[发明专利]一种用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置

权利要求书

1.一种用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于，包括：CCD芯片，用于进行激光探测以及光电转换，最终输出模拟电信号；所述CCD芯片的像元尺寸大于13um，读出噪声小于5e-，响应非均匀性小于1％；CCD芯片置于真空腔体中；

CCD驱动单元，为CCD芯片提供工作电压、根据设定参数为CCD芯片提供正确的驱动信号和驱动时序，以及控制CCD芯片正常工作；

信号调理转换单元，采用低噪声设计，用于将CCD芯片输出的模拟电信号进行放大、调理和模数转换，进而输出数字信号；

数据存储单元，用于存储信号调理转换单元输出的数字信号；

控制单元，用于控制CCD驱动单元、信号调理转换单元、数据存储单元工作，以及接收、解析、响应、执行来自上位机的命令；

通信单元，用于实现控制单元与上位机之间的数据通信功能；

制冷单元，与控制单元相连，用于对CCD芯片进行制冷。

2.根据权利要求1所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：所述制冷单元包括温度控制器、制冷驱动电路和制冷装置；温度控制器与控制单元相互通讯；制冷驱动电路与温度控制器相互通讯；制冷装置与制冷驱动电路相连，用于对CCD芯片进行制冷。

3.根据权利要求2所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：所述制冷装置包括前壳体、真空法兰、后壳体以及依次设置的屏蔽构件、制冷模块、导热元件、散热器和风扇；

制冷模块设置在前壳体与真空法兰构成的真空腔体内；制冷模块由至少三个TEC制冷片串联构成；首个TEC制冷片的冷面为制冷模块的冷面，用于支撑、固定图像探测器的CCD传感器；最后一个TEC制冷片的热面为制冷模块的热面；

导热元件一端位于后壳体与真空法兰构成的腔体内与散热器相连，导热元件的另一端穿过真空法兰后与制冷单元的热端相连；

屏蔽构件将制冷模块的冷面完全包裹；屏蔽构件与所述CCD芯片的功能地相接，并且与前壳体保持绝缘；屏蔽构件采用导热、导磁材料制成；风扇与散热器间距设置，且均位于后壳体与真空法兰构成的腔体内；

温度控制器与所述制冷模块相连，用于控制调节其制冷温度。

4.根据权利要求3所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：散热器与导热元件的接触界面，导热元件与制冷模块热端的接触界面，制冷模块冷端与屏蔽构件的接触界面，屏蔽构件与CCD芯片的接触界面之间均设置有导热垫。

5.根据权利要求4所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：屏蔽构件的厚度为100mil。

6.根据权利要求5所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：屏蔽构件由黄铜H90、银或者铝合金制成。

7.根据权利要求1-6任一所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：所述信号调理转换单元包括低噪声电源、CCD读出电路和AD采集电路；

低噪声电源采用DC-DC+LDO两级转换拓扑；

CCD读出电路包括初级放大电路，隔直电容，初级滤波器，主放大电路，次级滤波器；

初级放大电路用于将CCD芯片的电荷信号转换为电压信号，同时为CCD芯片提供负载；

隔直电容用于将CCD芯片输出的直流偏置隔离在前级，防止其进入后级的主放大电路；

初级滤波器用于滤除CCD芯片的输出信号中叠加的高频成分；

主放大电路用于对其收到的电压信号进行放大；

次级滤波器接在主放大电路的输出端，用于滤除主放大电路的噪声。

8.根据权利要求1至6任一所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：所述通信单元包括光纤接口模块。

9.根据权利要求7所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：所述隔直电容的容值小于10uF。

10.根据权利要求9所述的用于高功率激光测量的制冷型高信噪比探测装置，其特征在于：所述主放大电路采用低噪声、低偏压、高增益的电流反馈型运算放大器。