發(fā)布時間：2017-12-17 23:17

  本文關(guān)鍵詞：天文衛(wèi)星相機焦平面制冷系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：高性能天文觀測相機CCD必須工作在-65℃的低溫環(huán)境中，以抑制可見光CCD產(chǎn)生的暗電流噪聲，因此為了保障天文觀測相機的工作性能，必須對焦平面(FPA)進行獨立制冷。 為了滿足空間天文相機焦平面制冷要求的體積小、重量輕、穩(wěn)定性和可靠性好、精度高的工程應(yīng)用需求，本文設(shè)計完成了一種基于熱電制冷器（TEC）的焦平面制冷控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以80C32單片機為控制系統(tǒng)的核心處理器，，利用安裝于圖像傳感器背面的5個溫度傳感器及其采集電路獲取焦平面的多點實時溫度，然后系統(tǒng)以采集到的多點實時溫度為參數(shù)，采用數(shù)字PID自適應(yīng)控制算法計算得到控制量，通過該控制量調(diào)節(jié)TEC的驅(qū)動電流，從而實現(xiàn)對焦平面的獨立制冷。 本文首先討論了高精度、高穩(wěn)定性制冷對高性能天文觀測相機焦平面工作性能的重要性，介紹了使用TEC進行制冷的原因；其次闡述TEC制冷的理論基礎(chǔ)及工作原理，并討論了TEC的工作狀態(tài)及選取原則，分析了熱負(fù)載制冷的模型；然后完成了制冷系統(tǒng)硬件控制電路的總體設(shè)計，并分別對溫度采集模塊、TEC驅(qū)動模塊、通信模塊和計算控制模塊的電路進行了詳細(xì)設(shè)計；在電路原理圖設(shè)計完成后，根據(jù)布局、布線原則設(shè)計了系統(tǒng)的PCB，并完成了PCB的加工與調(diào)試；根據(jù)本系統(tǒng)的工作要求和邊界條件，對系統(tǒng)的軟件算法進行了分析和設(shè)計，并采用模塊化的設(shè)計方法完成了以數(shù)字PID控制算法為核心的軟件總體設(shè)計，同時對各模塊進行了詳細(xì)的設(shè)計、編碼和調(diào)試；最后完成了整個制冷控制系統(tǒng)的軟、硬件集成和調(diào)試。 通過系統(tǒng)的實物模擬實驗表明，該系統(tǒng)可以在焦平面溫度梯度小于1℃的情況下，快速達到其正常工作溫度-65℃，并保證其溫度控制精度為±2℃，滿足了天文觀測相機焦平面的工作要求。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機械研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：P111

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本文編號：1301935