抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統及方法與流程

2023-08-02 23:07:51

本發明涉及紅外熱成像技術領域，特別涉及一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統及方法。

背景技術：

隨著國產紅外探測器製造工藝的不斷成熟，越來越多的國產紅外探測器在民用及軍用市場得到廣泛應用。紅外探測器在管殼內部集成了半導體熱電製冷器（英文：thermoelectriccooler，簡稱：tec），該紅外探測器需要外部tec控制器對紅外探測器焦平面上的像元進行製冷或加熱，從而使得紅外探測器內部傳感器維持在一個穩定的溫度點，對紅外探測器的tec控制策略直接影響紅外探測器焦平面響應靈敏度以及圖像輸出質量。紅外探測裝備由於其特殊的成像機理，在開機啟動時存在一定的開機準備時間，在這段時間裡系統處於初始化過程中，紅外探測器焦平面的tec控制處在一種不確定狀態，從而導致紅外探測器焦平面瞬間溫升過快，溫度反覆震蕩，導致焦平面發熱量巨大，直接影響了後續的熱成像質量。

本文提到的紅外探測器指採用國產氧化釩探測器的單兵手持式非製冷紅外裝備、車載非製冷紅外裝備以及各種空軍、海軍非製冷紅外裝備。國產紅外探測器的特點：核心器件均採用國產氧化釩探測器，該探測器需要外部的tec電路控制。

現有國產紅外探測器均需要外部tec控制器對探測器焦平面進行溫度控制，使探測器各像元保持在一個恆定的溫度狀態，從而能保證探測器輸出的圖像能保持良好的均勻性。現階段，tec控制器主要採用專用的tec控制晶片以及tec控制晶片與處理器協同處理的方式來實現。tec控制器以及tec的軟體控制策略直接影響著紅外探測器裝備的成像質量的優劣。

而目前國產紅外探測裝備開機啟動過程中探測器焦平面溫升過快，開機穩定過程中焦平面溫度反覆震蕩，開機穩定時間過長，直接導致探測器輸出圖像非均勻性較差，熱成像圖像質量下降。

技術實現要素：

本發明提供一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統及方法，其目的是用於紅外探測裝備開機啟動時抑制紅外焦平面溫度異常，避免紅外焦平面因溫升過高以及溫度震蕩等導致紅外圖像輸出異常。所述技術方案如下：

第一方面，提供了一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統，該控制系統包括紅外焦平面探測器、半導體熱電製冷器tec控制器、tec供電電路、處理器和系統電源，其中：

該系統電源分別與該tec供電電路以及該處理器電性連接，該處理器與該tec供電電路的使能端電性連接，該tec供電電路與該tec控制器的使能端電性連接，該處理器還與該tec控制器的輸入端電性連接，該tec控制器與該紅外焦平面探測器電性連接。

通過將處理器與tec供電電路的使能端進行電連、將tec供電電路與tec控制器的使能端進行電連，從而使得處理器與tec供電電路、tec控制器協同工作，共同實現對探測器焦平面的溫度控制。

可選的，控制系統還包括用於感應紅外焦平面探測器的環境溫度以及紅外焦平面探測器的溫度的溫度傳感器，溫度傳感器與處理器電性連接。

通過對溫度傳感器的設置，可以實時獲取感應紅外焦平面探測器的環境溫度以及紅外焦平面探測器的溫度的溫度傳感器並傳遞給處理器，以便處理器判定是否開啟tec供電電路控制策略，從而能更好的保證控制時機。

第二方面，提供了一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制方法，該方法應用於第一方面提供的抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統中，該方法包括：

在該抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統開機上電時，該處理器進行初始化操作，該tec供電電路上與該處理器連接的使能端被拉低，該tec供電電路向該tec控制器輸出的使能電壓為零；

當該處理器初始化完成後，該處理器拉高該tec供電電路上與該處理器連接的使能端的電壓，該tec供電電路開始向該tec控制器輸出使能電壓，該tec控制器開始對該紅外焦平面探測器進行溫度控制。

