CN109374126A - 一种用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置 - Google Patents
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Abstract
为解决现有探测装置动态范围小、信噪比低、可靠性较低、集成度低、功耗较大的问题，本发明提供了一种用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，包括：置于真空腔体中的像元尺寸大于13um，读出噪声小于5e‑，响应非均匀性小于1％的CCD芯片；为CCD芯片提供工作电压、根据设定参数为CCD芯片提供正确的驱动信号和驱动时序，及控制CCD芯片正常工作的CCD驱动单元；低噪声的信号调理转换单元；用于存储信号调理转换单元输出的数字信号的数据存储单元；用于控制CCD驱动单元、信号调理转换单元、数据存储单元工作，以及接收、解析、响应、执行上位机命令的控制单元；用于对CCD芯片进行制冷的制冷单元。本发明具有信噪比高、动态范围大、可靠性高、功耗低的优点。
Description
技术领域
本发明属于高功率激光参数测量技术领域，涉及一种探测装置，特别涉及一种用于高功率激光远场测量、具有大光学动态范围、低输出噪声的探测装置。
背景技术
在高功率激光装置中，激光光束截面的光强分布对激光光束的质量以及激光会聚焦斑的影响都是非常大的，为测量光束截面的大动态范围内光强分布数据，就需要对应的大动态范围线性探测器与之匹配。
在现有探测装置中，大多能探测的激光动态范围很小，当对高功率激光进行探测时，探测器很容易出现局部图像饱和或探测范围小而导致部分数据失真的现象。另外，在激光近场测量时需要得到高质量的图像信息，从而进行各种参数测量和计算，此时就需要探测装置的输出图像具有高信噪比，因为低信噪比图像中混入的噪声会对探测目标产生非常恶劣的影响，甚至淹没有效信号。
此外，现有探测装置需要对不同部件进行分别控制，当控制目标较多时，***就必须根据不同部件特点选用不同控制器，这样一来探测装置工作时就需要不同控制器协同工作，此时不同信号在不同控制器间进行通信时容易受到外界干扰，可靠性较低。同时，探测装置+多控制器的结构会使***集成度降低、功耗增加，体积占用也会增大。
发明内容
为了解决现有探测装置动态范围小、信噪比低、可靠性较低、集成度低、功耗较大的技术问题，本发明提供了一种用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，能够实现高功率激光的远场精确测量。
本发明的技术方案是：
一种用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特殊之处在于，包括：
CCD芯片，用于进行激光探测以及光电转换，最终输出模拟电信号；所述CCD芯片的像元尺寸大于13um，读出噪声小于5e-，响应非均匀性小于1％；CCD芯片置于真空腔体中；
CCD驱动单元，为CCD芯片提供工作电压、根据设定参数为CCD芯片提供正确的驱动信号和驱动时序，以及控制CCD芯片正常工作；
信号调理转换单元，采用低噪声设计，用于将CCD芯片输出的模拟电信号进行放大、调理和模数转换，进而输出数字信号；
数据存储单元，用于存储信号调理转换单元输出的数字信号；
控制单元，用于控制CCD驱动单元、信号调理转换单元、数据存储单元工作，以及接收、解析、响应、执行来自上位机的命令；
通信单元，用于实现控制单元与上位机之间的数据通信功能；
制冷单元，与控制单元相连，用于对CCD芯片进行制冷。
进一步地，所述制冷单元包括温度控制器、制冷驱动电路和制冷装置；温度控制器与控制单元相互通讯；制冷驱动电路与温度控制器相互通讯；制冷装置与制冷驱动电路相连，用于对CCD芯片进行制冷。
