一種紅外熱成像系統的製作方法

2023-06-04 03:58:01 3

一種紅外熱成像系統的製作方法
【專利摘要】本發明實施例公開了一種紅外熱成像系統，包括：紅外探測器；阻抗變換電路，用於緩衝紅外探測器的輸出信號並改變輸出信號的阻抗特性；單端轉差分電路，用於對輸出信號進行單端轉差分以及調理差分信號，使差分信號適應模數轉換電路的動態範圍；模數轉換電路，用於將差分信號轉換成數位訊號；時序控制和數據處理電路，用於控制模數轉換電路的時序並且執行對數位訊號的信號處理。本發明的實施例提供的紅外熱成像系統，具有良好的低噪聲、低功耗性能。
【專利說明】一種紅外熱成像系統
[0001]

【技術領域】
[0002]本發明涉及紅外成像【技術領域】，尤其是涉及一種紅外熱成像系統。
[0003]

【背景技術】
[0004]紅外熱成像技術是一種通過使用紅外成像測量儀「查看」或「測量」物體輻射熱能的技術。紅外線因波長過長，無法被人眼感知。然而，在紅外世界中，只要物體的溫度在絕對零度以上就會向外輻射熱量。因此，我們可以通過探測其熱度來進行成像。
[0005]紅外熱成像技術具有環境適應能力強，在夜間和惡劣天氣下工作良好；隱蔽性好，抗幹擾能力強；可識別可見光無法識別的偽裝目標；紅外成像系統的體積小、重量輕、功耗低、可靠性高，可應用於精確制導武器等優點，是構建國防安全體系的重要支撐技術，在軍事和民用領域都有著巨大的應用前景。紅外成像系統中最核心的器件是紅外探測器，而在電子學設計的角度考慮，要提高整個紅外成像系統的成像質量除了選擇高性能的探測器夕卜，設計低噪聲高質量的紅外探測器信號處理電路是非常關鍵的。
[0006]


【發明內容】

[0007]本發明的目的之一是提供一種低噪聲、低功耗的紅外熱成像系統。
[0008]本發明公開的技術方案包括:
提供了一種紅外熱成像系統，其特徵在於，包括:紅外探測器；阻抗變換電路，所述阻抗變換電路連接到所述紅外探測器，用於緩衝所述紅外探測器的輸出信號並改變所述輸出信號的阻抗特性；單端轉差分電路，所述單端轉差分電路連接到所述阻抗變換電路，用於對所述輸出信號進行單端轉差分，生成差分信號，並且調理所述差分信號，使所述差分信號適應模數轉換電路的動態範圍；模數轉換電路，所述模數轉換電路連接到所述差分放大電路，用於將所述差分信號轉換成數位訊號；時序控制和數據處理電路，所述時序控制和數據處理電路連接到所述模數轉換電路，用於控制所述模數轉換電路的時序並且執行對所述數位訊號的信號處理。
[0009]本發明的一個實施例中，所述阻抗變換電路包括RC濾波電路和電壓跟隨器，所述RC濾波電路連接到所述電壓跟隨器的同相輸入端。
[0010]本發明的一個實施例中，所述單端轉差分電路通過全差分運算放大器實現。
[0011]本發明的一個實施例中，所述模數轉換電路包括差分輸入的模數轉換器。
[0012]本發明的一個實施例中，所述信號處理包括:盲元補償、一點校正和/或灰度拉伸。
[0013]本發明的實施例提供的紅外熱成像系統，具有良好的低噪聲、低功耗性能。
[0014]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發明一個實施例的紅外熱成像系統的結構框圖示意圖。
[0016]圖2是本發明一個實施例的阻抗變換電路的結構示意圖。
[0017]圖3是本發明一個實施例的單端轉差分電路和模數轉換電路的結構示意圖。
[0018]

