温度特性检测方法及其系统、控制器和温度特性检测装置

摘要

本申请提供的一种温度特性检测方法及其系统、控制器和温度特性检测装置，通过确定被测器件为光源或光电探测器；控制所述光源、及光电探测器的温度，以拟合出输出温度和探测量的关系曲线；依据所述关系曲线将不满足对应温度特性要求的光源或光电探测器视为不合格器件。本申请能够作为单独的实验设备用于光源和光电探测器的器件筛选、温度老化实验、以及输出温度性能曲线，可以达到最佳的性价比。

说明书

技术领域

本申请涉及光电传感技术领域，特别是涉及一种温度特性检测方法及其系统、控制器和温度特性检测装置。

背景技术

在光电探测领域用到的光源和光电探测器，其性能都是随温度变化的。如果光源和光电探测器的使用时间较长，可能出现器件温度老化等问题。为此，需要一种能够简便的实验设备以用于光源和光电探测器的器件筛选、温度老化实验、以及输出温度性能曲线。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种温度特性检测方法及其系统、控制器和温度特性检测装置，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种温度特性检测方法，应用于包括光源和光电探测器的温度特性检测装置；所述方法包括：确定被测器件为光源或光电探测器；控制所述光源、及光电探测器的温度，以拟合出输出温度和探测量的关系曲线；依据所述关系曲线将不满足对应温度特性要求的光源或光电探测器视为不合格器件。

于本申请的一实施例中，所述温度特性检测装置还包括：与所述光源相连的第一温控单元、与所述光电探测器相连的第二温控单元、及模数转换单元；所述通过控制所述光源、及光电探测器的温度，以拟合出输出温度和探测量的关系曲线，包括：当所述光源为被测器件时，通过所述第二温控单元控制所述光电探测器恒温；通过所述第一温控单元控制所述光源的温度做三角波扫描，并依据所述模数转换单元采集探测量数值；采用多周期三角波数学平均，将最高温度和最低温度之间线性拟合，并且考虑到温度传递的滞后性只使用中间线性度最好的一段；光源温度和探测量之间采用最小二乘法拟合，输出温度和探测量之间的关系曲线。

于本申请的一实施例中，所述光电传感装置还包括：与所述光源相连的第一温控单元、与所述光电探测器相连的第二温控单元、及模数转换单元；所述通过控制所述光源、及光电探测器的温度，以拟合出输出温度和探测量的关系曲线，，包括：当所述光电探测器为被测器件时，通过所述第一温控单元控制所述光源恒温；通过所述第二温控单元控制所述光电探测器的温度做三角波扫描，并依据所述模数转换单元采集探测量数值；采用多周期三角波数学平均，将最高温度和最低温度之间线性拟合，并且考虑到温度传递的滞后性只使用中间线性度最好的一段；光电探测器和探测量之间采用最小二乘法拟合，输出温度和探测量之间的关系曲线。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种温度特性检测系统，其特征在于，所述系统包括：确定模块，用于确定被测器件为光源或光电探测器；处理模块，用于控制所述光源、及光电探测器的温度，以拟合出输出温度和探测量的关系曲线；依据所述关系曲线将不满足对应温度特性要求的光源或光电探测器视为不合格器件。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种控制器，所述控制器包括：存储器、及处理器；所述存储器用于存储计算机指令；所述处理器运行计算机指令实现如上所述的方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种计算机存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被运行时执行如上所述的方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种温度特性检测装置，所述装置包括：光源、光电探测器、信号放大电路、模数转换单元、第一温控单元、第二温控单元、及如上所述的控制器；所述光源用于发出测量光到所述光电探测器上；所述光电探测器用于将接收所述测量光的光信号转换为电信号；所述电信号经所述信号放大电路的放大、及所述模数转换单元的转换得到数字信号；所述第一温控单元、及第二温控单元，用于依据所述控制器发送的目标温度实现温度控制，并获取真实温度传送给所述控制器；所述控制器用于通过数字信号连接所述第一温控单元、及第二温控单元，以分别向其发送光源的目标温度并获取当前温度。

于本申请的一实施例中，所述第一温控单元包括：TEC器件、驱动电路、热敏电阻、散热片、及导热结构；其中，所述TEC器件的一面连接所述散热片，另一面作为工作面通过所述导热结构与所述光源紧密相连；所述驱动电路在接收到所述控制器通过数字信号发送的目标温度后，控制所述TEC器件在其所述工作面达到所述目标温度；所述热敏电阻紧密贴合所述导热结构，其探测的温度表征所述光源的真实温度通过数字量传送给所述控制器。

