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机械工程师 2015年第9期 4-4页

近日举行的上海交大密西根学院夏季设计展上，一支5人科创团队演示了一台多功能饮料制冷机，1min内就将倒进机器的饮料降温20℃。这台机器由注水口、核心工作装置和出水口组成。将常温水顺漏斗倒入，水通过导管进入由6片半导体和3台风... 详细信息

近日举行的上海交大密西根学院夏季设计展上，一支5人科创团队演示了一台多功能饮料制冷机，1min内就将倒进机器的饮料降温20℃。这台机器由注水口、核心工作装置和出水口组成。将常温水顺漏斗倒入，水通过导管进入由6片半导体和3台风扇组成的装置。按下按钮，水徐徐流出。集满一杯，水温仅8．5℃，而原来的水温约有28℃。

关键词：半导体制冷器功能饮料工作装置出水口上海交大制冷机台风扇机器

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半导体制冷器温控系统的设计

半导体制冷器温控系统的设计

作者：胡晚屏武汉科技大学

学位级别：硕士

半导体制冷器温控技术作为一种新型温控技术,具有制冷器结构简单、制冷过程无污染、温控精度高等优点,在小型温控场景中拥有良好应用前景。针对现有半导体制冷器温控系统存在的诸多问题,本文设计了一种兼顾响应速度与稳定性且抗干扰性... 详细信息

半导体制冷器温控技术作为一种新型温控技术,具有制冷器结构简单、制冷过程无污染、温控精度高等优点,在小型温控场景中拥有良好应用前景。针对现有半导体制冷器温控系统存在的诸多问题,本文设计了一种兼顾响应速度与稳定性且抗干扰性能强的半导体制冷器温控系统。系统的硬件部分以模块化思路设计,包括:(1)以半导体制冷器工作参数为依据对其选型;(2)根据半导体制冷器工作原理对温控箱进行选材与设计;(3)设计以单片机STM32最小系统为基础的温控电路。针对半导体制冷器热传导模型复杂、参数整定繁琐的问题,本文从输入输出角度对系统进行建模,包括:(1)采用机理分析法得到了半导体制冷器温控系统的基本数学模型;(2)采用实验建模法得到了温控系统最优数学模型;(3)通过实验验证了(2)中辨识所得数学模型的准确性。本文所用建模方法忽略了复杂的热传导影响,对于多种不同的实际应用场景,具有更好的适用性。针对常规PID控制存在的问题,本文设计了一种非线性PID自抗扰控制算法,通过仿真和实验与两种常规PID控制器对比,并在实际应用场景中检验其实际控制效果。结果表明,非线性PID自抗扰控制算法克服了常规PID控制的缺点,对于本文所设计的半导体制冷器温控系统拥有更好的控制效果,温控系统的稳态精度达到了±0.1℃,快速性、稳定性以及抗干扰能力均优于常规PID控制器。

关键词：半导体制冷器参数辨识 PID控制自抗扰控制

半导体制冷器作为标定物的红外成像仪隐式标定

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红外与激光工程 2010年第5期39卷 972-978页

作者：章喜王继平孙华燕解放军装备指挥技术学院光电装备系北京101416

为了快速、精确地定位红外光斑的二维空间位置,提出利用半导体制冷器(TEC)作为标定点源的红外成像仪隐式标定方法。首先采用高分辨率的可见光CCD相机和已知空间坐标的高精度网格,用直接线性变换标定法求得热源的高精度空间坐标,然后利... 详细信息

为了快速、精确地定位红外光斑的二维空间位置,提出利用半导体制冷器(TEC)作为标定点源的红外成像仪隐式标定方法。首先采用高分辨率的可见光CCD相机和已知空间坐标的高精度网格,用直接线性变换标定法求得热源的高精度空间坐标,然后利用质心型增长法分割红外图像得到其中心亮点坐标,再求解出红外图像像素坐标与空间坐标之间的转换矩阵。实验研究表明:用探测器320×240,波段8～12μm的红外成像仪拍摄200 mm×100 mm的空间视场,使用直接线性法标定带有8个TEC的靶标,标定误差小于0.4 mm。该方法简单、精度高,为红外成像仪的二维标定探索了一种低成本、高精度的途径。

关键词：隐式标定红外成像仪半导体制冷器直接线性变换法

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可调谐激光器高稳定性双闭环温控系统设计

传感器与微系统 2024年第6期43卷 77-80页

作者：李永康朱兴邦朱云波喻一凡戴永寿中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院山东青岛266580 中国电子科技集团有限公司第四十一研究所山东青岛266555