【具體實施方式】
[0019]下面將結合附圖詳細說明本發明的實施例的紅外熱成像系統的具體結構。
[0020]圖1為本發明一個實施例的紅外熱成像系統的結構框圖示意圖。
[0021]本發明一個實施例中，一種紅外熱成像系統包括紅外探測器(圖1中未示出)。紅外探測器可以探測成像目標的熱輻射並且產生輸出信號Vo。
[0022]如圖1所示，本發明的一個實施例中，紅外熱成像系統還包括阻抗變換電路10、單端轉差分電路12、模數轉換電路14和時序控制與數據處理電路16。
[0023]阻抗變換電路10連接到紅外探測器，用於緩衝紅外探測器的輸出信號Vo並改變該輸出信號Vo的阻抗特性以便於後續電路對該輸出信號的處理。圖1中，經過阻抗變換電路10處理後的信號表不為VI。
[0024]本發明的一個實施例中，阻抗變換電路10的結構如圖2所示，其包括RC濾波電路102和電壓跟隨器100，RC濾波電路102連接到電壓跟隨器100的同相輸入端上。
[0025]圖2的實施例中，該RC濾波電路102為一階RC濾波電路。
[0026]本發明的一個實施例中，單端轉差分電路可以通過全差分運算放大器實現。
[0027]如圖1所示，單端轉差分電路12連接到阻抗變換電路10，用於對經過阻抗變換電路10處理了的輸出信號(B卩，VI)進行單端轉差分，生成差分信號(圖1中的CH+和CH-)，並且調理該差分信號，使該差分信號CH+和CH-適應後續的模數轉換電路14的動態範圍。全差分運算放大器輸出的共模信號電壓值由Vqi電壓決定，Vai管腳與模數轉換器的參考電壓中心點VCM相連。
[0028]模數轉換電路14連接到單端轉差分電路12，用於將差分信號轉換成數位訊號。 本發明的一個實施例中，模數轉換電路14可以包括差分輸入的模數轉換器，即通過差分輸入的模數轉換器實現。
[0029]本發明的一個實施例中，單端轉差分電路12和模數轉換電路14的結構如圖3所示。本實施例中，單端轉差分電路12採用低噪聲、低失真、超低功耗運放ADA4940-1。模數轉換器為AD9649-20，該晶片最大採樣率為20MHz，滿足探測器輸出最高頻率5MHz的要求，輸入電壓範圍O?2V。差分運放的正端輸入電壓範圍為0.5V?3.2V，負端輸入2.5V。對於該差分運放，差分輸入Vp_p=2.7V。由於該運放增益為0.5，則差分輸出Vp_p=l.35V，輸出共模電壓與後端ADC的相等為IV，則差分輸出範圍為(1-1.35/2) V?(1+1.35/2) V，即0.325V?
1.675V，符合AD9649的OV?2V差分輸入電壓範圍。
[0030]如圖1所示，時序控制和數據處理電路16連接到模數轉換電路14。時序控制和數據處理電路16產生模數轉換電路14的時序控制信號，用於控制模數轉換電路的時序，此夕卜，時序控制和數據處理電路16還執行對數位訊號的信號處理，例如，執行對數位訊號的盲元補償、一點校正和/或灰度拉伸等處理。
[0031]本發明的實施例中，時序控制和數據處理電路16可以通過FPGA實現或者通過其他適合的邏輯器件實現。
[0032]本發明的實施例提供的紅外熱成像系統，具有良好的低噪聲、低功耗性能。
[0033]以上通過具體的實施例對本發明進行了說明，但本發明並不限於這些具體的實施例。本領域技術人員應該明白，還可以對本發明做各種修改、等同替換、變化等等，這些變換隻要未背離本發明的精神，都應在本發明的保護範圍之內。此外，以上多處所述的「一個實施例」表示不同的實施例，當然也可以將其全部或部分結合在一個實施例中。
【權利要求】
1.一種紅外熱成像系統，其特徵在於，包括: 紅外探測器； 阻抗變換電路，所述阻抗變換電路連接到所述紅外探測器，用於緩衝所述紅外探測器的輸出信號並改變所述輸出信號的阻抗特性； 單端轉差分電路，所述單端轉差分電路連接到所述阻抗變換電路，用於對所述輸出信號進行單端轉差分，生成差分信號，並且調理所述差分信號，使所述差分信號適應模數轉換電路的動態範圍； 模數轉換電路，所述模數轉換電路連接到所述單端轉差分電路，用於將所述差分信號轉換成數位訊號； 時序控制和數據處理電路，所述時序控制和數據處理電路連接到所述模數轉換電路，用於控制所述模數轉換電路的時序並且執行對所述數位訊號的信號處理。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於:所述阻抗變換電路包括RC濾波電路和電壓跟隨器，所述RC濾波電路連接到所述電壓跟隨器的同相輸入端。
3.如權利要求1或者2所述的系統，其特徵在於:所述單端轉差分電路通過全差分運算放大器實現。
4.如權利要求1至3中任意一項所述的系統，其特徵在於:所述模數轉換電路包括差分輸入的模數轉換器。
5.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述信號處理包括:盲兀補償、一點校正和/或灰度拉伸。
【文檔編號】G01J5/24GK104266766SQ201410475638
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】呂堅, 吳傳福, 呂靜, 魏林海, 周雲 申請人:電子科技大學