面向红外气体检测的半导体器件温控系统及应用

论文摘要

研制了一种针对半导体器件的温度控制系统,不仅可用于对内置热电制冷器的半导体器件的温度控制,同时实现了在宽环境温度范围内对无热电制冷器及热敏电阻的半导体器件的温度控制.系统硬件主要由两部分组成,第一部分包括主控制器模块、温度采集模块和热电制冷器电流控制模块,实现对内置热电制冷器的半导体器件的温度控制;第二部分包括辅控制器模块、温度采集模块、金属氧化物场效应管开关电路模块及附加四级热电制冷器,实现对无热电制冷器的半导体器件的温度控制.软件部分,主辅控制器分别实时采集半导体器件的工作温度,采用积分限幅式数字比例-积分-微分算法,调整热电制冷器驱动器的电流实现恒定的温度控制.利用本文研制的温度控制系统对内置热电制冷器的半导体激光器的温度控制准确度为±0.01℃,温度稳定性为0.004 8℃;在无热电制冷器的半导体光源的温度控制实验中,-18℃、室温、40℃环境下的温控准确度分别为±0.05℃、±0.01℃、±0.02℃.利用研制的温控系统连续5h测试了1.563μm激光器的输出光谱,峰值输出波长稳定;采用1.653μm激光器,分别利用研制的温控系统和商用系统开展了甲烷气体检测实验,与商用控制器相比,本文研制的温控仪获得的系统检测下限更低.该系统具有体积小、成本低、便于集成、工作稳定可靠的优点,在气体检测中有良好的应用前景.

论文目录

• 0 引言
• 1 温度控制系统设计
•   1.1 电源及抗干扰设计
•   1.2 温度采集电路
•   1.3 半导体制冷器控制电路
•   1.4 半导体制冷器
• 2 PID算法
• 3 温控性能测试
•   3.1 实验测试装置
•   3.2 对内置TEC的半导体激光器的温度控制性能测试
•   3.3 对无TEC的半导体器件温度控制性能测试
• 4 激光器光谱测试及甲烷气体检测试验
•   4.1 1.563μm激光器光谱测试
•   4.2 甲烷气体检测实验
•     4.2.1 浓度标定实验
•     4.2.2 稳定性测试及Allan方差
• 5 温度控制系统的参量对比
• 6 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 闫万红,周言文,余迪,刘志伟,宋芳,郑传涛,王一丁

关键词: 光电子学,半导体器件,温度控制,近红外,气体检测

来源: 光子学报 2019年03期

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 化学,无线电电子学

单位: 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区

基金: 国家重点研发计划(No.2016YFD0700101),国家自然科学基金(Nos.61775079,61627823),吉林省科技发展计划项目(No.20180201046GX),吉林省省级产业创新专项资金项目(No.2017C027)~~

分类号: TN303;O657.3

页码: 119-128

总页数: 10

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