温度稳定性对可调谐激光器波长和功率的稳定性起着至关重要的作用,因此,本文设计并开发了一种可调谐激光器高稳定性双闭环温控系统。首先,为了精确测得激光器工作温度值,设计了一种压差测量电路,对非线性热敏电阻进行精确线性测量;其次... 详细信息

温度稳定性对可调谐激光器波长和功率的稳定性起着至关重要的作用,因此,本文设计并开发了一种可调谐激光器高稳定性双闭环温控系统。首先,为了精确测得激光器工作温度值,设计了一种压差测量电路,对非线性热敏电阻进行精确线性测量;其次,为了向半导体制冷器(TEC)输出稳定的控制电流,设计了一种线性控制的H桥驱动电路,消除了TEC工作电流受到的纹波干扰;再次,为了提高温控系统的抗干扰能力,设计了深度负反馈电路作为系统的内环控制;最后,为了实现温度的实时调节,应用位置式PID对系统进行外环控制。实际电路测试结果表明:设定温度在15~35℃范围内时,激光增益芯片2 h温控稳定度优于±0.005℃,能够满足可调谐激光器温度控制的高稳定性需求。

关键词：可调谐激光器半导体制冷器双闭环温度控制高稳定性

基于ARM的大功率LED动态照明光源嵌入式主动制冷及温控系统的设计与实现

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基于ARM的大功率LED动态照明光源嵌入式主动制冷及温控系统的设计...

作者：钱依凡杭州电子科技大学

学位级别：硕士

动态照明光源是一种能够模拟不同光谱与光辐照输出的装置,其被广泛应用于光电器件特性测试、大型建筑的装饰照明与色彩渲染、植物需光性研究、材料老化实验、虚拟场景、光学医疗等场景中。相比于传统动态照明所采用的卤素灯、氙灯光源,... 详细信息

动态照明光源是一种能够模拟不同光谱与光辐照输出的装置,其被广泛应用于光电器件特性测试、大型建筑的装饰照明与色彩渲染、植物需光性研究、材料老化实验、虚拟场景、光学医疗等场景中。相比于传统动态照明所采用的卤素灯、氙灯光源,LED具有光谱窄、种类多、寿命长、可调范围广、可进行数字化控制的特点,采用多种类多数量LED组成的大功率LED动态照明光源在新动态照明光源研究中拥有极大的优势与潜力。大功率LED阵列是大功率LED动态照明光源的核心组成之一,但限于当前的工艺、材料和封装等技术水平,大功率LED阵列中不仅单颗LED产热严重且LED间相互耦合,LED结温的动态变化严重影响其光学性能稳定性,故有必要利用温度控制技术保持其工作温度的稳定。此外受LED系统热传输路径的层积结构,导热介质材料属性差异及环境温度变化等因素影响,系统热耗散过程温度时延大,故有必要利用主动制冷在降低系统时延的同时使LED工作在尽可能低的结温以提高输出光强。主动制冷和温度控制对于大功率LED动态照明系统的应用与发展具有重大理论意义和实用价值。现有LED散热技术及相关半导体制冷器制冷控制的应用研究为大功率LED动态照明光源的主动制冷及温度控制提供了参考,本文以STM32F103系列单片机为核心设计可编程线性电源驱动半导体制冷器稳定工作,同时引入PID控制策略并嵌入式实现遗传算法自动寻优PID初始值,实现可编程线性电源低纹波、快响应、高精度的输出。半导体制冷是多种效应综合作用的结果,同时受其驱动电流、热端散热条件及系统接触热阻等因素多重影响表现出复杂的非线性特征。PID因结构简单、方便实用常被用于半导体制冷器制冷控制,但PID的本质为线性控制,在面对非线性半导体制冷器制冷控制系统时,易出现抗干扰能力弱、超调量和快速性无法兼得等问题,本文于STM32单片机实现模糊RBF神经网络PID控制策略在该系统的嵌入式应用,同时设计测控板卡与PC上位机实现制冷控制与大功率LED动态照明光源的系统数据和状态的实时监控、存储、查询等功能,各电路板卡与PC间通过以太网、交换机相连实现数据交互与命令上传下达。经实验验证,该源表板卡可实现电压0～30V范围内、电流0～4A范围内可调输出,响应时间范围为2.5ms～5ms,纹波峰峰值范围为24m V～38m V,满足半导体制冷器工作及控制需求。半导体制冷器制冷控制精度及稳定度实验结果表明相比于常规PID控制,模糊RBF神经网络PID控制的调节时间缩短,超调量减少,稳态误差减小,LED动态照明光源在120min内的温度波动仅为±0.1℃。大功率LED动态照明光源输出光学性能对比实验结果表明随大功率LED阵列温度升高,不同种类LED的峰值波长均发生不同程度的红移,谱线半高宽随着温度上升不断加大,其颜色纯度降低,其光强峰值均呈不断下降趋势,如红光LED峰值波长从625.8nm偏移至631.5nm,其峰值波长的相对辐射强度从15706降至10180,其光强下降多达35.2%,实验结果表明该主动制冷及温控系统不仅可缩短大功率LED动态照明光源建立热平衡时间,防止因其自身温升所导致的波长、颜色的偏移,在保持光源工作温度稳定的同时亦可提高其输出光强。