進一步的，該處理器進行初始化操作，包括：

該處理器內的fpga模塊先進行上電初始化操作；

在該fpga模塊初始化完成後，對該處理器內部的niosii軟核進行上電初始化操作；

在該niosii軟核上電初始化完成後，對該紅外焦平面探測器的運行控制中心occ配置數據進行搬運、對同步動態隨機存儲器sdram進行初始化操作。

進一步的，當該處理器初始化完成後，該處理器拉高該tec供電電路上與該處理器連接的使能端的電壓，包括：

在該處理器初始化完成後，且在該處理器接收到該紅外焦平面探測器的環境信息以及紅外焦平面探測器的溫度信息後，該處理器拉高該tec供電電路的使能端。

進一步的，在該tec控制器開始對該紅外焦平面探測器進行溫度控制之後，該方法還包括：

在該紅外焦平面探測器的溫度穩定後，該控制器開始對該紅外焦平面探測器進行時序驅動，對該紅外焦平面探測器輸出的原始圖像進行採集、對採集的原始圖像進行預定處理，對預定處理後的圖像進行編碼並輸出。

通過上述技術方案，本申請可以實現的技術效果至少包括：通過將處理器與tec供電電路的使能端進行電連、將tec供電電路與tec控制器的使能端進行電連，從而使得處理器根據預定控制策略控制tec供電電路向tec控制器供電的時機，保證紅外探測裝備在開機準備的過程中，開機電流穩定，探測器焦平面溫度恆定，保證了探測器各像元保持在一個恆定的溫度狀態，不致使紅外焦平面瞬間溫升過快、溫度震蕩等異常導致紅外圖像質量下降，從而能輸出質量較高的熱成像圖像。

應當理解的是，以上的一般描述和後文的細節描述僅是示例性的，並不能限制本發明。

附圖說明

此處的附圖被併入說明書中並構成本說明書的一部分，示出了符合本發明的實施例，並與說明書一起用於解釋本發明的原理。

圖1是本發明根據一示例性實施例提供的一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統的結構示意圖；

圖2是本發明根據一示例性實施例提供的一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制方法的流程圖。

具體實施方式

這裡將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式並不代表與本發明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本發明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

現有國產紅外探測裝備在開機工作時，開機瞬時電流過大，探測器焦平面存在發熱量過大，溫度異常的情況，導致開機探測器溫升過快輸出圖像質量變差。

針對於此，本發明提供了一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制方法，其可實現國產紅外探測裝備在開機工作時開機電流穩定，防止探測器焦平面溫度上升過快，從而保證探測器輸出穩定清晰的熱成像圖像。

請參見圖1所示，其是本發明根據一示例性實施例提供的一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統的結構示意圖，該抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統包括紅外焦平面探測器110、tec控制器120、tec供電電路130、處理器140、系統電源150和溫度傳感器160，其中：

系統電源150分別與tec供電電路130以及處理器140電性連接，分別為tec供電電路130和處理器140供電。

處理器140與tec供電電路130的使能端電性連接，控制tec供電電路130工作的時機。

tec供電電路130與tec控制器120的使能端電性連接，控制tec控制器120工作的時機。

處理器140還與tec控制器120的輸入端電性連接，控制tec控制器120執行相應操作。

tec控制器120與紅外焦平面探測器110電性連接，為紅外焦平面探測器110上的像元加熱或製冷。

溫度傳感器160與處理器140電性連接，溫度傳感器160用於感應紅外焦平面探測器的環境溫度信息以及紅外焦平面探測器的溫度信息，並將感應到的環境溫度信息和溫度信息發送給溫度傳感器160。

在一種可能的實現方式中，tec控制器可以選用adi公司的adn8830，adn8830是一種具有高輸出效率的tec控制器，它採用一半開關輸出，一半線性輸出的方式h橋方式，可以同時控制tec電流的方向和大小，更重要的是它有一個輸出使能端，通過控制輸出使能端的電壓供給可以有效的控制adn8830的輸出使能。tec控制器的mosfet選擇具有較低的開關阻抗，可以有效地阻止電源的損耗和提高開關效率。這裡mos管可以選擇fairchild公司的fdw2520c，是n溝道的mos管，最大容許電流為6a,開關阻抗只有18mω。

tec供電電路可以採用具有多路輸出的ldo晶片，ldo晶片的選擇要求應具有每一路供電都可以獨立使能。這裡tec供電電路選用的是ti公司的tps65251晶片，該晶片具有三路電壓輸出，並且每一路都可以獨立使能，從而保證與軟體算法的協同處理。

