一种基于四象限探测器的温度自动控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于四象限探测器的温度自动控制系统，包括四象限探测器和与四象限探测器相连的温度负反馈闭环控制电路；其中温度负反馈闭环控制电路包括负温度系数热敏电阻、热电制冷器和温度驱动管理模块；热电制冷器和负温度系数热敏电阻贴装在四象限探测器的外表面，温度驱动管理模块的输入端连接负温度系数热敏电阻延长线端，输出端连接半导体制冷器。通过设置温度驱动管理模块的温度控制基准电压，间接设置热电制冷器的工作温度点，配合负温度系数热敏电阻以实现四象限探测器环境温度相对稳定，从而使四象限探测器工作电压稳定，倍增因子M保持不变，则输出信号维持稳定的增益，从而保证整个系统工作稳定，适应不同的恶劣工作环境。

【技术实现步骤摘要】
一种基于四象限探测器的温度自动控制系统
本技术涉及激光光通信设备
，尤其涉及一种基于四象限探测器的温度自动控制系统。
技术介绍
随着全球经济的快速发展，空间探测技术迅猛发展，航天活动也越来越频繁。卫星激光通信具有通信容量大、传输距离远、保密性强等优点及其结构轻便，设备经济，已发展为建设空间信息高速公路不可替代的手段，也是当前国际信息领域的前沿科学技术。现在随着各种星间通信、星地通信的快速发展，APD作为半导体芯片探测器，在弱光探测和应用方面越来越广泛；其在很大光谱范围700～1100nm内具有较高的量子效率(7O～9O％)；对入射光强度的线性响应动态范围强；并容易做成多像素探测器，且体积小，抗磁抗震；已在核医学成像、光纤信号读出、等离子体激光散射实验、宇航试验中离化粒子轨迹探测、卫星远距激光通信等方面成功应用，相信随着APD性能的不断提高，APD将在弱光探测领域发挥越来越大的作用。由于APD工作是利用半导体材料的倍增效应来将接收到的光信号转为电流信号，其倍增因子和环境温度密切相关，如若工作温度变化较大，则其倍增因子就会漂移，信号增益就会不稳定，导致产品系统工作不稳定，如果变化过大甚至会损坏APD器件；为了得到稳定的倍增因子即最佳的工作偏压，必须对APD的工作温度进行相应控制。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于四象限探测器的温度自动控制系统，解决现有激光通信终端在实际应用过程由于环境温度的变化造成APD工作状态不稳定问题，突破常规对整个系统进行温度管理，采用单个分立器件进行温控管理的精细化操作方式。为实现上述目的，本技术的技术方案如下：一种基于四象限探测器的温度自动控制系统，包括四象限探测器和与四象限探测器相连的温度负反馈闭环控制电路；所述温度负反馈闭环控制电路包括负温度系数热敏电阻、热电制冷器和温度驱动管理模块；所述热电制冷器和负温度系数热敏电阻贴装在四象限探测器的外表面，所述负温度系数热敏电阻延长线端连接温度驱动管理模块的输入端，温度驱动管理模块的输出端连接热电制冷器。进一步地，所述温度驱动管理模块包括偏差电路、基准电压电路、PID补偿电路、PWM和FET驱动电路和场效应管，负温度系数热敏电阻依次连接偏差电路、PID补偿电路、PWM和FET驱动电路和场效应管，场效应管连接热电制冷器，基准电压电路与偏差电路相连接，负温度系数热敏电阻将温度信号转换为电阻值，与设定的电阻值通过偏差电路输入至PID补偿电路，PWM和FET驱动电路用于控制场效应管开关及切换，驱动热电制冷器制冷或加热。进一步地，还包括与基准电压电路相连的电位器，用于设定温度控制基准电压VBASE，所述偏差电路包括跟随器U3、跟随器U4、差分放大电路U5和放大器U6，基准电压VBASE经过跟随器U3后进入差分放大电路U5；负温度系数热敏电阻器监测的温度信号VTR1依次经跟随器U4和差分放大电路U5，VBASE与VTR1进行差分后放大；所述PID补偿电路由电阻R33、电容C22、电阻R35、电容C23、电阻R34和电容C24组成，所述电阻R33与电容C22串联后与电阻R35并联，一端连接差分放大电路U5的输出端，另一端连接放大器U6的输入端，电容C23与电阻R34串联后与电容C24并联，一端连接放大器U6的输入端，另一端连接放大器U6的输出端，用于补偿偏差电压值对目标信号引起的相位延迟。进一步地，所述PID补偿电路输出电压VPID与参考电压1.5VREF比较，用于控制热电制冷器工作电流的大小与方向；当VPID＞VREF时，经放大器U6放大输出电压VTEC为负，通过PWM和FET驱动电路驱动热电制冷器一端电压大于另外一端电压；当VPID＜VREF时，经放大器U6放大输出电压VTEC为正，通过PWM和FET驱动电路控制热电制冷器的电流方向。进一步地，还包括与PWM和FET驱动电路相连的限流限压电路，用于设置最大正负方向电压电流值。