一種多級(jí)且可調(diào)的拉曼光譜儀ccd制冷裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種拉曼光譜儀CCD制冷裝置，具體涉及一種多級(jí)且可調(diào)的拉曼光譜儀CCD制冷裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]拉曼光譜儀是采用拉曼散射原理，采集樣品分子振動(dòng)引起拉曼頻移光譜的分子指紋識(shí)別儀器。該光譜儀可進(jìn)行物質(zhì)的定性分析，被廣泛應(yīng)用于食品安全、醫(yī)藥、文物考古、寶石鑒定和法庭科學(xué)等方面。
[0003]由于拉曼散射光譜的相對(duì)強(qiáng)度較小，其儀器設(shè)計(jì)要求具有更高的檢測(cè)靈敏度和更低的檢出限，這對(duì)拉曼光譜儀光機(jī)設(shè)計(jì)、檢測(cè)電路設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)提出了更高的要求。從檢測(cè)電路的角度出發(fā)，通常采用的方法有提高CCD檢測(cè)器件的檢出限，降低CCD器件產(chǎn)生的暗電流以及提高CCD驅(qū)動(dòng)電路和檢測(cè)電路的各項(xiàng)性能等方法。
[0004]現(xiàn)有的CCD制冷裝置中存在溫度檢測(cè)電路簡(jiǎn)單、沒(méi)有匹配控制器、不能根據(jù)制冷量需求進(jìn)行靈活配置等的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種多級(jí)且可調(diào)的拉曼光譜儀CXD制冷裝置，可靈活配置溫度參數(shù)的拉曼光譜儀CCD制冷裝置，著力解決CCD器件的制冷問(wèn)題。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]—種多級(jí)且可調(diào)的拉曼光譜儀CCD制冷裝置，該制冷裝置含有獨(dú)立制冷單元電路；所述獨(dú)立制冷單元電路包括溫度設(shè)置模塊，溫度檢測(cè)模塊，差分放大電路，PID控制器，時(shí)鐘控制電路，PWM脈沖調(diào)制電路，開(kāi)關(guān)電路，TEC制冷控制器，散熱器；
[0008]通過(guò)溫度傳感器采集TEC制冷控制器冷端的實(shí)時(shí)溫度值，溫度傳感器與溫度檢測(cè)模塊連接；所述溫度設(shè)置模塊的輸出端與溫度檢測(cè)模塊連接，溫度設(shè)置模塊與上位機(jī)主控制器或者可調(diào)電位器連接；所述溫度檢測(cè)模塊的輸出端與差分放大電路的輸入端連接，差分放大電路的輸出端與PID控制器的輸入端連接；所述時(shí)鐘控制電路與PID控制器的輸入端連接，所述PID控制器的輸出端與PffM脈沖調(diào)制電路的輸入端連接，所述PID控制器用于計(jì)算控制TEC制冷控制器所需的PffM波控制參數(shù)；所述PWM脈沖調(diào)制電路的輸出端與開(kāi)關(guān)電路連接，所述開(kāi)關(guān)電路與TEC制冷控制器相連，所述TEC制冷控制器的冷端與CCD器件貼合；TEC制冷控制器的熱端與散熱器連接。
[0009]進(jìn)一步，所述制冷裝置含有N個(gè)獨(dú)立制冷單元電路；其中，第一級(jí)獨(dú)立制冷單元電路的連接關(guān)系如下:
[0010]溫度傳感器采集第N級(jí)獨(dú)立制冷單元電路的TEC制冷控制器冷端的實(shí)時(shí)溫度值；溫度傳感器將數(shù)據(jù)傳輸至第一級(jí)獨(dú)立制冷單元電路的溫度檢測(cè)模塊，第一級(jí)獨(dú)立制冷單元電路的溫度設(shè)置模塊與上位機(jī)主控制器或者可調(diào)電位器連接，第一級(jí)獨(dú)立制冷單元電路的溫度設(shè)置模塊與溫度檢測(cè)模塊連接，溫度檢測(cè)模塊與差分放大電路連接，差分放大電路與PID控制器連接，所述時(shí)鐘控制電路與PID控制器連接，PID控制器與PffM脈沖調(diào)制電路連接，PWM脈沖調(diào)制電路與開(kāi)關(guān)電路連接，開(kāi)關(guān)電路與TEC制冷控制器相連，所述第一級(jí)獨(dú)立制冷單元電路的TEC制冷控制器的冷端與第二級(jí)獨(dú)立制冷單元電路的TEC制冷控制器的熱端貼合；第一級(jí)獨(dú)立制冷單元電路的TEC制冷控制器的熱端與散熱器連接；
