[发明专利]红外热电堆温度传感器的自测试和自校准系统

摘要

本发明公开了一种红外热电堆温度传感器的自测试和自校准系统，实现红外热电堆温度传感器在片上电激励下的自测试和自校准。其特点在于根据传统的MEMS工艺，为红外热电堆温度传感器提供电激励的同时，能够利用片上激励，对热电堆输出的信号进行放大，模数/数模转换和数字处理，从而实现对红外热电堆温度传感器片上响应率的自测试和自校准。优化了外部环境对热电堆温度传感器响应率的影响，减少了使用片外高精度的设备产生的测试和校准费用。

主权项

1.红外热电堆温度传感器的自测试和自校准系统，其特征是，包括：感知红外辐射的热电堆和用于提供发热源的发热电阻(1)，发热电阻(1)的供电电压值由片上数字处理模块(7)提供，所述数字处理模块(7)输出的数字自测试供电电压信号经过片上数模转换器(5)转换为模拟电压值连接到发热电阻(1)一端，发热电阻(1)的另一端接地；发热电阻(1)两端的电压差通过模数转换器(6)连接到数字处理模块(7)的输入端；热电堆的响应输出电压信号依次经过放大器(2)和模数转换器(6)后连接数字处理模块(7)的输入端；本地温度测量电路(3)将探测出的本地温度信号通过模数转换器(6)连接到数字处理模块(7)的输入端；所述数字处理模块(7)接收各个模数转换器(6)的输出信号，分析和判断后输出数字供电电压到数模转换器(5)或者直接数据输出；在自测试模式下，数字处理模块(7)产生大于0的自测试供电电压传送到发热电阻(1)，使其发热为热电堆提供热辐照，热电堆吸收发热电阻(1)产生的热辐照，从而得到响应电压差值ΔV1，结合获得的发热电阻(1)两端的电压差Vr1从而计算得到此时器件的响应率R1并保存；然后重复改变发热电阻(1)的热辐照功率，获得发热电阻(1)两端变化的电压差值Vr2和热电堆输出的变化电压差值ΔV2，计算每一次改变热辐照功率时的响应率R2并保存；将两次得到的响应率R1和R2进行差值运算，并对差值运算结果进行分析和判断后获得测试结果，从而实现红外热电堆温度传感器响应率的片上自测试；在自校准模式下，片上自测试供电电压信号输出为0，数字处理模块(7)通过内部计数，自校准信号被激活，从而使一个大于0的自校准供电电压传送到发热电阻(1)，使其发热为热电堆提供热辐照，热电堆吸收发热电阻(1)产生的热辐照，得到此时的响应电压差值ΔV和发热电阻(1)两端的电压差值Vr，从而计算得到此时器件的响应率R并保存，然后片上自校准供电电压信号输出为0，发热电阻(1)不发热，热电堆通过吸收红外辐射正常工作，此时利用自校准供电电压下计算出的响应率R和红外辐射效率，估算出实际的红外响应率，从而实现红外热电堆温度传感器响应率的片上自校准；其中，热电堆的自测试方法具体为：根据热电堆红外探测器的响应率R为在给定的辐照功率P下，热电堆的输出电压ΔV与入射辐照功率的比值，表示为：其中发热电阻产生的辐照功率P为：公式(1‑3)中Vr为发热电阻两端的电压，r为发热电阻阻值，ε为发热电阻的辐射系数；将公式(1‑3)代入公式(1‑2)得：利用公式(1‑4)得到在两次不同热辐射条件下各自的响应率R1和R2为：从而计算R1和R2二者差值δ：δ＝|R1‑R2|           (1‑6)根据公式(1‑6)在数字处理模块中设定误差阈值δT，当δ≤δT时，说明热电堆正常工作，测试通过；否则说明热电堆工作异常，测试不通过。