本发明专利技术公开了一种单光子探测系统，包括：制冷单元，其内部设置有半导体制冷片与雪崩光电二极管，制冷单元内通过半导体制冷片为雪崩光电二极管制冷；温度传感单元，其包括至少两个温敏电阻，用于感测制冷单元内部和外部的温度得到温度数据；处理器单元，其接收并处理温度传感单元感测的温度数据；温度控制单元，其控制半导体制冷片在制冷时的目标温度；电压控制单元，其控制雪崩光电二极管的反向偏压。本发明专利技术能根据外界温度调节制冷系统PID温度控制的目标温度，从而提高制冷系统的制冷效率及单光子探测器的性能。本发明专利技术还公开了一种单光子探测系统的温度控制方法。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种单光子探测系统，包括：制冷单元，其内部设置有半导体制冷片与雪崩光电二极管，制冷单元内通过半导体制冷片为雪崩光电二极管制冷；温度传感单元，其包括至少两个温敏电阻，用于感测制冷单元内部和外部的温度得到温度数据；处理器单元，其接收并处理温度传感单元感测的温度数据；温度控制单元，其控制半导体制冷片在制冷时的目标温度；电压控制单元，其控制雪崩光电二极管的反向偏压。本专利技术能根据外界温度调节制冷系统PID温度控制的目标温度，从而提高制冷系统的制冷效率及单光子探测器的性能。本专利技术还公开了一种单光子探测系统的温度控制方法。【专利说明】
本专利技术涉及单光子探测器
，尤其涉及。
技术介绍
随着单光子探测器应用的范围越来越广，对单光子探测器的适用性也要求越来越高。由于单光子探测器中的核心器件APD(雪崩光电二极管)必须工作于低温条件下，因而对系统的制冷系统提出了很高的要求。目前主流的单光子探测器的制冷方案一股采用PID (比例、积分、微分)温度控制。PID温度控制可以在环境温度变化时，始终将AH)的工作温度稳定在某一确定的温度。然而传统的PID温度控制也有一些缺陷，即它必须预留出一定的温度控制范围，以适应不同的外界温度，尤其当环境温度变化较大时，所预留的温度控制范围需要更大。作为衡量单光子探测器性能的重要指标之一，系统的暗计数水平与APD (雪崩光电二极管)的工作温度密切相关，而且暗计数与温度大体成正相关的关系:即APD工作温度越低，系统暗计数水平也越低。这一特性也引出了 PID温控技术的另一个缺陷:当单光子探测器的环境温度变化时，例如处在室外低温的环境，这时制冷系统本来有能力提供更低的APD工作温度，从而使探测器获得更好的性能，但是PID却只能使系统工作在某一固定的设定值，这实际上是对制冷系统制冷效率的一种浪费。因此，如果能根据外界温度调节PID温度控制的目标温度，不但可以提高PID制冷系统的制冷效率，同时也能使探测器在任意外界温度下获得最佳性能。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术中未采用外部温度调节PID温度控制的目标温度，降低PID制冷系统的制冷效率等缺陷，针对上`述不足而提出的，其能根据外界温度调节制冷`系统PID温度控制的目标温度，从而提高制冷系统的制冷效率及单光子探测器的性能。本专利技术提出了一种单光子探测系统，包括:制冷单元，其内部设置有半导体制冷片与雪崩光电二极管，所述制冷单元内通过所述半导体制冷片为所述雪崩光电二极管制冷；温度传感单元，其包括至少两个温敏电阻，用于感测所述制冷单元内部和外部的温度得到温度数据；处理器单元，其接收并处理所述温度传感单元感测的温度数据；温度控制单元，其控制所述半导体制冷片在制冷时的目标温度；电压控制单元，其控制所述雪崩光电二极管的反向偏压。本专利技术提出的单光子探测系统中，所述温度传感单元包括第一温敏电阻与第二温敏电阻；所述第一温敏电阻设置在所述制冷单元的内部，其实现感测所述制冷单元内部的温度；所述第二温敏电阻设置在所述制冷单元的外部，其实现感测所述制冷单元外部的温度。本专利技术提出的单光子探测系统中，所述处理单元根据所述温度数据中所述制冷单元内部温度与外部温度的温度差控制所述温度控制单元与所述电压控制单元；若所述温度差在阈值范围内，则所述温度控制单元保持所述半导体制冷片目标温度；若所述温度差超过所述阈值范围，则所述温度控制单元根据所述制冷单元外部的温度调节所述半导体制冷片目标温度，所述电压控制单元根据所述制冷单元内部的温度调节所述雪崩光电二极管的反向偏压。