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(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)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(shù)：
光譜儀(Spectroscope)是將成分復(fù)雜的光分解為光譜線的科學(xué)儀器，由棱鏡或衍射光柵等構(gòu)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(shù)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(shù)被廣泛地應(yīng)用于空氣污染、水污染、食品衛(wèi)生、金屬工業(yè)等的檢測中。近年來隨著CCD陣列探測技術(shù)及光纖技術(shù)的逐漸成熟，微型光纖光譜儀在上述領(lǐng)域中的應(yīng)用前景日益廣闊。CCD光譜儀設(shè)有恒溫箱、TEC驅(qū)動模塊、風(fēng)扇等部分。這種光譜儀具有體積小巧、便于攜帶，適應(yīng)不同工作場所及工藝條件，技術(shù)精度較高等優(yōu)勢；但是也存環(huán)境溫度敏感性較強(qiáng)的缺點(diǎn)，溫度的較大波動會導(dǎo)致光譜儀內(nèi)置的微型光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)中某些器件發(fā)生熱變形而導(dǎo)致聚焦不準(zhǔn)、光線偏移等問題，同時(shí)也會使CCD探測器的信噪比嚴(yán)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(yùn)行的重要條件。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)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(xué)器件溫度穩(wěn)定性的問題。本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)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(qū)動電路、模擬量調(diào)理電路、風(fēng)扇驅(qū)動電路、溫度調(diào)理電路和兩路溫度傳感器；所述TEC驅(qū)動電路和風(fēng)扇驅(qū)動電路的控制端分別與主控制器連接，TEC驅(qū)動電路的輸出與光譜儀的TEC模塊連接，風(fēng)扇驅(qū)動電路的輸出與光譜儀的風(fēng)扇連接；所述模擬量調(diào)理電路的采樣端接TEC驅(qū)動電路，模擬量調(diào)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(diào)理電路，溫度調(diào)理電路的輸出端與主控制器連接。本實(shí)用新型中TEC驅(qū)動電路設(shè)有MOS管QU Q2、Q3、Q4，電感LI、L2，負(fù)載Rl、R2，電容 C1、C2、C3、C4。其中Q1、Q3、C1、L1、C3、R1構(gòu)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(gòu)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(fù)極。其中，模擬量調(diào)理電路包括差分電路、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。其中，主控制器還設(shè)有串口模塊，該串口模塊用于連接人機(jī)界面，或作為調(diào)試接□。其中，主控制器還設(shè)有CAN總線接口，該接口用于光譜儀恒溫控制器與上位機(jī)連接。二路溫度傳感器一路設(shè)于恒溫箱內(nèi)部，另一路設(shè)于恒溫箱外部，分別測量恒溫箱內(nèi)部溫度和外部溫度。


圖I是本實(shí)用新型的總體控制框圖。圖2是TEC驅(qū)動模塊主電路。圖3是模擬量采樣和保護(hù)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(fēng)扇；32_風(fēng)扇驅(qū)動電路；41_溫度調(diào)理電路；42_溫度傳感器；43_溫度傳感器；51-TEC模塊；52_TEC驅(qū)動電路；53-模擬量調(diào)理電路。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案具體描述如下如圖I所示，本實(shí)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(qū)動電路52、模擬量調(diào)理電路53、風(fēng)扇驅(qū)動電路32、溫度調(diào)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(zhuǎn)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(nèi)部，一路安裝在恒溫箱外部，將溫度傳感器的信號經(jīng)過調(diào)理后送至主控芯片的AD 口轉(zhuǎn)成數(shù)字量，經(jīng)計(jì)算后，控制TEC驅(qū)動模塊的輸出極性和輸出功率，控制外部安裝的對流風(fēng)扇的工作狀態(tài)。溫度傳感器41安裝在恒溫箱內(nèi)部，其輸出經(jīng)調(diào)理電路43后送到主控芯片11的ADC管腳，轉(zhuǎn)成數(shù)字量后和預(yù)設(shè)定的溫度值進(jìn)行對比計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整主控芯片11輸出PWM波的占空比，來調(diào)整TEC驅(qū)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(huán)境溫度，其輸出經(jīng)調(diào)理電路43后送到主控芯片11的ADC管腳，轉(zhuǎn)成數(shù)字量后和預(yù)設(shè)的環(huán)境溫度及恒溫箱內(nèi)部溫度進(jìn)行對比，根據(jù)對比結(jié)果控制安裝在恒溫箱外部的對流風(fēng)扇31的工作狀態(tài)。模擬量調(diào)理模塊將TEC驅(qū)動模塊的模擬量信號經(jīng)過調(diào)理后送至主控芯片的AD口，根據(jù)采集到的數(shù)字量對主電路做過壓、過流保護(hù)。