專利名稱：一種微型光纖光譜儀恒溫控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適用于微型光纖光譜儀恒溫的裝置，尤其是TEC溫控器。
背景技術：
光譜儀(Spectroscope)是將成分復雜的光分解為光譜線的科學儀器，由棱鏡或衍射光柵等構成，利用光譜儀可測量物體表面反射的光線。通過光譜儀對光信息的抓取、以照相底片顯影，或電腦化自動顯示數值儀器顯示和分析，從而測知物品中含有何種元素。這
種技術被廣泛地應用于空氣污染、水污染、食品衛生、金屬工業等的檢測中。近年來隨著CCD陣列探測技術及光纖技術的逐漸成熟，微型光纖光譜儀在上述領域中的應用前景日益廣闊。CCD光譜儀設有恒溫箱、TEC驅動模塊、風扇等部分。這種光譜儀具有體積小巧、便于攜帶，適應不同工作場所及工藝條件，技術精度較高等優勢；但是也存環境溫度敏感性較強的缺點，溫度的較大波動會導致光譜儀內置的微型光學機械系統中某些器件發生熱變形而導致聚焦不準、光線偏移等問題，同時也會使CCD探測器的信噪比嚴重降低。因此，有效的恒溫及換熱方式成為保證微型光纖光譜儀可靠運行的重要條件。發明內容本實用新型的目的在于提供一種微型光譜儀恒溫控制裝置，解決CCD光譜儀中光學器件溫度穩定性的問題。本實用新型通過以下技術方案實現一種微型光譜儀恒溫控制裝置，其特征是它包括主控制器、TEC驅動電路、模擬量調理電路、風扇驅動電路、溫度調理電路和兩路溫度傳感器；所述TEC驅動電路和風扇驅動電路的控制端分別與主控制器連接，TEC驅動電路的輸出與光譜儀的TEC模塊連接，風扇驅動電路的輸出與光譜儀的風扇連接；所述模擬量調理電路的采樣端接TEC驅動電路，模擬量調理電路的信號輸出端與主控制器連接；所述兩路溫度傳感器的輸出分別連接溫度調理電路，溫度調理電路的輸出端與主控制器連接。本實用新型中TEC驅動電路設有MOS管QU Q2、Q3、Q4，電感LI、L2，負載Rl、R2，電容 C1、C2、C3、C4。其中Q1、Q3、C1、L1、C3、R1構成了上端同步整流BUCK變換器，輸出電壓為V+ ；Q2、Q4、C2、L2、C4、R2構成了下端同步整流BUCK變換器，其輸出電壓為V-;V+和V-輸出分別連接到TEC模塊的正極和負極。其中，模擬量調理電路包括差分電路、放大電路和A/D轉換電路。其中，主控制器還設有串口模塊，該串口模塊用于連接人機界面，或作為調試接□。其中，主控制器還設有CAN總線接口，該接口用于光譜儀恒溫控制器與上位機連接。二路溫度傳感器一路設于恒溫箱內部，另一路設于恒溫箱外部，分別測量恒溫箱內部溫度和外部溫度。
圖I是本實用新型的總體控制框圖。圖2是TEC驅動模塊主電路。圖3是模擬量采樣和保護電路。圖中11_主控芯片；12_串口 ；13_CAN總線接口 ；21_電源；31_外接風扇；32_風扇驅動電路；41_溫度調理電路；42_溫度傳感器；43_溫度傳感器；51-TEC模塊；52_TEC驅動電路；53-模擬量調理電路。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型的技術方案具體描述如下如圖I所示，本實用新型的微型光譜儀恒溫控制裝置，它包括主控制器、電源21、TEC驅動電路52、模擬量調理電路53、風扇驅動電路32、溫度調理電路43和兩路溫度傳感器 41、42。主控制器采用ARM7主控芯片11，它自帶AD轉換模塊、PWM模塊、CAN總線接口 13和串口 12，用于溫度采集、模擬量采集、PWM輸出和通訊。電源21為模塊電源，用于給控制電路和功率電路供電，型號為4NIC-X96。溫度采集模塊包含兩路溫度傳感器，一路安裝在恒溫箱內部，一路安裝在恒溫箱外部，將溫度傳感器的信號經過調理后送至主控芯片的AD 口轉成數字量，經計算后，控制TEC驅動模塊的輸出極性和輸出功率，控制外部安裝的對流風扇的工作狀態。溫度傳感器41安裝在恒溫箱內部，其輸出經調理電路43后送到主控芯片11的ADC管腳，轉成數字量后和預設定的溫度值進行對比計算，根據計算結果調整主控芯片11輸出PWM波的占空比，來調整TEC驅動電路的輸出功率和輸出極性。溫度傳感器42安裝在恒溫箱外部，用來檢測環境溫度，其輸出經調理電路43后送到主控芯片11的ADC管腳，轉成數字量后和預設的環境溫度及恒溫箱內部溫度進行對比，根據對比結果控制安裝在恒溫箱外部的對流風扇31的工作狀態。模擬量調理模塊將TEC驅動模塊的模擬量信號經過調理后送至主控芯片的AD口，根據采集到的數字量對主電路做過壓、過流保護。