进一步地，所述制冷装置包括前壳体、真空法兰、后壳体以及依次设置的屏蔽构件、制冷模块、导热元件、散热器和风扇；
制冷模块设置在前壳体与真空法兰构成的真空腔体内；制冷模块由至少三个TEC制冷片串联构成；首个TEC制冷片的冷面为制冷模块的冷面，用于支撑、固定图像探测器的CCD传感器；最后一个TEC制冷片的热面为制冷模块的热面；
导热元件一端位于后壳体与真空法兰构成的腔体内与散热器相连，导热元件的另一端穿过真空法兰后与制冷单元的热端相连；
屏蔽构件将制冷模块的冷面完全包裹；屏蔽构件与所述CCD芯片的功能地相接，并且与前壳体保持绝缘；屏蔽构件采用导热、导磁材料制成；风扇与散热器间距设置，且均位于后壳体与真空法兰构成的腔体内；
温度控制器与所述制冷模块相连，用于控制调节其制冷温度。
进一步地，散热器与导热元件的接触界面，导热元件与制冷模块热端的接触界面，制冷模块冷端与屏蔽构件的接触界面，屏蔽构件与CCD芯片的接触界面之间均设置有导热垫。
进一步地，屏蔽构件的厚度为100mil。
进一步地，屏蔽构件由黄铜H90、银或者铝合金制成。
进一步地，所述信号调理转换单元包括低噪声电源、CCD读出电路和AD采集电路；
低噪声电源采用DC-DC+LDO两级转换拓扑；
CCD读出电路包括初级放大电路，隔直电容，初级滤波器，主放大电路，次级滤波器；
初级放大电路用于将CCD芯片的电荷信号转换为电压信号，同时为CCD芯片提供负载；
隔直电容用于将CCD芯片输出的直流偏置隔离在前级，防止其进入后级的主放大电路；
初级滤波器用于滤除CCD芯片的输出信号中叠加的高频成分；
主放大电路用于对其收到的电压信号进行放大；
次级滤波器接在主放大电路的输出端，用于滤除主放大电路的噪声。
进一步地，所述通信单元包括光纤接口模块。
进一步地，所述隔直电容的容值小于10uF。
进一步地，所述主放大电路采用低噪声、低偏压、高增益的电流反馈型运算放大器。
与现有技术相比，本发明的优点：
1、本发明探测装置采用大像元尺寸(＞13um)、低噪声的CCD芯片(低读出噪声＜5e-)，并为CCD芯片提供真空环境及高效的制冷单元，同时，信号调理转换单元采用低噪声设计，使得探测装置具有高信噪比(>83dB)，高光学动态范围(>500:1)，响应非均匀性<1％的特点，能够为高功率激光远场精确测量提供高质量的图像。
2、本发明制冷单元采用多级制冷的TEC串联而成，使得制冷装置结构紧凑、体积小，制冷效率高，能够为CCD芯片提供低温工作环境(-50℃以下)，低温环境可以进一步减小CCD芯片的热噪声。
3.本发明控制***由基于FPGA的控制单元和基于STM32单片机的温度控制器来实现，使得探测装置的硬件集成度高，成本降低，功耗降低，控制***的稳定性及可靠性更高。
4.本发明针对装置使用环境中电磁环境较差的特点专门进行了抗干扰设计，通信单元中的通信接口采用光纤接口，使得探测装置能够满足高功率激光测量面对的恶劣电磁环境。
5.通过数据存储单元存储信号调理转换单元输出的数字信号，当传输出现错误时，可以通过重传存储单元中的图像进而进行校正。
6.信号调理转换单元采取了低噪声设计，提高了探测装置的信噪比。
附图说明
图1是本发明探测装置的原理示意图。
图2本发明信号调理转换单元中低噪声电源的拓扑示意图。
图3本发明信号调理转换单元中CCD读出电路示意图。
图4本发明信号调理转换单元的PCB板布局示意图。
图5是本发明制冷装置的原理示意图。
1-屏蔽构件，2-前壳体，3-真空法兰，4-封闭玻璃，5-导热元件，6-后壳体，7-散热器，8-TEC制冷片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作详细说明。