关键词：嵌入式系统大功率LED动态照明光源半导体制冷器线性电源模糊RBF神经网络PID 温度控制

TO封装25G传输激光器的散热特性与热沉结构研究

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TO封装25G传输激光器的散热特性与热沉结构研究

作者：丁植电子科技大学

学位级别：硕士

半导体激光器作为光电子领域的核心器件,因其体积小、电光转换效率高、波长可直接调谐等优点被广泛应用在光通信、工业、军事、医疗以及生物等领域。但是作为温度敏感元件,随着输出功率的提高,激光器产生的废热也在不断增加,从而导致有... 详细信息

半导体激光器作为光电子领域的核心器件,因其体积小、电光转换效率高、波长可直接调谐等优点被广泛应用在光通信、工业、军事、医疗以及生物等领域。但是作为温度敏感元件,随着输出功率的提高,激光器产生的废热也在不断增加,从而导致有源区温度升高、波长漂移、输出功率降低等负面效应。因此,改善散热问题,研究半导体激光器的散热特性显得尤为重要。本文结合国内外研究进展,从半导体激光器的热特性理论出发,分析了温升对激光器的阈值电流、输出功率、斜率效率、波长和使用寿命的影响;同时介绍了激光器的几种基本的封装形式,分析了热沉结构内部固体传热机理,本文的主要工作包括:(1)基于热传导理论,建立热源模型,分析平行于腔长方向和垂直于腔长方向的温度分布情况,同时模拟不同温度环境对激光器芯片散热的影响,发现随着环境温度的升高,LD稳态后温度与环境温度的温差也就越大,即散热效果更差。(2)根据半导体制冷的原理公式,推导出最大温差下的最佳电流点以及制冷系数值,结合仿真模型,分析了两种不同半导体材料的制冷特性,在同一放热端温度下,对比Ph Te材料,BiTe的最大温控能提高5.03 K,斜率系数提升约1 K/W;对于同一半导体材料,随着放热端温度的升高,最佳电流点无明显变化,整体热阻会线性增加,优值系数会逐渐减小,制冷系数则会不断增大。(3)分析了典型同轴封装竖直式热沉结构的不足,提出了一种新型的平躺式热沉结构模型,对比了不同材料的初级热沉和次级热沉的散热效果差异,确定了初级热沉最佳的长度尺寸;模拟了在高低温环境下芯片稳态后的温度,经过温度控制,在高温下温漂为1.25℃,低温下温漂为0.5℃,对比不加半导体制冷器时高温漂移11.76℃,低温漂移7.66℃,散热效果显著改善。(4)制作了两种不同结构的实际样品,实测数据对比分析,在高温环境下,优化后的新型结构的平均波长漂移能控制在0.1523 nm,阈值电流降低约0.28 m A,输出波长的稳定性提升约24%。

关键词：半导体激光器热特性同轴封装半导体制冷器

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一种小型化半导体激光器温控电路的设计

激光杂志 2023年第5期44卷 37-41页

作者：李龙骧周根东张晓辉韩耀锋郭俊超寿少俊孙翌乔杨科西安应用光学研究所西安710065

为了满足激光器小型化的需求,设计了一种小尺寸的半导体激光器温度控制电路。电路采用内置半桥的DC-DC转换芯片SY8368AQQC作为半导体制冷器的驱动,采用STM32F302K8U6作为主控芯片,内置PID算法。最终实现了电路的小型化,尺寸可以做到30 m... 详细信息

