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[硕士论文] 万威
光学工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:随着科技的不断进步,半导体行业的飞速发展,图像传感器的更新换代速度也越来越快,高集成度、高感光度、高分辨率、高帧频的图像传感器不断的被研发出来。图像传感器的应用也越来越广泛,在空间探测、医疗仪器、移动通信设备等领域有着广泛的应用。特别是在一些高端应用方面,如军事和航天领域,在使用图像传感器之前需要对传感器参数进行从新测试,以便判断图像传感器的性能好坏。在图像传感器测试时,图像传感器的参数会受到一些噪声的影响,特别是图像传感器自身的噪声,传感器自身噪声对传感器参数测试影响最大的是暗电流,减小暗电流的最为有效的方法是降低图像传感器的工作温度。
  本文研究了一种用于图像传感器测试的热电制冷恒温控制装置,该装置结合热电制冷器和抗积分饱和PID控制算法,以ARM内核的STM32F103VBT6微控制器作为主控芯片,利用PT100作为温度传感器采集图像传感器的温度信息,利用脉冲宽度调制(PWM)技术控制热电制冷器的制冷能力,利用水冷散热装置散发热电制冷器发出的热量,实现对实验装置制冷温度的控制。
  本文首先论述了暗电流对图像传感器成像造成的影响,提出了利用制冷的方法抑制暗电流的大小。接着介绍了热电制冷器的制冷原理和几种散热冷却方式,并以此设计了热电制冷水冷散热系统。然后设计了温湿度数据的采集和控制硬件电路,硬件电路主要包括:基于STM32F103VBT6中央微控制器电路、基于PT100的温度数据采集电路、基于HS1101湿度数据采集电路、基于PWM信号的恒温控制电路、CAN总线电路和LCD12864显示电路等。接着对热电制冷恒温控制装置的软件程序做出了设计,软件程序的设计主要包括温湿度数据的采集与处理、抗积分饱和PID控制算法的编写,然后编写了控制装置的主程序和各部分子程序。然后对装置的硬件电路做了调试,完成了装置的集成。通过实验表明,该试验装置的最低制冷温度可达-35℃,稳定的制冷温度控制范围为-30℃~5℃,制冷温度稳定度为±0.5℃,均能满足对实验装置提出的要求。最后在常温(23℃)和-30℃环境下测试了一款CCD图像传感器的暗电流,该CCD图像传感器的暗电流的均值在-30℃环境下比常温(23℃)环境下降低了132倍,方差减小了13倍。该CCD图像传感器的其他参数也得到了改善。
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