参见图1本发明探测装置包括CCD芯片、CCD驱动单元、信号调理转换单元、控制单元、数据存储单元和制冷单元。在控制单元的统一调度下，CCD驱动单元驱动CCD芯片进行光电转换，转换得到的微弱信号通过信号调理转换单元进行放大、滤波和数模转换，进而得到数字图像。控制单元将数字图像存储到数据存储单元中，并通过千兆以太网将数字图像传输给上位机。一旦传输错误，数据存储单元中存储的图像可以进行重传。同时，制冷单元中的温度控制器与控制单元通过串口相连，这样上位机就可以通过控制单元对制冷单元进行控制。
以下详细介绍各组成部分及其功能。
一、CCD芯片：
主要用于激光探测以及光电转换，输出微弱模拟电信号，CCD芯片采用大像元尺寸的CCD芯片，满阱电荷大于100ke-，工作波段包含351nm波段。二、CCD驱动单元：
主要负责为CCD芯片提供合适的工作电压和低延迟的驱动脉冲信号，控制CCD芯片正常工作；CCD驱动单元主要由电源芯片、驱动芯片EL7454组成。
三、信号调理转换单元：
主要实现将CCD芯片输出的微弱模拟信号进行放大调理，使信号满足AD转换芯片输入的要求并完成数模转换，将模拟图像数字化，此部分是实现高信噪比的核心环节；信号调理转换单元主要由低噪声电源、CCD读出电路和AD采集电路组成。
3.1)低噪声电源
电源拓扑如图2所示。为了实现低噪声，电源采用DC-DC+LDO两级转换拓扑，首先使用DC-DC开关电源进行电压变换，变换效率高，然后利用线性LDO提供高质量低噪声的电源。这样，通过DC-DC开关电源与LDO线性电源的结合，实现了高效率、低噪声的电源。
3.2)CCD读出电路
CCD读出电路如图3所示，主要由初级放大电路，隔直电容C2，初级滤波器，主放大电路，次级滤波器构成。
3.2.1)初级放大电路
初级放大电路的主要作用是将CCD芯片的电荷信号，即微弱电流信号转换为电压信号。同时，初级放大电路还为CCD芯片输出提供要求的负载。由于CCD芯片的输出信号是微弱电流信号，并且叠加有30V左右的偏置电压，为了达到良好的放大作用，初级放大电路采用晶体管放大电路，晶体管选用高放大系数的晶体管(β>300)，电路拓扑采用能够放大电流的共集电极放大电路，如图3所示。
本发明初级放大电路与一般共集电极放大电路的不同主要在于：在晶体管b极和e极之间并联电阻R3。电阻R3的主要作用是为CCD芯片输出提供要求的负载(3-5mA电流)。R3两端的电压即Vbe在晶体管导通时基本固定(硅管约为0.7V)，因而流过R3的电流基本固定，而Ib(流入晶体管b极的电流)很小(nA量级)，那么流过R2的电流基本等于流过电阻R3的电流，保持固定。流过R2的电流就是CCD的负载。
同时，初级放大电路将CCD芯片输出的微弱电流信号放大，同时隔离后级电路对CCD芯片的影响，达到保护CCD芯片的目的。
3.2.2)隔直电容C2
图3中隔直电容C2的主要作用是将CCD芯片输出的直流偏置隔离在前级，使其不进入后级主放大电路。
隔直电容C2选型时主要考虑以下因素：
隔直电容C2与前后级电阻组成一个高通滤波器，而CCD芯片输出信号的直流成分上叠加了有用的微弱信号，隔直电容C2构成的高通滤波器应保证100Hz(实验值)以上的信号不能滤除，根据100Hz(实验值)的截止频率以及前后级相关阻值就可以确定出C2的容值。
但是，C2的容值不能太大，如果太大，则其时间系数(τ＝RC)太大，会导致隔直电容C2两端的电压稳定时间过长，对于帧转移类型的CCD芯片，前几行输出信号就会受影响，导致图像前几行出现异常。因此，C2电容值不宜过高，本发明中小于10uF(实验值)。
3.2.3)初级滤波器
初级滤波器主要用于滤除CCD芯片的输出信号中叠加的高频成分，避免其进入主放大电路中被放大。初级滤波器采用无源RC滤波器，滤波器的截止频率是这样确定的：首先确定信号的基频频率，信号的基频频率主要由像素转移速度决定，如像素转移速度为2.5MHz，则信号的基频频率为2.5MHz。然后将初级滤波器的截止频率(-3dB)设为基频频率的8倍(实验值)，即20MHz。