于本申请的一实施例中，所述第二温控单元包括：TEC器件、驱动电路、热敏电阻、散热片、及导热结构；其中，所述TEC器件的一面连接所述散热片，另一面作为工作面通过所述导热结构与所述光电探测器紧密相连；所述驱动电路在接收到所述控制器通过数字信号发送的目标温度后，控制所述TEC器件在其所述工作面达到所述目标温度；所述热敏电阻紧密贴合所述导热结构，其探测的温度表征光电探测器的真实温度通过数字量传送给所述控制器。

于本申请的一实施例中，所述控制器包括：单片机、ARM、PLC、及FPGA中任意一种。

综上所述，本申请提供一种温度特性检测方法及其系统、控制器和温度特性检测装置，通过确定被测器件为光源或光电探测器；控制所述光源、及光电探测器的温度，以拟合出输出温度和探测量的关系曲线；依据所述关系曲线将不满足对应温度特性要求的光源或光电探测器视为不合格器件。

具有以下有益效果：

能够作为单独的实验设备用于光源和光电探测器的器件筛选、温度老化实验、以及输出温度性能曲线，可以达到最佳的性价比。

附图说明

图1显示为本申请于一实施例中的温度特性检测装置的结构示意图。

图2显示为本申请于一实施例中的光电探测器与信号放大电路的电路示意图。

图3显示为本申请于一实施例中的温控单元的结构示意图。

图4显示为本申请于一实施例中的温度特性检测方法的流程示意图。

图5显示为本申请于一实施例中的温度特性检测系统的模块示意图。

图6显示为本申请于一实施例中的控制器的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面以附图为参考，针对本申请的实施例进行详细说明，以便本申请所属技术领域的技术人员能够容易地实施。本申请可以以多种不同形态体现，并不限定于此处说明的实施例。

为了明确说明本申请，省略与说明无关的部件，对于通篇说明书中相同或类似的构成要素，赋予了相同的参照符号。

在通篇说明书中，当说某部件与另一部件“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种部件“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。

当说某部件在另一部件“之上”时，这可以是直接在另一部件之上，但也可以在其之间伴随着其它部件。当对照地说某部件“直接”在另一部件“之上”时，其之间不伴随其它部件。

虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一接口及第二接口等描述。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

此处使用的专业术语只用于言及特定实施例，并非意在限定本申请。此处使用的单数形态，只要语句未明确表示出与之相反的意义，那么还包括复数形态。在说明书中使用的“包括”的意义是把特定特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份具体化，并非排除其它特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份的存在或附加。

表示“下”、“上”等相对空间的术语可以为了更容易地说明在附图中图示的一部件相对于另一部件的关系而使用。这种术语是指，不仅是在附图中所指的意义，还包括使用中的装置的其它意义或作业。例如，如果翻转附图中的装置，曾说明为在其它部件“下”的某部件则说明为在其它部件“上”。因此，所谓“下”的示例性术语，全部包括上与下方。装置可以旋转90°或其它角度，代表相对空间的术语也据此来解释。

承上所述，为解决现有技术中的问题，本申请提供了一种温度特性检测方法及其系统、控制器和温度特性检测装置，可以用于光源和光电探测器的器件筛选、温度老化实验、以及输出温度性能曲线。

为便于理解，本申请优先对本申请中所述的温度特性检测装置进行说明。

如图1所示，展示为本申请于一实施例中的温度特性检测装置的结构示意图。如图所示，所述装置100包括：光源101、光电探测器102、信号放大电路103、模数转换单元104、第一温控单元105、第二温控单元106、及控制器107。

其中，所述光源101用于发出测量光并传送到所述光电探测器102上；

所述光电探测器102用于将接收所述测量光的光信号转换为电信号；

所述电信号经所述信号放大电路103的放大、及所述模数转换单元104的转换得到数字信号；

所述第一温控单元105、及第二温控单元106，用于依据所述控制器107发送的目标温度实现温度控制，并获取真实温度传送给所述控制器107；

所述控制器107用于通过数字信号连接所述第一温控单元105、及第二温控单元106，以分别向其发送光源101的目标温度并获取当前温度。

于本实施例中，所述光源101包括：激光二极管、激光器、SLD、及灯泡中任意一种器件。所述光源101发出的测量光通过空间耦合或者光纤耦合传送到所述光电探测器102上。

于本实施例中，所述光电探测器102包括但不限于：PD、APD、光电倍增管等器件。PD为光电二极管，APD为雪崩光电二极管。所述光电探测器102用于将接收到的光信号转换为电信号。