为了满足激光器小型化的需求,设计了一种小尺寸的半导体激光器温度控制电路。电路采用内置半桥的DC-DC转换芯片SY8368AQQC作为半导体制冷器的驱动,采用STM32F302K8U6作为主控芯片,内置PID算法。最终实现了电路的小型化,尺寸可以做到30 mm×30 mm,同时也能达到理想的控制效果。实验结果表明,该电路的温度控制精度可以到±0.1℃。

关键词：小型化半导体激光器温度控制半导体制冷器

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微波源温度控制系统技术研究

微波源温度控制系统技术研究

作者：马腾电子科技大学

学位级别：硕士

构成电子系统的各部分受温度的影响的敏感度不同,温度的变化会影响电子系统的性能,特别是在频率源中,输出功率和输出频率都会受到影响,频率稳定度也会发生明显的变化。采用温度控制装置可以使微波源在稳定温度环境中工作,传统温度控制... 详细信息

构成电子系统的各部分受温度的影响的敏感度不同,温度的变化会影响电子系统的性能,特别是在频率源中,输出功率和输出频率都会受到影响,频率稳定度也会发生明显的变化。采用温度控制装置可以使微波源在稳定温度环境中工作,传统温度控制系统存在着鲁棒性差、响应速度慢以及超调量过大等问题,不适合用于微波源温度控制。因此,为了提高温度控制的精度、响应速度,并优化温度控制系统的鲁棒性,本文研究了一种模糊比例-积分-微分（Proportional Integral Derivative,PID）微波源温度控制系统。本文研究的主要内容如下:首先,本文在传统温度控制理论的基础上,通过查阅大量国内外相关文献,研究模糊理论在温度控制系统中的应用,设计了一种模糊PID温度控制算法。其次,设计了微波源温度控制系统的方案。在硬件方面,半导体制冷器（Thermoelectric Cooler,TEC）具有体积小、热惯性小、无污染等特点,因此本文选取TEC作为微波源温度控制的执行元件。在温度测量方面,本文采用铂热电阻作为温度传感器。本文以STM32单片机（Microcontroller Unit,MCU）作为控制核心,设计了电源电路、TEC驱动电路、显示电路和通信接口电路等硬件电路,选择变送器作为温度信号处理模块以获取目标温度值。软件方面,本文使用C语言进行软件设计,采用了软件模块化设计思想,分别设计了温度采集模块、模糊PID控制算法模块、脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,PWM）控制模块和上位机模块,将VOFA+软件应用于上位机模块中,实现了温度信号采集、温度曲线显示、PID参数调控、结果分析等功能,并设计了矢量网络分析仪测试软件测试微波谐振腔的谐振频率波动。最后,对微波源温度控制系统进行了实验测试。实验结果表明:在20～55℃范围内,本文设计的微波源温度控制系统控制稳定度波动小于±0.2℃,微波源的谐振频率波动小,该温度控制系统具有超调量小、响应速度快和鲁棒性强等特点,达到了预期的设计目标。

关键词：温度控制半导体制冷器铂热电阻 PID算法

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基于模糊PID的高精度温度控制系统

传感技术学报 2019年第9期32卷 1425-1429页

作者：张宝峰张燿朱均超豆梓文符烨天津理工大学光电器件与通信技术教育部工程研究中心天津300384 天津理工大学电气电子工程学院天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室天津300384

为满足工业生产领域对温度传感器现场标定的需求,设计了一套基于模糊PID的便携式高精度温度控制系统。使用模糊算法对PID参数进行自动控制和整定,满足对不同温度段的控制要求,根据H桥驱动电路搭建TEC驱动模块,利用铂电阻PT1000作为温度... 详细信息

为满足工业生产领域对温度传感器现场标定的需求,设计了一套基于模糊PID的便携式高精度温度控制系统。使用模糊算法对PID参数进行自动控制和整定,满足对不同温度段的控制要求,根据H桥驱动电路搭建TEC驱动模块,利用铂电阻PT1000作为温度传感器,设计并完成了一套高精度温度控制系统。实验表明,在-20℃~120℃的控温范围之间,系统控温精度优于±0.005℃,并可以长期稳定在设定温度,超调量小。系统体积小,携带方便,可以满足复杂场合现场标定温度传感器的需求。

关键词：温度控制模糊PID 半导体制冷器闭环控制