3.2.4)主放大电路
如图3所示，主放大电路采用同相比例放大器，电源处理上采用前面介绍的低噪声电源，与通用同相比例放大器不同的是：
在同相输入端增加了直流偏置，补偿CCD芯片输出信号中的负偏置。直流偏置通过电阻分压(图3中R5和R6)的方法来实现，分压的电压采用主放大器的电源，同时电容C1提供滤波作用。
在负反馈端增加补偿电容C4，补偿电容C4的主要作用是滤除输入端增加的直流偏置，防止其被放大。补偿电容C4使得输入的直流偏置对于主放大电路来说是射随器，不起放大作用。
主放大电路选用低噪声、低偏压、高增益的电流反馈型运放，本发明中为ADI公司的AD8021。
3.2.5)次级滤波器
次级滤波器接在主放大电路的输出端，主要作用是滤除运放的噪声，隔离后级AD采集对前端主放大电路的影响。次级滤波器的截止频率(-3dB)是初级滤波器的2倍。
四、控制单元：
主要负责对探测装置中其他单元进行控制以及对从上位机接收的命令进行解析响应并执行；控制单元采用FPGA芯片，优选型号:EP4CE115F23C8。
五、数据存储单元：
数据存储单元主要用于将探测装置采集到的数据进行存储，以备探测装置与上位机传输过程中数据出错时进行重传，具体可采用DDR2存储器，优选型号为MT47H256M4。
六、通信单元：
用于实现探测装置与上位机之间的数据通信功能，主要由物理层PHY芯片、光纤接口模块以及底层驱动程序等组成；光纤接口模块可采用千兆以太网接口模块；物理层PHY芯片优选型号为88E1111。
数据接收过程为：光纤接口模块接收到数据之后传送到物理层PHY芯片，数据经物理层PHY芯片转换以后进入FPGA中，FPGA中的驱动程序完成解码；数据发送过程刚好相反。
七、制冷单元：
制冷单元包括温度控制器(可采用STM32单片机)、制冷驱动电路和制冷装置；温度控制器与控制单元(FPGA)相互通讯；制冷驱动电路与温度控制器相互通讯；制冷装置与制冷驱动电路相连，用于对CCD芯片进行制冷；
制冷装置包括前壳体2、真空法兰3、后壳体6以及依次设置的制冷单元、导热元件5、散热器7和风扇；电控***与制冷单元相连，用于控制调节制冷温度。制冷单元设置在前壳体2与真空法兰3构成的真空腔体内，制冷单元的冷面用于支撑固定CCD传感器；导热元件5一端位于后壳体6与真空法兰3构成的腔体内与散热器相连，另一端穿过真空法兰3后与制冷单元的热端相连；散热器7和风扇间距设置，且均位于后壳体6与真空法兰3构成的腔体内。当需要的制冷温度更低时，可以将散热器+风扇用水冷装置替换。
本发明制冷装置结构上具有以下特点：
1)具有能长期密封的小型真空腔体
为了使密封长期有效，采取以下措施：真空法兰3与前壳体2均使用不锈钢材料制成；真空法兰3与前壳体2之间采用刀口密封；在真空腔体中放置干燥剂以保持腔体干燥，防止CCD传感器结雾。
2)CCD传感器透光设计
前壳体2上与CCD传感器同轴线的方向安装了一块比CCD传感器的感光面略大的镀有增透膜的玻璃4，保证良好的透光性能。玻璃4与前壳体2之间通过强力胶粘接；同时，玻璃4外表面可以与多种光学接口相连，例如玻璃4外表面可以与光纤耦合器相焊接。
3)在真空法兰3中设置导热元件5(例如铜构件)，以解决制冷元件的热端散热问题。
导热元件5直接与制冷元件的热端相连接，使得制冷元件热端温度及时导出。导热元件5上与真空法兰3的接触界面电镀有可伐合金层，这样就可以将导热元件5良好地焊接到真空法兰5上。
4)在所有导热界面处均设置厚度小于30mil的导热垫，增大接触面积，减小热阻，增加导热能力；导热界面包括：散热器7与导热元件5的接触界面，导热元件5与TEC热端的接触界面，TEC冷端与屏蔽构件1的接触界面，屏蔽构件1与CCD传感器的接触界面。
