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一種微型光纖光譜儀恒溫控制裝置的制作方法

文檔序號(hào):6267654閱讀:242來源:國(guó)知局
專利名稱:一種微型光纖光譜儀恒溫控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及一種適用于微型光纖光譜儀恒溫的裝置,尤其是TEC溫控器。
背景技術(shù)
光譜儀(Spectroscope)是將成分復(fù)雜的光分解為光譜線的科學(xué)儀器,由棱鏡或衍射光柵等構(gòu)成,利用光譜儀可測(cè)量物體表面反射的光線。通過光譜儀對(duì)光信息的抓取、以照相底片顯影,或電腦化自動(dòng)顯示數(shù)值儀器顯示和分析,從而測(cè)知物品中含有何種元素。這
種技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于空氣污染、水污染、食品衛(wèi)生、金屬工業(yè)等的檢測(cè)中。近年來隨著CCD陣列探測(cè)技術(shù)及光纖技術(shù)的逐漸成熟,微型光纖光譜儀在上述領(lǐng)域中的應(yīng)用前景日益廣闊。CCD光譜儀設(shè)有恒溫箱、TEC驅(qū)動(dòng)模塊、風(fēng)扇等部分。這種光譜儀具有體積小巧、便于攜帶,適應(yīng)不同工作場(chǎng)所及工藝條件,技術(shù)精度較高等優(yōu)勢(shì);但是也存環(huán)境溫度敏感性較強(qiáng)的缺點(diǎn),溫度的較大波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致光譜儀內(nèi)置的微型光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)中某些器件發(fā)生熱變形而導(dǎo)致聚焦不準(zhǔn)、光線偏移等問題,同時(shí)也會(huì)使CCD探測(cè)器的信噪比嚴(yán)重降低。因此,有效的恒溫及換熱方式成為保證微型光纖光譜儀可靠運(yùn)行的重要條件。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種微型光譜儀恒溫控制裝置,解決CCD光譜儀中光學(xué)器件溫度穩(wěn)定性的問題。本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種微型光譜儀恒溫控制裝置,其特征是它包括主控制器、TEC驅(qū)動(dòng)電路、模擬量調(diào)理電路、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路、溫度調(diào)理電路和兩路溫度傳感器;所述TEC驅(qū)動(dòng)電路和風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路的控制端分別與主控制器連接,TEC驅(qū)動(dòng)電路的輸出與光譜儀的TEC模塊連接,風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路的輸出與光譜儀的風(fēng)扇連接;所述模擬量調(diào)理電路的采樣端接TEC驅(qū)動(dòng)電路,模擬量調(diào)理電路的信號(hào)輸出端與主控制器連接;所述兩路溫度傳感器的輸出分別連接溫度調(diào)理電路,溫度調(diào)理電路的輸出端與主控制器連接。本實(shí)用新型中TEC驅(qū)動(dòng)電路設(shè)有MOS管QU Q2、Q3、Q4,電感LI、L2,負(fù)載Rl、R2,電容 C1、C2、C3、C4。其中Q1、Q3、C1、L1、C3、R1構(gòu)成了上端同步整流BUCK變換器,輸出電壓為V+ ;Q2、Q4、C2、L2、C4、R2構(gòu)成了下端同步整流BUCK變換器,其輸出電壓為V-;V+和V-輸出分別連接到TEC模塊的正極和負(fù)極。其中,模擬量調(diào)理電路包括差分電路、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。其中,主控制器還設(shè)有串口模塊,該串口模塊用于連接人機(jī)界面,或作為調(diào)試接□。其中,主控制器還設(shè)有CAN總線接口,該接口用于光譜儀恒溫控制器與上位機(jī)連接。二路溫度傳感器一路設(shè)于恒溫箱內(nèi)部,另一路設(shè)于恒溫箱外部,分別測(cè)量恒溫箱內(nèi)部溫度和外部溫度。