于本实施例中，所述信号放大电路103包括：信号放大电路103和信号调理电路。所述信号放大电路103用于将所述光电探测器102得到的微弱的电信号放大并滤除噪声。

参见如图2，其展示为光电探测器102与信号放大电路103的电路示意图。

于本实施例中，所述模数转换单元104用于将模拟信号转换成数字信号。

于本申请一实施例中，所述第一温控单元105与所述第二温控单元106均包括：TEC器件、驱动电路、热敏电阻、散热片、及导热结构，具体可参加图3所示结构示意图。不同的是，第一温控单元105连接光源101，第二温控单元106与光电探测器102相连。

于第一温控单元105中，所述TEC器件的一面连接所述散热片，另一面作为工作面通过所述导热结构与所述光源101紧密相连；所述驱动电路在接收到所述控制器107通过数字信号发送的目标温度后，控制所述TEC器件在其所述工作面达到所述目标温度；所述热敏电阻紧密贴合所述导热结构，其探测的温度表征所述光源101的真实温度通过数字量传送给所述控制器107。

于第二温控单元106中，所述TEC器件的一面连接所述散热片，另一面作为工作面通过所述导热结构与所述光电探测器102紧密相连；所述驱动电路在接收到所述控制器107通过数字信号发送的目标温度后，控制所述TEC器件在其所述工作面达到所述目标温度；所述热敏电阻紧密贴合所述导热结构，其探测的温度表征光电探测器102的真实温度通过数字量传送给所述控制器107。

于本实施例中，所述TEC器件优选为帕尔帖器件。

于本申请一实施例中，所述控制器107包括：单片机、ARM、PLC、及FPGA中任意一种。

于本实施例中，所述控制器107通过数字信号连接第一温控单元105，向其发送光源101的目标温度并获取当前真实温度，通过温控算法实现温度控制；通过数字信号连接第二温控单元106，向其发送光电探测器102的目标温度并获取当前真实温度，通过温控算法实现温度控制；和模数转换单元104通过数字信号连接获取光电转换后的信号量。

如图4所示，展示为本申请于一实施例中的温度特性检测方法的流程示意图。

需说明的是，本申请所述方法应用于如图1所示的对应光源或光电探测器的温度特性检测装置。如图4所示，所述方法包括：

步骤S401：确定被测器件为光源或光电探测器。

于本实施例中，首先需要确定被测器件，即是检测光源的温度特性还是光电探测器，然后将被测的光源或光电探测器替换原来的原有的光源或光电探测器。在一些实施例中，所述替换工作可由人工预先完成。

步骤S402：控制所述光源、及光电探测器的温度，以拟合出输出温度和探测量的关系曲线。

于本申请一实施例中，所述温度特性检测装置如图1所示，还包括：与所述光源相连的第一温控单元、与所述光电探测器相连的第二温控单元、及模数转换单元。

于一实施例中，所述步骤S402中所述光源为被测器件时对应的方法包括：

A、当所述光源为被测器件时，通过所述第二温控单元控制所述光电探测器恒温；

B、通过所述第一温控单元控制所述光源的温度做三角波扫描，并依据所述模数转换单元采集探测量数值；

C、采用多周期三角波数学平均，将最高温度和最低温度之间线性拟合，并且考虑到温度传递的滞后性只使用中间线性度最好的一段；

D、光源温度和探测量之间采用最小二乘法拟合，输出温度和探测量之间的关系曲线。

于本实施例中，结合图1来说，可由控制器通过第二温控单元实现光电探测器恒温，然后再由控制器通过第一温控单元控制光源的温度做三角波扫描，控制器采集模数转换单元的数值，数据处理采用多周期三角波数学平均，最高温度和最低温度之间线性拟合并且只使用中间线性度最好的一段，温度和探测量之间采用最小二乘法拟合，输出温度和探测量之间的关系曲线。

于另一实施例中，所述步骤S402中所述光电探测器为被测器件时对应的方法包括：

A、当所述光电探测器为被测器件时，通过所述第一温控单元控制所述光源恒温；

B、通过所述第二温控单元控制所述光电探测器的温度做三角波扫描，并依据所述模数转换单元采集探测量数值；

C、采用多周期三角波数学平均，将最高温度和最低温度之间线性拟合，并且考虑到温度传递的滞后性只使用中间线性度最好的一段；

D、光电探测器和探测量之间采用最小二乘法拟合，输出温度和探测量之间的关系曲线。

于本实施例中，于本实施例中，结合图1来说，可由控制器通过第一温控单元实现光源恒温，再由控制器通过第二温控单元控制光电探测器的温度做三角波扫描，控制器采集模数转换模块的数值，数据处理采用多周期三角波数学平均，最高温度和最低温度之间线性拟合并且只使用中间线性度最好的一段，温度和探测量之间采用最小二乘法拟合，输出温度和探测量之间的关系曲线。