本专利技术还提出了一种单光子探测系统的温度控制方法，包括如下步骤:步骤一:温度控制单元控制半导体制冷片向雪崩光电二极管制冷，电压控制单元控制所述雪崩光电二极管的反向偏压；步骤二:温度传感单元分别感测所述制冷单元内部温度TA与外部的温度TB，得到温度数据；步骤三:处理器单元根据所述温度数据中所述制冷单元内部温度与外部温度的温度差控制所述温度控制单元与所述电压控制单元；步骤四:所述温度控制单元与所述电压控制单元根据所述处理器单元的控制分别调节所述雪崩光电二极管的温度以及反向偏压，并重新执行步骤一至步骤四，直至所述单光子探测系统停止工作为止。本专利技术提出的温度控制方法中，步骤三中所述处理器单元控制所述温度控制单元与所述电压控制单元时，若所述温度差在阈值范围内，则所述温度控制单元保持所述半导体制冷片目标温度；若所述温度差超过所述阈值范围，则所述温度控制单元根据所述制冷单元外部的温度调节所述半导体制冷片目标温度，所述电压控制单元根据所述制冷单元内部的温度调节所述雪崩光电二极管的反向偏压。本专利技术提出的温度控制方法中，所述半导体制冷片目标温度如下式表示:【权利要求】1.一种单光子探测系统，其特征在于，包括:制冷单元(1)，其内部设置有半导体制冷片(11)与雪崩光电二极管(12)，所述制冷单元(1)内通过所述半导体制冷片(11)为所述雪崩光电二极管(12)制冷；温度传感单元，其包括至少两个温敏电阻，用于感测所述制冷单元(1)内部和外部的温度得到温度数据；处理器单元(3)，其接收并处理所述温度传感单元感测的温度数据；温度控制单元(4)，其控制所述半导体制冷片(11)在制冷时的目标温度；电压控制单元(5)，其控制所述雪崩光电二极管(12)的反向偏压。2.如权利要求1所述的单光子探测系统，其特征在于，所述温度传感单元包括第一温敏电阻(21)与第二温敏电阻(22)；所述第一温敏电阻(21)设置在所述制冷单元(1)的内部，其实现感测所述制冷单元(1)内部的温度；所述第二温敏电阻(22)设置在所述制冷单元(1)的外部，其实现感测所述制冷单元(1)外部的温度。3.如权利要求1所述的单光子探测系统，其特征在于，所述处理单元(3)根据所述温度数据中所述制冷单元(1)内部温度与外部温度的温度差控制所述温度控制单元(4)与所述电压控制单元(5)； 若所述温度差在阈值范围内，则所述温度控制单元(4)保持所述半导体制冷片(11)目标温度；若所述温度差超过所述阈值范围，则所述温度控制单元(4)根据所述制冷单元(1)外部的温度调节所述半导体制冷片(11)目标温度，所述电压控制单元(5)根据所述制冷单元(1)内部的温度调节所述雪崩光电二极管(12)的反向偏压。4.一种如权利要求1所述的单光子探测系统的温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤:步骤一:温度控制单元(4)控制半导体制冷片(11)向雪崩光电二极管(12)制冷，电压控制单元(5)控制所述雪崩光电二极管(12)的反向偏压；步骤二:温度传感单元分别感测所述制冷单元(1)内部温度!\与外部的温度TB，得到温度数据；步骤三:处理器单元(3)根据所述温度数据中所述制冷单元(1)内部温度与外部温度的温度差控制所述温度控制单元(4)与所述电压控制单元(5)；步骤四:所述温度控制单元(4)与所述电压控制单元(5)根据所述处理器单元(3)的控制分别调节所述雪崩光电二极管(12)的温度以及反向偏压，并重新执行步骤一至步骤四，直至所述单光子探测系统停止工作为止。5.如权利要求4所述的温度控制方法，其特征在于，步骤三中所述处理器单元(3)控制所述温度控制单元(4)与所述电压控制单元(5)时，若所述温本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单光子探测系统，其特征在于，包括：制冷单元(1)，其内部设置有半导体制冷片(11)与雪崩光电二极管(12)，所述制冷单元(1)内通过所述半导体制冷片(11)为所述雪崩光电二极管(12)制冷；温度传感单元，其包括至少两个温敏电阻，用于感测所述制冷单元(1)内部和外部的温度得到温度数据；处理器单元(3)，其接收并处理所述温度传感单元感测的温度数据；温度控制单元(4)，其控制所述半导体制冷片(11)在制冷时的目标温度；电压控制单元(5)，其控制所述雪崩光电二极管(12)的反向偏压。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张盛祥，陈杰，曾和平，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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