圖I是本實(shí)用新型的總體控制框圖。圖2是TEC驅(qū)動(dòng)模塊主電路。圖3是模擬量采樣和保護(hù)電路。圖中11_主控芯片;12_串口 ;13_CAN總線接口 ;21_電源;31_外接風(fēng)扇;32_風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路;41_溫度調(diào)理電路;42_溫度傳感器;43_溫度傳感器;51-TEC模塊;52_TEC驅(qū)動(dòng)電路;53-模擬量調(diào)理電路。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖,對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案具體描述如下如圖I所示,本實(shí)用新型的微型光譜儀恒溫控制裝置,它包括主控制器、電源21、TEC驅(qū)動(dòng)電路52、模擬量調(diào)理電路53、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路32、溫度調(diào)理電路43和兩路溫度傳感器 41、42。主控制器采用ARM7主控芯片11,它自帶AD轉(zhuǎn)換模塊、PWM模塊、CAN總線接口 13和串口 12,用于溫度采集、模擬量采集、PWM輸出和通訊。電源21為模塊電源,用于給控制電路和功率電路供電,型號(hào)為4NIC-X96。溫度采集模塊包含兩路溫度傳感器,一路安裝在恒溫箱內(nèi)部,一路安裝在恒溫箱外部,將溫度傳感器的信號(hào)經(jīng)過調(diào)理后送至主控芯片的AD 口轉(zhuǎn)成數(shù)字量,經(jīng)計(jì)算后,控制TEC驅(qū)動(dòng)模塊的輸出極性和輸出功率,控制外部安裝的對(duì)流風(fēng)扇的工作狀態(tài)。溫度傳感器41安裝在恒溫箱內(nèi)部,其輸出經(jīng)調(diào)理電路43后送到主控芯片11的ADC管腳,轉(zhuǎn)成數(shù)字量后和預(yù)設(shè)定的溫度值進(jìn)行對(duì)比計(jì)算,根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整主控芯片11輸出PWM波的占空比,來調(diào)整TEC驅(qū)動(dòng)電路的輸出功率和輸出極性。溫度傳感器42安裝在恒溫箱外部,用來檢測(cè)環(huán)境溫度,其輸出經(jīng)調(diào)理電路43后送到主控芯片11的ADC管腳,轉(zhuǎn)成數(shù)字量后和預(yù)設(shè)的環(huán)境溫度及恒溫箱內(nèi)部溫度進(jìn)行對(duì)比,根據(jù)對(duì)比結(jié)果控制安裝在恒溫箱外部的對(duì)流風(fēng)扇31的工作狀態(tài)。模擬量調(diào)理模塊將TEC驅(qū)動(dòng)模塊的模擬量信號(hào)經(jīng)過調(diào)理后送至主控芯片的AD口,根據(jù)采集到的數(shù)字量對(duì)主電路做過壓、過流保護(hù)。模擬量調(diào)理電路53采樣TEC驅(qū)動(dòng)電路的輸入電壓、輸出電壓和輸出電流,將調(diào)理結(jié)果送到主控芯片11的ADC管腳,轉(zhuǎn)成數(shù)字量后參與控制PWM波的調(diào)制,控制TEC驅(qū)動(dòng)電路的輸出功率;并參與過壓、過流的保護(hù)控制,保護(hù)主電路的功率器件和TEC模塊。具體工作如圖3所示,由于驅(qū)動(dòng)電路輸出極性可變,即輸出電壓電流為差分信號(hào),并且既有正值,也有負(fù)值,為一交流量,所以模擬量首先經(jīng)過了一個(gè)差分電路,將差分信號(hào)轉(zhuǎn)成了一個(gè)單端信號(hào),再經(jīng)過了一級(jí)同相放大電路,將信號(hào)放大后和一個(gè)參考電平相加,將交流量轉(zhuǎn)成了可供ADC直接轉(zhuǎn)換的直流信號(hào),該直流信號(hào)也是硬件保護(hù)電路的輸入。如圖3所示,正常工作時(shí),輸出信號(hào)SDn為高電平,當(dāng)ADC 口的直流信號(hào)大于CSO是為正向過流保護(hù),此時(shí)將SDn拉低,輸出保護(hù)信號(hào),同理,當(dāng)ADC 口的直流信號(hào)小于CSl時(shí)為反向過流保護(hù)。串口 12用作程序升級(jí)接口,通過該接口可方便的更新程序;或作為人機(jī)界面接口,可外接顯示模塊和按鍵;也可用作調(diào)試接口等功能。CAN總線接口 13用于將溫控器連接到整個(gè)系統(tǒng)的總線上,和系統(tǒng)的其他控制器交換數(shù)據(jù),將溫控器的信息送至上位機(jī)顯示,通過上位機(jī)設(shè)置溫控器的運(yùn)行方式、設(shè)定。如圖2所示,TEC驅(qū)動(dòng)電路為一雙BUCK電路,該電路具有雙極性輸出,主控芯片可控制TEC的輸出極性來實(shí)現(xiàn)制冷或制熱,并且根據(jù)需要調(diào)整TEC的輸出功率。TEC驅(qū)動(dòng)電路為一雙BUCK變換器,Vin為輸入電壓,Q1、Q2、Q3、Q4為MOSFET,L1、L2為電感,R1、R2為假負(fù)載。