一种应用于单光子探测器的低温制冷系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种应用于单光子探测器的低温制冷系统，包括上位机模块、FPGA控制单元、开关判断模块、继电器控制电路、探测模块、制冷单元模块和温度采集模块；上位机模块用于显示温度及设定探测模块的目标温度，FPGA控制单元用于处理温度数据并输出使能信号，继电器控制电路用于根据触发的制冷模块的开启和关闭；本实用新型专利技术通过FPGA控制单元对采集到的温度数据与预先通过上位机设定的目标工作温度进行对比及计算，产生一个使能信号来控制继电器控制电路的工作状态，继而控制制冷单元模块的工作状态，保证了探测模块的温度可以进行精确的调控，有效地提升其探测灵敏度，提升在实际工业应用中的灵活性，提高了单光子探测效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于单光子探测器的低温制冷系统


[0001]本技术涉及单光子探测
，具体涉及一种应用于单光子探测器的低温制冷系统。

技术介绍

[0002]单光子探测器在荧光成像、雷达测距、三维视觉系统和量子密钥学等应用场景中发挥着重要的作用。
[0003]现有应用中对单光子探测器的探测效率的要求越来越高，系统的暗计数水平是单光子探测的探测效率的重要指标之一，暗计数越低，单光子探测效率越高。为了有效降低单光子探测器的暗计数可以采用降低雪崩光电二极管的温度，使其保持一个低温的工作环境。
[0004]雪崩光电二极管探测灵敏度受到温度的影响，其在低温的环境下探测的灵敏度会比常温状态下更高，但是其工作温度也不能太低，需要在合适的温度范围内才能使雪崩光电二极管的探测灵敏度达到最大。所以，对雪崩光电二极管的温度进行控制，能够有效地提升其探测灵敏度，并提升单光子探测效率。
[0005]为了保持雪崩二极管处于最佳温度，现有技术当中有采取按键设定温度的方式控制单片机模块来保持SPAD单光子探测器的工作温度，该方案需要人工对每个工作温度的进行设定，在实际工业实践中不够灵活，效率偏低。
[0006]因此，有待对现有技术的不足进行改进，提出一种解决雪崩光电二极管的工作温度问题的单光子探测器的低温制冷系统。

