發(fā)布時間：2021-08-13 17:26

　　針對多角度偏振成像儀探測器光電性能的評估需求,研制一套圖像傳感器光電性能參數(shù)通用測試系統(tǒng),并提出一種基于珀耳帖效應(yīng)的熱電制冷器和低溫循環(huán)機相組合的探測器控溫方法。實驗結(jié)果表明積分球的光源穩(wěn)定性為0.036%,照度均勻度≥99.3%,探測器制冷系統(tǒng)降溫速率約為2.2℃/min,溫控精度優(yōu)于±0.15℃,實現(xiàn)在-10～25℃的工作溫度范圍內(nèi)對量子效率、光響應(yīng)不一致性、暗電流、滿阱電荷和光響應(yīng)非線性等關(guān)鍵性能參數(shù)的測量,多角度偏振成像儀探測器不同波長下的光響應(yīng)不一致性優(yōu)于3%,光響應(yīng)非線性優(yōu)于1%,工作溫度升高至9℃暗電流增加1.25倍,近紅外波段的量子效率變化3.58個百分點。探測器性能的評估為多角度偏振成像儀整機的性能測試和定標(biāo)需求提供保障。 

【文章來源】：中國激光. 2020,47(09)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

面陣CCD的光電性能測試系統(tǒng)示意圖

面陣CCD若要獲得高質(zhì)量的圖像信號輸出,需要保證低噪聲的偏壓、精確的驅(qū)動時序以及高精度模擬前端的性能[16],為此設(shè)計一套CCD圖像采集系統(tǒng)以實現(xiàn)面陣探測器的驅(qū)動與視頻信號采集的控制,采集系統(tǒng)如圖2所示。該系統(tǒng)的總控制器為NI工控機,通過USB接口向FPGA(Field-Programmable Gate Array)發(fā)送積分時間,模擬前端增益、偏置和成像周期等工作參數(shù);時序驅(qū)動單元將FPGA產(chǎn)生的幀轉(zhuǎn)移時鐘、垂直轉(zhuǎn)移時鐘、行轉(zhuǎn)移時鐘以及復(fù)位等邏輯時序信號轉(zhuǎn)換成滿足CCD工作幅值和上升沿時間要求的驅(qū)動時鐘;偏置電壓單元產(chǎn)生適合CCD的各路偏置電壓;面陣CCD輸出的圖像模擬信號經(jīng)過預(yù)放器后送入模擬前端視頻信號處理器中,并進(jìn)行信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換,然后送入FPGA中并按照科學(xué)數(shù)據(jù)包格式進(jìn)行組織打包,通過LVDS接口將打包后的圖像數(shù)據(jù)傳送至工控機內(nèi)的圖像采集卡上并進(jìn)行圖像實時的存儲與顯示。工控機通過模擬采集卡來監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部的遙測電壓。面陣CCD探測器的管腳較軟,測量過程中多次拆裝容易造成管腳發(fā)生變形,故采用無應(yīng)力插座來進(jìn)行面陣CCD與圖像采集系統(tǒng)的連接。

在面陣CCD與導(dǎo)熱銅板之間安裝導(dǎo)熱墊,探測器工作過程中產(chǎn)生的熱量通過導(dǎo)熱墊傳遞到導(dǎo)熱銅板上即熱沉,當(dāng)TEC通入直流電時冷端實現(xiàn)對熱沉的制冷,熱端依靠低溫循環(huán)機換熱器帶走熱量以散熱,從而保證探測器的工作溫度穩(wěn)定。在面陣CCD陶瓷背面粘貼熱敏電阻,用于精確測量探測器工作時的溫度變化。高精度溫控電路用于實現(xiàn)對TEC的控制,其由高穩(wěn)定性溫度采集模塊和低噪聲熱控驅(qū)動模塊組成,采用FPGA專用芯片根據(jù)溫控算法來實現(xiàn)探測器溫度采集的控制,使用TEC來驅(qū)動信號輸出與RS422異步串口通信。溫控算法采用基于最優(yōu)時間控制的開關(guān)控制算法[18],根據(jù)采集的溫度信息來調(diào)節(jié)TEC的驅(qū)動功率以產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號,驅(qū)動外部功率三極管來控制TEC制冷電流,電流采樣電阻對驅(qū)動電流進(jìn)行采樣監(jiān)控形成閉環(huán)控制以實現(xiàn)制冷,實現(xiàn)了±0.15 ℃高精度溫控。3 測試系統(tǒng)的標(biāo)定

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[4]多角度偏振成像儀溫度校正方法[J]. 涂碧海,洪津,姚萍萍,王羿,袁銀麟,翁建文.  中國激光. 2019(10)
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[7]星載多角度偏振成像儀測量精度驗證與偏差分析[J]. 張苗苗,孟炳寰,駱冬根,楊本永,提汝芳,洪津.  光學(xué)學(xué)報. 2018(08)
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[9]CCD相對光譜響應(yīng)同步采樣方法研究[J]. 崔珊珊,孟炳寰,裘楨煒,洪津,鄒鵬.  紅外與激光工程. 2015(11)
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博士論文
[1]多角度偏振成像儀光電探測系統(tǒng)設(shè)計與研究[D]. 駱冬根.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2017

碩士論文
[1]CCD光電參數(shù)測試方法研究及系統(tǒng)設(shè)計[D]. 李曉杰.中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所) 2014
[2]CCD芯片量子效率和非均勻性參數(shù)測量[D]. 孫昊洋.西安電子科技大學(xué) 2014



本文編號：3340842