其中Q1、Q3、C1、L1、C3、R1構(gòu)成了上端同步整流BUCK變換器,輸出電壓為V+,Q2、Q4、C2、L2、C4、R2構(gòu)成了下端同步整流BUCK變換器,其輸出電壓為V-。V+和V-分別連接的TEC模塊的正負(fù)極,所以TEC模塊的輸入電壓為V+減V-;其中Ql和Q4共用一路PWM驅(qū) 動(dòng),Q2和Q3共用一路PWM驅(qū)動(dòng),通過調(diào)整PWM驅(qū)動(dòng)的占空比可以調(diào)節(jié)V+和V-的值,即可調(diào)整TEC模塊輸入電壓的大小和正負(fù),起到調(diào)節(jié)輸出功率和輸出極性的功能,從而實(shí)現(xiàn)TEC模塊加熱和制冷功能。風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路用于驅(qū)動(dòng)散熱器上安裝的對(duì)流風(fēng)扇,用來驅(qū)動(dòng)對(duì)流風(fēng)扇工作。
權(quán)利要求1.ー種光譜儀恒溫控制裝置,其特征是它包括主控制器、TEC驅(qū)動(dòng)電路、模擬量調(diào)理電路、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路、溫度調(diào)理電路和兩路溫度傳感器; 所述TEC驅(qū)動(dòng)電路和風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路的控制端分別與主控制器連接,TEC驅(qū)動(dòng)電路的輸出與光譜儀的TEC模塊連接,風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路的輸出與光譜儀的風(fēng)扇連接; 所述模擬量調(diào)理電路的采樣端接TEC驅(qū)動(dòng)電路,模擬量調(diào)理電路的信號(hào)輸出端與主控制器連接; 所述兩路溫度傳感器的輸出分別連接溫度調(diào)理電路,溫度調(diào)理電路的輸出端與主控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述光譜儀恒溫控制裝置,其特征是所述TEC驅(qū)動(dòng)電路設(shè)有MOS管Ql、Q2、Q3、Q4,電感 LI、L2,負(fù)載 RU R2 和電容 Cl、C2、C3、C4。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述光譜儀恒溫控制裝置,其特征是所述模擬量調(diào)理電路包括差分電路、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述光譜儀恒溫控制裝置,其特征是所述主控制器還設(shè)有串ロ模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述光譜儀恒溫控制裝置,其特征是所述主控制器還設(shè)有CAN總線接ロ。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述光譜儀恒溫控制裝置,其特征是所述ニ路溫度傳感器一路設(shè)于恒溫箱內(nèi)部,另一路設(shè)于恒溫箱外部。
專利摘要本實(shí)用新型為解決微型光纖光譜儀中光學(xué)器件溫度穩(wěn)定性的問題,提供一種微型光纖光譜儀恒溫控制裝置,它包括主控制器、電源、TEC驅(qū)動(dòng)電路、模擬量調(diào)理電路、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路、溫度調(diào)理電路和兩路溫度傳感器;TEC驅(qū)動(dòng)電路和風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路的控制端分別與主控制器連接,TEC驅(qū)動(dòng)電路的輸出與光譜儀的TEC模塊連接,風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路的輸出與光譜儀的風(fēng)扇連接;模擬量調(diào)理電路的采樣端接TEC驅(qū)動(dòng)電路,模擬量調(diào)理電路的信號(hào)輸出端與主控制器連接;兩路溫度傳感器的輸出分別連接溫度調(diào)理電路,溫度調(diào)理電路的輸出端與主控制器連接,串口模塊用于連接人機(jī)界面,或作為調(diào)試接口,CAN總線接口用于光譜儀恒溫控制器與上位機(jī)連接。
文檔編號(hào)G05D23/19GK202512457SQ20122017890
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者凌雁波, 張西謀, 曲震, 武善磊, 湯光華, 王新培, 陳書建 申請(qǐng)人:南京國(guó)電環(huán)保科技有限公司
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