与现有技术相比，本技术的有益效果为：对APD工作环境温度监测管理，保证APD的工作温度保持在比较稳定范围内，避免由于APD温度的剧烈变化引起的产品不稳定甚至损伤，大大提高设备对不同环境的适用性和稳定性；通过热电制冷器对APD进行温度管控，高效节能并可方便贴装在电路板的任意空旷区域，对区域温度进行加热或者制冷；相较传统的光接收前端产品，增加TEC温度监控管理及驱动控制，可根据实际应用需求设定温度点，TEC工作电压和电流，实现APD工作环境温度的自动控制。附图说明附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：图1为本技术提出的一种基于四象限探测器的温度自动控制系统的原理框图；图2为本技术提出的一实施例于四象限探测器的温度自动控制系统的温度负反馈闭环控制电路；图3为本技术提出的一实施例基于四象限探测器的温度自动控制系统的局部电路图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“APD”、“TEM”、“TEC”、“NTC”、“PID”、“MAXV/MAXIN/MAXIP”等指示的属于或定义为基于附图所示的逻辑关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的逻辑关系，因此不能理解为对本技术的限制。在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“参考电压”、“线性比例”、“倍增因子”、“稳定系数”等术语应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。如图1所示，本技术的一种基于四象限探测器的温度自动控制系统，包括四象限探测器APD和与四象限探测器相连的温度负反馈闭环控制电路；其中，温度负反馈闭环控制电路包括负温度系数热敏电阻NTC、热电制冷器TEC和温度驱动管理模块TEM；热电制冷器和负温度系数热敏电阻贴装在四象限探测器的外表面，负温度系数热敏电阻延长线端连接温度驱动管理模块的输入端，温度驱动管理模块的输出端连接半导体制冷器。APD即雪崩光电二极管，属于一种光电传感器，必须在较高的雪崩电压(一般200V～500V范围)附近工作才能有效的进行光电转化，表征的关键参数即为倍增因子M；倍增因子M和工作电压成一定的线性比例关系；不同的电压对应不同的M值。倍增因子M随着工作环境温度变化而变化，在实际应用中，为了维持APD探测信号的稳定性，即维持稳定的M值，必须对其工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于四象限探测器的温度自动控制系统，其特征在于：包括四象限探测器和与四象限探测器相连的温度负反馈闭环控制电路；所述温度负反馈闭环控制电路包括负温度系数热敏电阻、热电制冷器和温度驱动管理模块；所述热电制冷器和负温度系数热敏电阻贴装在四象限探测器的外表面，所述负温度系数热敏电阻延长线端连接温度驱动管理模块的输入端，温度驱动管理模块的输出端连接热电制冷器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于四象限探测器的温度自动控制系统，其特征在于：包括四象限探测器和与四象限探测器相连的温度负反馈闭环控制电路；所述温度负反馈闭环控制电路包括负温度系数热敏电阻、热电制冷器和温度驱动管理模块；所述热电制冷器和负温度系数热敏电阻贴装在四象限探测器的外表面，所述负温度系数热敏电阻延长线端连接温度驱动管理模块的输入端，温度驱动管理模块的输出端连接热电制冷器。


2.根据权利要求1所述的基于四象限探测器的温度自动控制系统，其特征在于：所述温度驱动管理模块包括偏差电路、基准电压电路、PID补偿电路、PWM和FET驱动电路和场效应管，负温度系数热敏电阻依次连接偏差电路、PID补偿电路、PWM和FET驱动电路和场效应管，场效应管连接热电制冷器，基准电压电路与偏差电路相连接，负温度系数热敏电阻将温度信号转换为电阻值，与设定的电阻值通过偏差电路输入至PID补偿电路，PWM和FET驱动电路用于控制场效应管开关及切换，驱动热电制冷器制冷或加热。


3.根据权利要求2所述的基于四象限探测器的温度自动控制系统，其特征在于：还包括与基准电压电路相连的电位器，用于设定温度控制基准电压VBASE，所述偏差电路包括跟随器U3、跟随器U4、差分放大电路U5和放大器U6，基准电压VBASE经过跟随...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖创易，刘红恩，
申请(专利权)人：南京航星通信技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32