1 中国科学技术大学 生物医学工程学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院 苏州生物工程技术研究所，江苏 苏州 215163
3 长春理工大学 电子信息工程学院，吉林 长春 130022
4 季华实验室，广东 佛山 528200
5 徐州医科大学 医学影像学院，江苏 徐州 221004
对于高灵敏原子磁力计极弱磁测量，激光温度的精确稳定控制是一项必不可少的工作。激光温度不稳定会导致激光波长波动和漂移，从而降低原子磁力计的灵敏度。为了降低激光器温度波动对原子磁力计的影响，本文设计并实现了一个基于ADN8834温度控制芯片的高精度DBR激光器自动温度控制系统。首先，基于ADN8834和高精度模/数转换芯片LTC2377设计了温度反馈电路，成功采集到了与温度对应的模拟电压信号并将其转换为数字信号送入FPGA。然后，在FPGA中实现了增量式数字PID算法，自动计算温度控制信号。最后，设计了数/模转换电路将该温度控制信号转换为模拟信号传递给ADN8834，ADN8834输出加热或冷却信号来控制半导体热电制冷器，从而实现闭环温度自动控制。实验结果表明，当目标温度分别设定在20，25，30 ℃时，该温度自动控制系统的温度稳定性均在±0.005 ℃，测试DBR激光器输出波长稳定性范围为±2 pm。该激光器自动温度控制系统温度稳定性高，且操作方便，设计灵活，基本满足原子磁力计系统对激光温度控制器的要求。
ADN8834 数字PID算法 温度控制 半导体热电制冷器 ADN8834 digital PID algorithm temperature control TEC
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230031
针对温度效应会影响太阳光度计观测结果且温度校正系数难以获取等问题, 设计了一种基于热电制冷器 (TEC) 的全自动太阳光度计温控系统。介绍了自研全自动太阳光度计的整体设计，特别是温控系统设计, 并分析了温度对探测器响应的影响。最后对该全自动太阳光度计进行了野外测试, 在合肥地区与商用仪器CE318进行了同步观测比对, 测试结果表明全自动太阳光度计反演的气溶胶光学厚度与CE318校正后的结果一致, 偏差在0.01以内；在敦煌地区的长期测试结果表明, 在温度变化较大的长期野外观测中, 全自动太阳光度计温控系统均保持在 (25 ± 0.2) ℃内, 验证了温控系统设计的有效性和可靠性。
温控 太阳光度计 热电制冷器 气溶胶光学厚度 温度校正 temperature control sun photometer thermos-electric cooling aerosol optical depth temperature correction
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国人民解放军96035部队，吉林 吉林 132101
机载激光雷达是实现远距离大气精准监测的重要手段，CO2激光器工作谱段与部分大气污染物和化学物质吸收谱一致，是大气监测激光雷达的重要光源。面向机载要求，在控制体积重量的条件下实现−40 °C~55 °C宽温域工作是机载CO2激光器温控系统的设计难点。因此，本文提出一种以激光器性能和环境温度为设计输入，半导体热电制冷与强制风冷相结合的闭环温控方法。根据激光器、半导体热电制冷和强制风冷等的结构与传热特性，建立温控方法的有限元模型，基于此模型对激光器温控性能进行研究。对于55 °C高温环境，温控系统工作25 min后，激光器温度控制在40 °C；对于−40 °C低温环境，温控系统在工作20 min后，激光器温度控制在25 °C，满足激光器正常工作要求。根据激光器及建立的温控方法，开展高低温环境下激光器工作能力实验研究，采集实验过程中的激光器温度数据，测量高低温条件下激光输出能力。实验结果表明：实测激光器温度与有限元仿真温度数据基本吻合，两者误差小于10%；采用所提出的温控方法，激光器在高低温条件下可以正常工作，输出功率与室温条件下一致。
CO2激光器 宽温域 半导体热电制冷 散热结构 温控方法 CO2 laser wide temperature range thermo-electric cooler heat dissipation structure temperature control method
1 长春理工大学电子信息工程学院，吉林 长春 130012
2 空间光电技术国家地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
为抑制快速反射镜开机温漂，以及实现快速反射镜在设定温度条件下正常工作，设计了温度控制系统与新型控制方案，来实现对快速反射镜温度的精确控制。温控系统以单片机为核心控制元件，热电制冷器为执行元件。设计基于小波去噪的非线性比例-积分-微分自抗扰控制方案，通过基于Sigmoid个性化惯性权重的粒子群优化算法整定控制参数，进行仿真和实验。结果表明，此控制方案能有效抑制快速反射镜的开机温漂，在15~28 ℃的控温范围内，控温精度达到±0.02 ℃，可在142 s内稳定在预设温度。所设计的温控系统响应速度快、控制精度高，鲁棒性强，具有较好的应用价值。
光学器件 快速反射镜 非线性比例-积分-微分控制 自抗扰控制 小波去噪 热电制冷器 粒子群优化 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0523001
1 郑州大学 机械与动力工程学院, 郑州 450001
2 河南省智能制造研究院, 郑州 450001
基于牛顿粘性定律和计算流体力学(CFD), 在实际项目的基础上探究了五种不同垂直截面形状的翅片式散热器在强迫对流条件下的散热性能, 最终根据其各自的散热性能和经济性筛选出最佳垂直截面形状的散热器为三角形截面翅片散热器, 与传统的矩形截面翅片散热器相比, 其散热性能提升了4.23%, 材料成本下降了17.95%。