技术实现思路

[0007]本技术的目的是为了克服上述技术的缺陷，提出了一种应用于单光子探测器的低温制冷系统。
[0008]本技术通过下述技术方案实现的：
[0009]一种应用于单光子探测器的低温制冷系统，所述系统包括上位机模块、FPGA控制单元、开关判断模块、继电器控制电路、探测模块、制冷单元模块和温度采集模块；
[0010]所述上位机模块用于显示温度及设定探测模块的目标温度；
[0011]所述FPGA控制单元用于分析温度数据并输出使能信号；
[0012]所述开关判断模块用于根据接收的信号控制探测模块的淬灭和恢复；
[0013]所述继电器控制电路用于根据触发的制冷模块的开启和关闭；
[0014]所述探测模块用于探测光子；
[0015]所述制冷单元用于对探测模块进行制冷；
[0016]所述温度采集模块用于采集探测模块的外部和内部的温度。
[0017]所述上位机模块与所述FPGA控制单元相互连接，所述FPGA控制单元通过所述开关判断模块与所述探测模块相互连接，所述FPGA控制单元的输出引脚还通过继电器控制电路
与制冷单元模块的输入引脚相连，所述温度采集模块通过数字信号驱动所述FPGA控制单元工作。
[0018]进一步地，所述上位机接收所述FPGA控制单元输入的温度并显示所述探测模块的温度。
[0019]进一步地，所述上位机设定目标温度并输出到所述FPGA控制单元后控制探测模块的工作温度。
[0020]进一步地，所述FPGA控制单元输出使能信号控制所述继电器控制电路与制冷单元模块的导通与断开。
[0021]进一步地，所述继电器控制电路包括电阻R1、三极管Q1、继电器A和二极管D1、D2；
[0022]所述电阻R1的一端与所述FPGA控制单元的输出引脚相连，电阻R1的另一端接入三极管Q1的基极；
[0023]所述继电器A的一端与三极管Q1的集电极相连，继电器A的另一端接入电源；所述二极管D1、D2与所述继电器A并联。
[0024]进一步地，所述三极管Q1为NPN三极管。
[0025]本技术的有益效果为：
[0026]本技术通过FPGA控制单元对采集到的温度数据与预先通过上位机设定的目标工作温度进行对比计算处理，产生一个使能信号来控制继电器控制电路的工作状态，继而控制制冷单元模块的工作状态，保证了探测模块的温度可以在一定的范围内进行精确的调控，从而有效地提升其探测灵敏度，提升在实际工业应用中的灵活性，并提高单光子探测效率。
附图说明
[0027]图1为本技术的系统框图；
[0028]图2为图1系统框图中的继电器控制电路图。
具体实施方式
[0029]为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本技术进行进一步详细说明，但本技术要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
[0030]如图1所示，一种应用于单光子探测器的低温制冷系统，所述系统包括上位机模块、FPGA控制单元、开关判断模块、继电器控制电路、探测模块、制冷单元模块和温度采集模块；
[0031]所述温度采集模块用于采集探测模块的外部和内部的温度。
[0032]所述上位机模块与所述FPGA控制单元的输出端和输入端互连，所述FPGA控制单元和所述探测模块的输出引脚和输入引脚通过所述开关判断模块互连，所述FPGA控制单元的输出引脚还通过继电器控制电路与制冷单元模块的输入引脚相连，所述温度采集模块通过数字信号驱动所述FPGA控制单元工作。
[0033]所述上位机模块用于显示温度及设定探测模块的目标温度；
[0034]所述FPGA控制单元用于处理温度数据并输出使能信号，所述FPGA控制单元的型号
为EP3C40F484C8N；
[0035]所述开关判断模块用于根据接收的信号控制探测模块的淬灭和恢复，所述开关判断模块的型号为LM311DR；
[0036]所述继电器控制电路用于根据触发的制冷模块的开启和关闭，所述继电器的型号为SRD
‑
03VDC
‑
SL
‑
C；
[0037]所述探测模块用于探测光子；
[0038]所述制冷单元用于对探测模块进行制冷，所述制冷模块为半导体制冷片(TEC)。
[0039]本系统的工作原理为：通过上位机设定探测模块的目标温度并接通探测模块的电源，探测模块将雪崩信号放大并通过开关控制模块输入FPGA控制单元，FPGA控制单元发出脉冲信号通过开关控制模块控制探测模块的的淬灭时间和恢复时间，温度采集模块将采集到的探测器内外的温度通过数字信号传达至FPGA控制单元。FPGA控制单元通过内部算法将采集到的数据与探测器的目标工作温度数据进行计算对比后输出使能信号；使能信号进入继电器控制电路后控制制冷单元模块的工作状态，进而控制探测模块的工作温度。
[0040]探测器模块发生雪崩时，探测模块将放大的雪崩信号通过输出端传输给开关判断模块，开关判断模块输出脉冲信号并进入FPGA控制单元，FPGA控制单元接收到脉冲信号后向开关控制模块同时发送两路脉冲控制信号。
[0041]其中，开关判断模块分别与探测模块的淬灭电路和恢复电路相连接，通过控制开关控制模块与探测模块淬灭电路和恢复电路的通断时间，达到控制探测器的淬灭时间和恢复时间。当探测器雪崩停止时，开关控制模块发送两路控制脉冲信号来分别断开与探测模块的淬灭电路和恢复电路，而探测模块的淬灭和恢复停止。
[0042]本系统采用上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于单光子探测器的低温制冷系统，其特征在于，所述系统包括上位机模块、FPGA控制单元、开关判断模块、继电器控制电路、探测模块、制冷单元模块和温度采集模块；所述上位机模块与所述FPGA控制单元相互连接，所述FPGA控制单元通过所述开关判断模块与所述探测模块相互连接，所述FPGA控制单元的输出引脚还通过继电器控制电路与制冷单元模块的输入引脚相连，所述温度采集模块通过数字信号驱动所述FPGA控制单元工作。2.根据权利要求1所述的一种应用于单光子探测器的低温制冷系统，其特征在于，所述上位机接收所述FPGA控制单元输入的温度并显示所述探测模块的温度。3.根据权利要求1所述的一种应用于单光子探测器的低温制冷系统，其特征在于，所述上位机设定目标温度并输出到所述FPGA控制单元后控制探测模块的工作温度。4.根据权利要求1所述的一种应用于单光子探测器的低温制冷系统，其特征在于，所述FPGA控制单元输出使能信号控制所述继电器控制电路与制冷单元模块的导通与断开。5.根据权利要求1所述的一种应用于单光子探测器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永集，朱伟，郭邦红，
申请(专利权)人：广东国腾量子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：