[0011]第一級(jí)獨(dú)立制冷單元電路的時(shí)鐘控制電路與第二級(jí)獨(dú)立制冷單元電路的時(shí)鐘控制電路連接，第二級(jí)獨(dú)立制冷單元電路的時(shí)鐘控制電路與第N級(jí)獨(dú)立制冷單元電路的時(shí)鐘控制電路依次連接；
[0012]第N級(jí)獨(dú)立制冷單元電路的TEC制冷控制器的冷端與(XD器件貼合；第N級(jí)獨(dú)立制冷單元電路的TEC制冷控制器的熱端與第N-1級(jí)獨(dú)立制冷單元電路的TEC制冷控制器的冷端貼合；第N-1級(jí)獨(dú)立制冷單元電路的TEC制冷控制器的熱端與第N-2級(jí)獨(dú)立制冷單元電路的TEC制冷控制器的冷端貼合。
[0013]進(jìn)一步，所述溫度檢測(cè)模塊、溫度傳感器和溫度設(shè)置模塊構(gòu)成全橋式測(cè)量電路；全橋式測(cè)量電路的電橋輸入端連接基準(zhǔn)電壓芯片，為電橋提供輸入電壓，電橋的輸出端連接到差分放大電路的差分輸入端。
[0014]進(jìn)一步，所述溫度設(shè)置模塊含有高精度的可調(diào)電阻。
[0015]進(jìn)一步，所述PID控制器包括放大器、高精度電阻和電容；所述PID控制器根據(jù)差分放大電路的輸出值、時(shí)鐘控制電路輸出的控制相位及時(shí)鐘頻率，輸出PWM脈沖調(diào)制電路所需要的頻率和占空比。
[0016]進(jìn)一步，所述開(kāi)關(guān)電路包括大電流MOSFET電路和LC整流濾波電路；大電流MOSFET電路連接TEC制冷恒定直流源，大電流MOSFET電路輸出連接LC整流濾波電路；經(jīng)LC整流濾波后的電源與TEC制冷控制器的正負(fù)極相連接。
[0017]進(jìn)一步，所述大電流MOSFET電路為4個(gè)MOS功率管組成的H橋電路，每個(gè)MOS功率管上接PWM脈沖調(diào)制電路輸出的PWM波，大電流MOSFET電路根據(jù)PID控制器輸出的頻率和占空比，輸出TEC制冷電流。
[0018]進(jìn)一步，所述散熱器為帶風(fēng)冷、水冷或者液氮制冷的鋁制或者銅制散熱器。
[0019]進(jìn)一步，所述溫度傳感器為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提供的一種多級(jí)且可調(diào)的拉曼光譜儀CCD制冷裝置可根據(jù)制冷量需求配置為單級(jí)或多級(jí)，其中每個(gè)制冷級(jí)次為一個(gè)獨(dú)立制冷單元。該裝置可以單獨(dú)存在并實(shí)現(xiàn)CCD制冷功能，也可以連接其他控制器，接收控制器發(fā)送的溫度設(shè)置參數(shù)，對(duì)CCD進(jìn)行快速制冷后將實(shí)時(shí)溫度反饋回控制器進(jìn)行顯示。
【附圖說(shuō)明】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中:
[0022]圖1為本發(fā)明所述單級(jí)可調(diào)拉曼光譜儀CCD制冷裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為三級(jí)可調(diào)拉曼光譜儀CCD制冷裝置的安裝圖；
[0024]圖3為三級(jí)可調(diào)拉曼光譜儀CCD制冷裝置的電氣控制圖；
[0025]其中，圖2和圖3中的I為CXD器件，2為第三級(jí)TEC制冷控制器，3為第二級(jí)TEC制冷控制器，4為第一級(jí)TEC制冷控制器，5為散熱器，6為鍍膜石英窗，7為氮?dú)?真空密封艙，8為密封外殼。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0027]本發(fā)明提供的一種多級(jí)且可調(diào)的拉曼光譜儀CCD制冷裝置，該制冷裝置可根據(jù)CCD制冷量的需求配置為單級(jí)或多級(jí)，每個(gè)制冷級(jí)次為一個(gè)獨(dú)立制冷單元。該裝置可以單獨(dú)存在并實(shí)現(xiàn)CCD制冷功能，也可以連接其他控制器，接收控制器發(fā)送的溫度設(shè)置參數(shù)，對(duì)CCD進(jìn)行快速制冷后將實(shí)時(shí)溫度反饋回控制器進(jìn)行顯示。
