，实现了小型化、集成化和模块化设计，取得了很好的效果，可将该技术应用在类似的红外扫描成像系统中。
[0029]由上述技术方案可以看出，本发明将扫描控制和辐射源温度控制集成在一个电路板上，同时完成了扫描控制及定标源控制，其中的主控模块和扫描控制模块均由一个集成芯片完成，温控电路采用专用的模块化电路，无需算法即可实现，温控精度高，装置简易，整个装置实现了集成化和模块化设计。
[0030]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置，其特征在于，包括:主控模块、以及与其连接的扫描控制模块、温度控制模块、电源及接口模块； 所述主控模块由单片机或ARM组成，用于接收并解算命令，并根据命令对扫描控制模块和温度控制模块进行相应控制； 所述扫描控制模块由DAC组成，用于提供电机及驱动器所需的电压，首先根据成像器的成像视场确定扫描角度，再将扫描角度换算成电机驱动器电压，以驱动控制电机及驱动器；所述温度控制模块包括连接主控模块的温度点控制芯片、连接温度点控制芯片的温控芯片、以及连接温控芯片的功率驱动芯片;温控芯片包括ADN8831，功率驱动芯片配合温控芯片使用，实现对TEC的加热、制冷功率驱动，温度点控制芯片包括DAC，通过主控模块设置DAC的电压，将TEC温度控制在该电压对应的温度点上； 所述电源及接口模块包括电源模块和接口模块，电源模块为主控模块、温度控制模块、扫描控制模块供电，接口模块连通主控模块和外界，实现串口通讯信号、同步信号的格式转换。2.如权利要求1所述的红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置，其特征在于，所述扫描控制模块工作流程为:首先主控模块接收并解算扫描角度、扫描周期、有效帧角度、TEC位置角度信息，再将扫描角度信息转换成DAC对应的数据，并根据扫描周期设定电压变换步长，然后根据有效帧角度信息及TEC位置信息确定帧同步信号和TEC位置同步信号，输出给成像电路，成像电路根据该帧同步信号采集有效图像数据，根据TEC位置同步信号采集定标图像数据。3.如权利要求1或2所述的红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置，其特征在于，所述温度控制模块工作流程为:首先主控模块接收并解算高、低温数据，将其换算成温度控制点对应的电压信号，再控制DAC输出该电压信号至温控芯片，温控系统启动，同时监控温控芯片重TMPGD信号，当高、低温控芯片的TMP⑶信号均为高电平时，则表示温度控制稳定，输出温度稳定同步信号，成像电路采集到该同步信号即可采集定标图像数据。
【专利摘要】本发明属于红外成像控制技术领域，公开了一种红外扫描成像及辐射校正源集成控制装置，其包括：主控模块、以及与其连接的扫描控制模块、温度控制模块、电源及接口模块。本发明将扫描控制和辐射源温度控制集成在一个电路板上，同时完成了扫描控制及定标源控制，其中的主控模块和扫描控制模块均由一个集成芯片完成，温控电路采用专用的模块化电路，无需算法即可实现，温控精度高，装置简易，整个装置实现了集成化和模块化设计。
【IPC分类】G01J5/00, G05B19/042
【公开号】CN105487436
【申请号】CN201510823260
【发明人】殷国平, 沈玉秀
【申请人】天津津航技术物理研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月23日
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