于本实施例中，上述两实施例中的步骤B、C、D的原理实际是相同的，以下通过统一的计算关系进行举例说明：

所述三角波温度扫描每个周期起始时间和结束时间分别为：ti0和ti1，i为三角波序数。

采集到的光电探测器数据为f(t)，考虑到温度传递的滞后性，本申请取每个周期线性最好的一段数据，即每个周期只取(ti0+Δt1)到(ti1-Δt2)之间的数据，根据数模转换单元的采样率，每个周期可以获得一个数组F[j]，i个数组可以获得一个矩阵Mi,j，对各列数据求平均获得数组MA，其元素数量为j，数组MA的各个元素数据MA[j]对应的温度分别为T[j]，选取25℃对应的MA元素值MA(25℃)作为基准值，MA其他元素都除以该基准值获得补偿系数数组MC，使用最小二乘法拟合温度T和MC之间的关系，可以是二项式也可以是更多项式或者指数拟合、对数拟合，获得关系曲线。

步骤S403：依据所述关系曲线将不满足对应温度特性要求的光源或光电探测器视为不合格器件。

于本实施例中，针对光源或光电探测器的关系曲线，对应温度预设阈值。例如，最低温度对应的正常测量值，必须大于或等于一预设阈值；或标准温度对应的正常测量值必须在一预设阈值区间范围内；或最高温度对应的正常预测值，必须小于或大等于一预设阈值。

举例来说，依据所得对应光源或光电探测器的关系曲线中，温度与探测量的关系，优选最低温度、标准温度(通常是室温，20℃或25℃，当然也会因为传感器工作环境特殊而选用其他特殊温度值)、以及最高温度三个温度点，来比较关系曲线中所对应的探测量是否在预设阈值范围内，若果不在预设阈值范围内，则该光源或光电探测器对应的温度和探测量之间的关系曲线不满足要求，即可确定为不合格器件。

需说明的是，规则选用大于或小于，取决于器件特性是正温度系数还是负温度系数。另外，阈值则由主流器件统计出来，兼顾性能和成本考量。

如图5所示，展示为本申请于一实施例中温度特性检测系统的模块示意图。如图所示，所述系统500包括：

确定模块501，用于确定被测器件为光源或光电探测器；

处理模块502，用于控制所述光源、及光电探测器的温度，以拟合出输出温度和探测量的关系曲线；依据所述关系曲线将不满足对应温度特性要求的光源或光电探测器视为不合格器件。

需要说明的是，上述装置各模块/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请所述方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本申请方法实施例相同，具体内容可参见本申请前述所示的方法实施例中的叙述。

还需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些单元可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。

例如，处理模块502可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上处理模块502的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digital signal processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。

如图6所示，展示为本申请于实施例中的控制器的结构示意图。如图所示，所述控制器600包括：存储器601、及处理器602；所述存储器601用于存储计算机指令；所述处理器602运行计算机指令实现如图4所述的方法。

在一些实施例中，所述控制器600中的所述存储器601的数量均可以是一或多个，所述处理器602的数量均可以是一或多个，而图6中均以一个为例。

于本申请一实施例中，所述控制器600中的处理器602会按照如图1所述的步骤，将一个或多个以应用程序的进程对应的指令加载到存储器601中，并由处理器602来运行存储在存储器602中的应用程序，从而实现如图4所述的方法。

所述存储器601可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。所述存储器601存储有操作系统和操作指令、可执行模块或者数据结构，或者它们的子集，或者它们的扩展集，其中，操作指令可包括各种操作指令，用于实现各种操作。操作系统可包括各种系统程序，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。

所述处理器602可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

在一些具体的应用中，所述控制器600的各个组件通过总线系统耦合在一起，其中总线系统除包括数据总线之外，还可以包括电源总线、控制总线和状态信号总线等。但是为了清除说明起见，在图6中将各种总线都成为总线系统。

还需要说明的是，图1中所示的温度特性检测装置中的控制器可为如图6所示的控制器。

综上所述，本申请提供的一种温度特性检测方法及其系统、控制器和温度特性检测装置，通过确定被测器件为光源或光电探测器；控制所述光源、及光电探测器的温度，以拟合出输出温度和探测量的关系曲线；依据所述关系曲线将不满足对应温度特性要求的光源或光电探测器视为不合格器件。

于本申请的一实施例中，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如图4所述的温度特性检测方法。

所述计算机可读存储介质优选为非易失性计算机存储介质。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述系统及各单元功能的实施例可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述系统及各单元功能的实施例；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另外需说明的是，上述实施例中的系统、计算机设备等的实现，所涉及的计算机程序皆可以装载在计算机可读存储介质，所计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是、但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

综上所述，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中包含通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。