模擬量調(diào)理電路53采樣TEC驅(qū)動電路的輸入電壓、輸出電壓和輸出電流，將調(diào)理結(jié)果送到主控芯片11的ADC管腳，轉(zhuǎn)成數(shù)字量后參與控制PWM波的調(diào)制，控制TEC驅(qū)動電路的輸出功率；并參與過壓、過流的保護(hù)控制，保護(hù)主電路的功率器件和TEC模塊。具體工作如圖3所示，由于驅(qū)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(fù)值，為一交流量，所以模擬量首先經(jīng)過了一個(gè)差分電路，將差分信號轉(zhuǎn)成了一個(gè)單端信號，再經(jīng)過了一級同相放大電路，將信號放大后和一個(gè)參考電平相加，將交流量轉(zhuǎn)成了可供ADC直接轉(zhuǎn)換的直流信號，該直流信號也是硬件保護(hù)電路的輸入。如圖3所示，正常工作時(shí)，輸出信號SDn為高電平，當(dāng)ADC 口的直流信號大于CSO是為正向過流保護(hù)，此時(shí)將SDn拉低，輸出保護(hù)信號，同理，當(dāng)ADC 口的直流信號小于CSl時(shí)為反向過流保護(hù)。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(jī)界面接口，可外接顯示模塊和按鍵；也可用作調(diào)試接口等功能。CAN總線接口 13用于將溫控器連接到整個(gè)系統(tǒng)的總線上，和系統(tǒng)的其他控制器交換數(shù)據(jù)，將溫控器的信息送至上位機(jī)顯示，通過上位機(jī)設(shè)置溫控器的運(yùn)行方式、設(shè)定。如圖2所示，TEC驅(qū)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(shí)現(xiàn)制冷或制熱，并且根據(jù)需要調(diào)整TEC的輸出功率。TEC驅(qū)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(fù)載。其中Q1、Q3、C1、L1、C3、R1構(gòu)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(gòu)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(fù)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(qū) 動，Q2和Q3共用一路PWM驅(qū)動，通過調(diào)整PWM驅(qū)動的占空比可以調(diào)節(jié)V+和V-的值，即可調(diào)整TEC模塊輸入電壓的大小和正負(fù)，起到調(diào)節(jié)輸出功率和輸出極性的功能，從而實(shí)現(xiàn)TEC模塊加熱和制冷功能。風(fēng)扇驅(qū)動電路用于驅(qū)動散熱器上安裝的對流風(fēng)扇，用來驅(qū)動對流風(fēng)扇工作。
權(quán)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(qū)動電路、模擬量調(diào)理電路、風(fēng)扇驅(qū)動電路、溫度調(diào)理電路和兩路溫度傳感器； 所述TEC驅(qū)動電路和風(fēng)扇驅(qū)動電路的控制端分別與主控制器連接，TEC驅(qū)動電路的輸出與光譜儀的TEC模塊連接，風(fēng)扇驅(qū)動電路的輸出與光譜儀的風(fēng)扇連接； 所述模擬量調(diào)理電路的采樣端接TEC驅(qū)動電路，模擬量調(diào)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(diào)理電路，溫度調(diào)理電路的輸出端與主控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述光譜儀恒溫控制裝置，其特征是所述TEC驅(qū)動電路設(shè)有MOS管Ql、Q2、Q3、Q4,電感 LI、L2，負(fù)載 RU R2 和電容 Cl、C2、C3、C4。
3.根據(jù)權(quán)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(diào)理電路包括差分電路、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。
4.根據(jù)權(quán)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(shè)有串ロ模塊。
5.根據(jù)權(quán)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(shè)有CAN總線接ロ。
6.根據(jù)權(quán)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(shè)于恒溫箱內(nèi)部，另一路設(shè)于恒溫箱外部。
專利摘要本實(shí)用新型為解決微型光纖光譜儀中光學(xué)器件溫度穩(wěn)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(qū)動電路、模擬量調(diào)理電路、風(fēng)扇驅(qū)動電路、溫度調(diào)理電路和兩路溫度傳感器；TEC驅(qū)動電路和風(fēng)扇驅(qū)動電路的控制端分別與主控制器連接，TEC驅(qū)動電路的輸出與光譜儀的TEC模塊連接，風(fēng)扇驅(qū)動電路的輸出與光譜儀的風(fēng)扇連接；模擬量調(diào)理電路的采樣端接TEC驅(qū)動電路，模擬量調(diào)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(diào)理電路，溫度調(diào)理電路的輸出端與主控制器連接，串口模塊用于連接人機(jī)界面，或作為調(diào)試接口，CAN總線接口用于光譜儀恒溫控制器與上位機(jī)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(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)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(huán)?？萍加邢薰?br>