處理器採用cycloneiv的ep3c40晶片，這是一款低功耗的fpga處理晶片，tps65251的tec電壓控制的使能端接入fpga晶片管腳。

上述tec控制器、tec供電電路以及處理器的選用僅是一種示例性舉例，在實際應用中，還可以選用其他的型號，本實施例對此不進行限定。

下面結合圖1所示的控制系統以及圖2，對本申請提供的抑制紅外焦平面溫度異常的控制方法進行舉例說明。

圖2是本發明根據一示例性實施例提供的一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制方法的流程圖，該抑制紅外焦平面溫度異常的控制方法應用於圖1所示的控制系統中，該方法包括如下步驟：

步驟201，在抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統開機上電時，處理器進行初始化操作，tec供電電路上與處理器連接的使能端被拉低，tec供電電路向tec控制器輸出的使能電壓為零。

處理器在進行初始化操作的過程中，可以包括對處理器內多個模塊的初始化，比如包括如下初始化操作過程：

s1、處理器內的fpga模塊先進行上電初始化操作；

s2、在該fpga模塊初始化完成後，對處理器內部的niosii軟核進行上電初始化操作；

s3、在該niosii軟核上電初始化完成後，對該紅外焦平面探測器的運行控制中心occ配置數據進行搬運、對同步動態隨機存儲器sdram進行初始化操作。

一般來講，在抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統開機上電後，紅外探測器的焦平面、fpga均處於上電初始化過程中，tec供電電路的使能端被接入fpga，上電初始化過程中被拉低，此時tec供電電路輸出使能電壓為零。

在系統上電時，fpga先進行初始化操作（fpga初始化、nios初始化以及數據搬運等），由於tec供電電路的電壓輸出使能端接入fpga，在初始化過程中使能端被拉低，tec供電電路對tec控制器的電壓輸出為零（此電壓是tec控制器的輸出使能電壓），此時tec控制器未對探測器焦平面進行溫度控制，此時探測器的溫度應同環境溫度基本保持一致。

步驟202，當處理器初始化完成後，處理器拉高該tec供電電路上與處理器連接的使能端的電壓，tec供電電路開始向tec控制器輸出使能電壓，tec控制器開始對該紅外焦平面探測器進行溫度控制。

當處理器初始化完成後，處理器拉高該tec供電電路上與該處理器連接的使能端的電壓。也就是說，在處理器初始化完成後，且在處理器接收到該紅外焦平面探測器的環境溫度信息以及紅外焦平面探測器的溫度信息後，根據環境溫度信息以及紅外焦平面探測器的溫度信息選擇相應的tec控制策略，當tec控制策略生效後，處理器拉高該tec供電電路的使能端。這裡處理器接收到的紅外焦平面探測器的環境溫度信息以及紅外焦平面探測器的溫度信息是由溫度傳感器感應後發送給處理器的。

當fpga初始化完成並讀取到探測器環境溫度和探測器溫度後，內部tec控制策略生效，此時拉高tec供電電路的使能端，tec控制器開始對探測器焦平面進行溫度控制，加上與外部低開關阻抗的mos管的協同處理，探測器焦平面在極短的時間內溫度處在一個相對恆定的狀態中（tec控制策略中規定的溫度點），有效的避免了探測焦平面溫度的過快上升以及反覆震蕩，從而保證探測器具有較好的輸出圖像質量。

在tec控制器開始對紅外焦平面探測器進行溫度控制之後，該方法還包括圖像處理輸出的過程，比如，在紅外焦平面探測器的溫度穩定後，控制器開始對該紅外焦平面探測器進行時序驅動，對紅外焦平面探測器輸出的原始圖像進行採集、對採集的原始圖像進行預定處理，對預定處理後的圖像進行編碼並輸出。

綜上所述，本發明實施例提供的抑制紅外焦平面溫度異常的控制方法，通過巧妙利用了硬體電路中tec控制器的使能輸出選擇、tec供電電路的使能選擇以及同軟體tec控制算法的策略結合，從而保證焦平面溫度快速處在一個相對穩定的狀態中。

本領域技術人員在考慮說明書及實踐這裡發明的發明後，將容易想到本發明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發明的一般性原理並包括本發明未發明的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發明的真正範圍和精神由下面的權利要求指出。

應當理解的是，本發明並不局限於上面已經描述並在附圖中示出的精確結構，並且可以在不脫離其範圍進行各種修改和改變。本發明的範圍僅由所附的權利要求來限制。