5)制冷单元采用多级级联式
制冷单元由至少三个TEC制冷片串联构成，体积小，温差大(在CCD传感器满载的情况下，最大温差可以达到100℃)，控制驱动简单；TEC制冷片型号为SP2402。
由于CCD传感器对于电磁场特别敏感，而制冷装置工作时TEC制冷片紧贴CCD传感器，多级TEC制冷片中流过的大电流信号对CCD传感器会造成较严重的干扰，因此本发明采用以下措施减小TEC制冷片对CCD传感器的干扰：
1、在制冷单元的冷端与CCD传感器之间设置屏蔽构件1，该屏蔽构件1将制冷单元的冷端完全包裹，如图5所示；并在制冷单元冷端与屏蔽构件1之间、屏蔽构件1与CCD传感器之间均设置一个厚10mil的导热垫；
屏蔽构件1在设计时需要满足以下要求：1)必须选用导热率高的材料，这是因为该屏蔽构件1需要保证CCD传感器与TEC制冷片之间的热阻小。2)屏蔽构件1的厚度不能太厚，也不能太薄，综合考虑在100mil左右，因为太厚会增大热阻，太薄会影响加工和屏蔽效能。3)屏蔽构件1必须选用磁导率高的材料。TEC制冷片在工作时流过较大的电流，以磁场干扰为主。对于磁场屏蔽，磁导率越高的材料屏蔽效果越好。综合考虑导热与导磁的因素，可以选择黄铜H90，也可以选用银或者铝合金。
2、屏蔽构件1必须就近与图像探测器中CCD传感器的读取电路的功能地通过导线(接地端)相接，并且与制冷装置的壳体保持良好的绝缘(即屏蔽构件1与壳体不接触)。因为，屏蔽构件1紧贴于CCD传感器，相当于一个接收天线，如果不与CCD传感器的功能地相连的话，屏蔽构件1会接收外部的电磁信号进而干扰CCD传感器。
3、控制TEC制冷片中电流的波形，主要包括控制TEC制冷片中电流的波动频率和波动幅值。由于TEC制冷片中电流的波动频率和波动幅值越大，则TEC制冷片产生的干扰信号越强，因此必须对TEC制冷片中电流的波形进行控制。
本发明是通过同步BUCK电路来实现TEC中电流波形的控制，具体地，通过降低同步BUCK电路开关管的开关速度来降低TEC制冷片中电流的波动频率，通过实时采集流过TEC制冷片的电流幅值，并增加一个电流闭环来使电流幅值保持稳定，从而降低电流的波动幅值。
详细的电流控制方法如图3所示。首先，模糊控制器接收到上位机发送的目标温度，利用电流采集电路采集冷端和热端温度；然后，模糊控制器根据目标温度、冷端温度和热端温度查表(模糊控制表)得到目前所需要的驱动电流，作为电流闭环的输入(即电流反馈值)。最后，电流闭环的PI控制器根据电流反馈值和给定值实时调节同步BUCK电路中开关的占空比，使得TEC制冷片中的电流值保持稳定。
上述模糊控制表的获得方法：
首先不增加电流闭环，从全温度范围内选择一个目标温度；
其次，按照一个目标温度曲线慢慢地增大TEC制冷片的制冷温度，一旦制冷温度达到目标温度，就可以得到此时通过TEC制冷片的电流值、TEC制冷片冷热两端的温度差；
再次，从全温度范围内依次选择其他温度值作为目标温度，并按照第二步的方法分别得到相应的电流值和温度差，从而可以得到一张模糊控制表。模糊控制表中每个目标温度均对应一个温度差和一个电流值。
八、PCB布局设计
CCD芯片的前端电路主要是前面介绍的信号调理转换单元，包含CCD读出电路、CCD驱动单元等功率部分和AD采集电路，这三部分电路之间很容易相互影响。为实现低噪声，本发明在PCB布局时主要采取如下措施：
①将信号调理转换单元中的CCD读出电路与AD采集电路分板放置：
②将CCD读出电路中的初级放大电路与CCD芯片放置于一块PCB板上，这块PCB板上的器件功率较小，没有明显发热的器件，因此这块PCB也是放置在真空腔体中的唯一一块PCB板(前端板)。
③将AD采集电路、主放大电路、CCD驱动单元置于一块PCB板上(驱动板)。这块PCB板上包括模拟电路、数字电路、功率驱动电路三种信号电路，布局时专门做了处理。