热电制冷 翅片式散热器 风冷热沉散热 计算流体力学 thermoelectric cooler fin heat sink heat dissipation of heat sink CFD
1 河北工业大学 理学院, 天津 300401
2 河北工业大学 材料科学与工程学院, 天津 300401
3 河北冀雅电子有限公司, 河北 石家庄 050071
4 河北省平板显示器工程技术研究中心, 河北 石家庄 050071
温度变化会对液晶材料的电学特性产生影响。为了深入探究低温下液晶材料的电学特性, 首先, 液晶盒厚度和取向层厚度分别由紫外可见分光光度计和表面轮廓仪测量得到; 然后, 利用精密热台以及基于热电制冷工作原理自制的制冷装置控制液晶盒的温度, 使用校准后的精密LCR表分别测得低温和常温下液晶盒电容-电压（C-U）特性曲线, 由液晶盒电容模型得到液晶层C-U特性曲线, 基于该曲线与双盒模型, 得到了温度对4种液晶介电各向异性、弹性常数的影响。实验结果表明: 随着温度的升高, 正性液晶材料的介电各向异性从10.0增大至21.0, 弹性常数k11从17.0 pN减小至7.0 pN, k33从31.0p N减小至16.0 pN; 负性液晶材料的介电各向异性从-8.5增大至-3.0, k11从21.0 pN减小至11.0 pN, k33从31.0 pN减小至13.0 pN。即随着温度的升高, 正性液晶材料的介电各向异性和弹性常数k11、k33均不断减小; 负性液晶材料的介电各向异性不断增大, k11、k33呈现减小趋势。该结论对探究低温下提升液晶显示性能的方法有着重要意义。
介电各向异性 弹性常数 热电制冷 液晶盒电容模型 双盒模型 dielectric anisotropy elastic constant thermoelectric refrigeration capacitance model of LC cell dual-cell model
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
天基空间望远镜探测器必须采用主动制冷方式以满足其噪声抑制需求.为此，采用热电制冷为核心技术，开展了探测器热电制冷器封装设计、热电制冷器热排散系统设计、热电制冷控制系统设计，并从抑制寄生漏热、降低热电制冷器热排散路径热阻两方面进行了优化，以减小热电制冷器输入功率及辐射散热面积.根据帕尔帖效应、焦耳效应、傅里叶效应，获得了净制冷量、热端散热热阻、热端边界温度等环境特性参数与热电制冷器输入电流、电压、功率等工作特性参数间的关系，并分析了制冷热负荷、热端散热热阻与热电制冷器输入功率间的敏感度.研制了望远镜鉴定产品，并开展了真空热平衡试验.试验结果表明系统设计合理有效，能够将探测器制冷至-75℃温度水平，稳定度可达到±0.2℃.基于环境条件及热电制冷器工作参数等试验数据，对比并修正了热分析模型.研究结果可为类似空间望远镜热电制冷系统的研制提供参考和借鉴.
空间望远镜 热电制冷 热设计 热平衡试验 Space based telescope Thermo electric cooler Thermal design Thermal vacuum and balance test
上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
太阳能电池(photovoltaic, PV)长时间暴露在阳光下会使其表面温度迅速升高, 从而降低其输出电压。为降低太阳能电池板的表面温度, 对太阳能电池板背面装载的热电制冷器(thermoelectric cooler, TEC)进行了研究, 测试其在不同室温下对太阳能电池板输出性能的影响。研究表明: 当不含 TEC且环境温度分别为 26 ℃、 29 ℃、 33 ℃时, 太阳能电池板的实验最大输出电压分别是 2.32 V、2.25 V、2.20 V; 加载 TEC之后, 在上述环境温度下太阳能电池板的最大输出电压分别为 2.54 V、2.59 V、2.47 V, 输出电压分别增加 9.4%、15.1%、12.3%。因此在太阳能电池板中加载热电制冷器既可以增大输出电压, 又可以避免因温度升高而降低太阳能电池板的寿命。
太阳能电池 热电制冷器 环境温度 输出电压 solar cell thermoelectric cooler ambient temperature output voltage
1 桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院,广西 桂林 541004
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室 安徽 合肥 230031
3 广西光电信息处理重点实验室,广西 桂林 541004
硒化铅(PbSe)中红外探测器是CO气体检测仪中的核心部件,其响应率会随温度变化。对中红外探测器进行精确的温度控制 可以有效地改善系统稳定性,提高检测系统信噪比。首先分析了 PbSe探测器温度特性,根据CO检测仪设计指标提出了温控 系统的高稳定性要求;介绍了热电制冷器(Thermoelectric cooling, TEC)的工作原理;提出了基于温湿度控制芯 片ADN8830的温度控制方案并设计了输入电桥电路、TEC功放电路和PID补偿电路。根据设计方案搭建了实验测试系统 在室温环境下进行测试。测试结果表明:该温控系统应用于大气CO浓度检测仪器可在30 s内进入稳定状态,且1 min内 温度波动小于±0.02℃,优于CO检测仪1 ppm精度指标所需的温度波动不大于±0.1℃的要求。
中红外探测器 温度控制 热电制冷器 mid-infrared detector temperature control thermoelectric cooler ADN8830 ADN8830 大气与环境光学学报
2019, 14(5): 351