[0028]單級(jí)制冷方式
[0029]如圖1所示，該制冷裝置含有獨(dú)立制冷單元電路；所述獨(dú)立制冷單元電路包括溫度設(shè)置模塊，溫度檢測(cè)模塊，差分放大電路，PID控制器，時(shí)鐘控制電路，PffM脈沖調(diào)制電路，開(kāi)關(guān)電路，TEC制冷控制器，散熱器；
[0030]通過(guò)溫度傳感器采集TEC制冷控制器冷端的實(shí)時(shí)溫度值，溫度傳感器與溫度檢測(cè)模塊連接；所述溫度設(shè)置模塊的輸出端與溫度檢測(cè)模塊連接，溫度設(shè)置模塊與上位機(jī)主控制器或者可調(diào)電位器連接；所述溫度檢測(cè)模塊的輸出端與差分放大電路的輸入端連接，差分放大電路的輸出端與PID控制器的輸入端連接；所述時(shí)鐘控制電路與PID控制器的輸入端連接，所述PID控制器的輸出端與PffM脈沖調(diào)制電路的輸入端連接，所述PID控制器用于計(jì)算控制TEC制冷控制器所需的PffM波控制參數(shù)；所述PWM脈沖調(diào)制電路的輸出端與開(kāi)關(guān)電路連接，所述開(kāi)關(guān)電路與TEC制冷控制器相連，所述TEC制冷控制器的冷端與CCD器件貼合；TEC制冷控制器的熱端與散熱器連接。
[0031]溫度檢測(cè)模塊、溫度傳感器和溫度設(shè)置模塊構(gòu)成全橋式測(cè)量電路；全橋式測(cè)量電路的電橋輸入端連接基準(zhǔn)電壓芯片，為電橋提供輸入電壓，電橋的輸出端連接到差分放大電路的差分輸入端。
[0032]溫度設(shè)置模塊含有高精度的可調(diào)電阻。該模塊有兩個(gè)部分:第一部分為與外接控制器連接的通信總線，用于配制溫度參數(shù)；第二部分為具有數(shù)模轉(zhuǎn)換功能的高精度電阻輸出模塊，該模塊與溫度檢測(cè)模塊的電橋相互連接。
[0033]將差分放大電路放大的電橋輸出信號(hào)與PID控制器連接，為PID控制器提供輸入信號(hào)，PID控制器包括放大器、高精度電阻和電容；PID控制器綜合時(shí)鐘輸入電路、PID設(shè)置參數(shù)以及差分放大電路所給的輸入量，計(jì)算出控制TEC制冷所需的PffM波控制參數(shù)，包括PffM輸出頻率、占空比。
[0034]開(kāi)關(guān)電路包括大電流MOSFET電路和LC整流濾波電路；大電流MOSFET電路連接TEC制冷恒定直流源，大電流MOSFET電路輸出連接LC整流濾波電路；經(jīng)LC整流濾波后的電源與TEC制冷控制器的正負(fù)極相連接。
[0035]大電流MOSFET電路為4個(gè)MOS功率管組成的H橋電路，每個(gè)MOS功率管上接PffM脈沖調(diào)制電路輸出的PWM波，大電流MOSFET電路根據(jù)PID控制器輸出的頻率和占空比，輸出TEC制冷電流。
[0036]散熱器可以為帶風(fēng)冷、水冷或者液氮制冷的鋁制或者銅制散熱器，散熱器貼合面以及散熱面積根據(jù)CCD散熱需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0037]溫度傳感器為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，可以為PTlO和PT100材料設(shè)計(jì)的熱敏電阻，兩種材料設(shè)計(jì)的熱敏電阻均需要根據(jù)CCD制冷溫度范圍進(jìn)行選取。
[0038]所述的高精度可調(diào)電阻為支持SPI等通信總線的高精度器件，并且電阻可設(shè)置范圍需要到200K以上，方便將CXD溫度控制到較低溫度。
[0039]所述的差分放大電路、PID控制電路以及PffM波輸出電路可以選擇同時(shí)具有這四項(xiàng)功能的PID控制器件實(shí)現(xiàn)。
[0040]所述的MOS