④驱动板布局设计
驱动板的布局设计如图4所示。首先，并未采用通常方案中划分模拟地与数字地的方法。考虑到驱动板中分布有三种信号，划分不正确的话会导致严重的信号完整性问题。本发明采用统一的完整地平面，主要靠合理的布局来避免信号的之间的干扰。AD采集电路等数字电路位于控制器的接插件旁边，使得数字信号走线短。同时，主放大电路和CCD驱动电路分布于CCD接插件的不同侧，避免相互干扰。同时，电源在接插件输入的位置就进行变换，防止三种信号通过电源进行耦合并相互干扰。
图4所示的驱动板需要一个完整的地平面，保证信号良好的回流，不同信号种类的区域不会产生较大的交叉。
为了适应高功率激光参数测量时的恶劣电磁环境，本发明还进行了抗干扰设计，主要包括：
将与CCD芯片紧密相连的金属结构部分与探测装置的外壳部分隔离，然后将CCD芯片就近接地到干净的信号调理转换单元的电路板上；
探测装置的外壳在电源入口处进行接地处理并且采用多点接地的方式，增加屏蔽效能。
探测装置的外壳采用铝合金材质，整个壳体保持完整，导电良好，同时壳体上没有大于50mm2的开窗。
如图2所示，将CCD的工作电源与制冷单元的电源进行分离，二者之间通过隔离模块隔离，隔离模块采用铁氧体电感，减小电源之间的干扰。同时，电源入口处增加TVS管提供电流泄放通道。
在图1中所示制冷驱动电路中的功率电感等电磁干扰源处增加马口铁屏蔽罩。
本发明工作过程和原理：
工作时，利用CCD芯片对高功率激光进行探测并进行光电转换，然后经过信号调理转换单元将CCD芯片的输出信号进行放大、调理和模数转换，数字化后的数字信号通过控制单元存储在数据存储单元中，以备数据出错后进行重传操作；同时，通信单元将所述数字信号发送至上位机进行显示。探测装置可通过通信单元接收上位机发来的命令，对其工作模式和/或操作参数(例如制冷温度，帧频，曝光时间等)进行调整。整个探测装置在工作过程中通过制冷单元中的制冷装置为探测装置中的CCD芯片进行制冷，使CCD芯片始终工作在指定的温度范围内。
Claims (10)
1.一种用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于，包括：CCD芯片，用于进行激光探测以及光电转换，最终输出模拟电信号；所述CCD芯片的像元尺寸大于13um，读出噪声小于5e-，响应非均匀性小于1％；CCD芯片置于真空腔体中；
CCD驱动单元，为CCD芯片提供工作电压、根据设定参数为CCD芯片提供正确的驱动信号和驱动时序，以及控制CCD芯片正常工作；
信号调理转换单元，采用低噪声设计，用于将CCD芯片输出的模拟电信号进行放大、调理和模数转换，进而输出数字信号；
数据存储单元，用于存储信号调理转换单元输出的数字信号；
控制单元，用于控制CCD驱动单元、信号调理转换单元、数据存储单元工作，以及接收、解析、响应、执行来自上位机的命令；
通信单元，用于实现控制单元与上位机之间的数据通信功能；
制冷单元，与控制单元相连，用于对CCD芯片进行制冷。
2.根据权利要求1所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：所述制冷单元包括温度控制器、制冷驱动电路和制冷装置；温度控制器与控制单元相互通讯；制冷驱动电路与温度控制器相互通讯；制冷装置与制冷驱动电路相连，用于对CCD芯片进行制冷。
3.根据权利要求2所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：所述制冷装置包括前壳体、真空法兰、后壳体以及依次设置的屏蔽构件、制冷模块、导热元件、散热器和风扇；
制冷模块设置在前壳体与真空法兰构成的真空腔体内；制冷模块由至少三个TEC制冷片串联构成；首个TEC制冷片的冷面为制冷模块的冷面，用于支撑、固定图像探测器的CCD传感器；最后一个TEC制冷片的热面为制冷模块的热面；