模擬量調理電路53采樣TEC驅動電路的輸入電壓、輸出電壓和輸出電流，將調理結果送到主控芯片11的ADC管腳，轉成數字量后參與控制PWM波的調制，控制TEC驅動電路的輸出功率；并參與過壓、過流的保護控制，保護主電路的功率器件和TEC模塊。具體工作如圖3所示，由于驅動電路輸出極性可變，即輸出電壓電流為差分信號，并且既有正值，也有負值，為一交流量，所以模擬量首先經過了一個差分電路，將差分信號轉成了一個單端信號，再經過了一級同相放大電路，將信號放大后和一個參考電平相加，將交流量轉成了可供ADC直接轉換的直流信號，該直流信號也是硬件保護電路的輸入。如圖3所示，正常工作時，輸出信號SDn為高電平，當ADC 口的直流信號大于CSO是為正向過流保護，此時將SDn拉低，輸出保護信號，同理，當ADC 口的直流信號小于CSl時為反向過流保護。串口 12用作程序升級接口，通過該接口可方便的更新程序；或作為人機界面接口，可外接顯示模塊和按鍵；也可用作調試接口等功能。CAN總線接口 13用于將溫控器連接到整個系統的總線上，和系統的其他控制器交換數據，將溫控器的信息送至上位機顯示，通過上位機設置溫控器的運行方式、設定。如圖2所示，TEC驅動電路為一雙BUCK電路，該電路具有雙極性輸出，主控芯片可控制TEC的輸出極性來實現制冷或制熱，并且根據需要調整TEC的輸出功率。TEC驅動電路為一雙BUCK變換器，Vin為輸入電壓，Q1、Q2、Q3、Q4為MOSFET，L1、L2為電感，R1、R2為假負載。其中Q1、Q3、C1、L1、C3、R1構成了上端同步整流BUCK變換器，輸出電壓為V+，Q2、Q4、C2、L2、C4、R2構成了下端同步整流BUCK變換器，其輸出電壓為V-。V+和V-分別連接的TEC模塊的正負極，所以TEC模塊的輸入電壓為V+減V-;其中Ql和Q4共用一路PWM驅 動，Q2和Q3共用一路PWM驅動，通過調整PWM驅動的占空比可以調節V+和V-的值，即可調整TEC模塊輸入電壓的大小和正負，起到調節輸出功率和輸出極性的功能，從而實現TEC模塊加熱和制冷功能。風扇驅動電路用于驅動散熱器上安裝的對流風扇，用來驅動對流風扇工作。
權利要求1.ー種光譜儀恒溫控制裝置，其特征是它包括主控制器、TEC驅動電路、模擬量調理電路、風扇驅動電路、溫度調理電路和兩路溫度傳感器； 所述TEC驅動電路和風扇驅動電路的控制端分別與主控制器連接，TEC驅動電路的輸出與光譜儀的TEC模塊連接，風扇驅動電路的輸出與光譜儀的風扇連接； 所述模擬量調理電路的采樣端接TEC驅動電路，模擬量調理電路的信號輸出端與主控制器連接； 所述兩路溫度傳感器的輸出分別連接溫度調理電路，溫度調理電路的輸出端與主控制器連接。
2.根據權利要求I所述光譜儀恒溫控制裝置，其特征是所述TEC驅動電路設有MOS管Ql、Q2、Q3、Q4,電感 LI、L2，負載 RU R2 和電容 Cl、C2、C3、C4。
3.根據權利要求I所述光譜儀恒溫控制裝置，其特征是所述模擬量調理電路包括差分電路、放大電路和A/D轉換電路。
4.根據權利要求I所述光譜儀恒溫控制裝置，其特征是所述主控制器還設有串ロ模塊。
5.根據權利要求I所述光譜儀恒溫控制裝置，其特征是所述主控制器還設有CAN總線接ロ。
6.根據權利要求I所述光譜儀恒溫控制裝置，其特征是所述ニ路溫度傳感器一路設于恒溫箱內部，另一路設于恒溫箱外部。
專利摘要本實用新型為解決微型光纖光譜儀中光學器件溫度穩定性的問題，提供一種微型光纖光譜儀恒溫控制裝置，它包括主控制器、電源、TEC驅動電路、模擬量調理電路、風扇驅動電路、溫度調理電路和兩路溫度傳感器；TEC驅動電路和風扇驅動電路的控制端分別與主控制器連接，TEC驅動電路的輸出與光譜儀的TEC模塊連接，風扇驅動電路的輸出與光譜儀的風扇連接；模擬量調理電路的采樣端接TEC驅動電路，模擬量調理電路的信號輸出端與主控制器連接；兩路溫度傳感器的輸出分別連接溫度調理電路，溫度調理電路的輸出端與主控制器連接，串口模塊用于連接人機界面，或作為調試接口，CAN總線接口用于光譜儀恒溫控制器與上位機連接。
文檔編號G05D23/19GK202512457SQ20122017890
公開日2012年10月31日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者凌雁波, 張西謀, 曲震, 武善磊, 湯光華, 王新培, 陳書建 申請人:南京國電環保科技有限公司