导热元件一端位于后壳体与真空法兰构成的腔体内与散热器相连，导热元件的另一端穿过真空法兰后与制冷单元的热端相连；
屏蔽构件将制冷模块的冷面完全包裹；屏蔽构件与所述CCD芯片的功能地相接，并且与前壳体保持绝缘；屏蔽构件采用导热、导磁材料制成；风扇与散热器间距设置，且均位于后壳体与真空法兰构成的腔体内；
温度控制器与所述制冷模块相连，用于控制调节其制冷温度。
4.根据权利要求3所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：散热器与导热元件的接触界面，导热元件与制冷模块热端的接触界面，制冷模块冷端与屏蔽构件的接触界面，屏蔽构件与CCD芯片的接触界面之间均设置有导热垫。
5.根据权利要求4所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：屏蔽构件的厚度为100mil。
6.根据权利要求5所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：屏蔽构件由黄铜H90、银或者铝合金制成。
7.根据权利要求1-6任一所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：所述信号调理转换单元包括低噪声电源、CCD读出电路和AD采集电路；
低噪声电源采用DC-DC+LDO两级转换拓扑；
CCD读出电路包括初级放大电路，隔直电容，初级滤波器，主放大电路，次级滤波器；
初级放大电路用于将CCD芯片的电荷信号转换为电压信号，同时为CCD芯片提供负载；
隔直电容用于将CCD芯片输出的直流偏置隔离在前级，防止其进入后级的主放大电路；
初级滤波器用于滤除CCD芯片的输出信号中叠加的高频成分；
主放大电路用于对其收到的电压信号进行放大；
次级滤波器接在主放大电路的输出端，用于滤除主放大电路的噪声。
8.根据权利要求1至6任一所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：所述通信单元包括光纤接口模块。
9.根据权利要求7所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：所述隔直电容的容值小于10uF。
10.根据权利要求9所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：所述主放大电路采用低噪声、低偏压、高增益的电流反馈型运算放大器。
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|---|---|---|---|---|
| CN114459603A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-05-10 | 山东大学 | 一种高功率激光传感器及激光功率计 |
-
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 刘云芳;李建伟;李玉敏;冯旗;: "640×512 InGaAs探测器低噪声采集***设计", 科学技术与工程, no. 19 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114459603A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-05-10 | 山东大学 | 一种高功率激光传感器及激光功率计 |
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