使用被測(cè)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)W實(shí)現(xiàn)同步。選用高速數(shù) 據(jù)采集卡，最高支持100MS/s的采樣率。提供兩個(gè)采樣通道，可W同時(shí)采集高速紅外福射 探測(cè)器經(jīng)前置放大器輸出的待測(cè)信號(hào)W及驅(qū)動(dòng)被測(cè)器件的信號(hào)并W后者作為外部觸發(fā)源。
[0031] 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 軟件系統(tǒng)從功能上分為控制軟件和數(shù)據(jù)處理軟件。軟件的主要模塊及數(shù)據(jù)和執(zhí)行關(guān)系 如圖5所示。
[0032] 4. 1控制軟件的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)工作時(shí)，數(shù)據(jù)采集卡工作模式分為觸發(fā)模式和連續(xù)模式；觸發(fā)模式對(duì)應(yīng)周期性脈 沖溫度測(cè)量，連續(xù)模式對(duì)應(yīng)非周期溫度信號(hào)的測(cè)量。
[0033] 4. 1. 1觸發(fā)模式配置 系統(tǒng)工作于觸發(fā)模式時(shí)，觸發(fā)源可W根據(jù)需要選擇信號(hào)觸發(fā)或外部觸發(fā)，紅外福射探 測(cè)器發(fā)生頂降時(shí)溫度數(shù)據(jù)應(yīng)使用器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)作為外部觸發(fā)源。
[0034] 為便于分析，可W將外部觸發(fā)源送入另一個(gè)數(shù)據(jù)通道，并將該通道作為觸發(fā)源，同 時(shí)進(jìn)行采樣，然后將待采樣信號(hào)與觸發(fā)信號(hào)一同顯示，便于分析器件溫度變化與電信號(hào)之 間的時(shí)間關(guān)系。
[0035] 觸發(fā)工作模式下數(shù)據(jù)采集裝置工作流程如圖6所示。初始化配置完成后開(kāi)始一次 acquisition,外部觸發(fā)后開(kāi)始sampling,完成后立即fetch,取回整個(gè)record,然后初始化 下一次acquisition,直至完成預(yù)設(shè)的record數(shù)量。
[0036] 為保證程序可W隨時(shí)暫?；蛑兄梗渲脭?shù)據(jù)采集卡每次采集record數(shù)為1，通過(guò) 程序內(nèi)循環(huán)來(lái)完成所需的record數(shù)量。
[0037] 4. 1. 2連續(xù)工作模式配置 在測(cè)量降溫曲線等應(yīng)用場(chǎng)景中，需要在較長(zhǎng)時(shí)間（數(shù)秒至數(shù)分鐘）內(nèi)連續(xù)測(cè)量被測(cè)器 件的溫度，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了連續(xù)工作模式。
[003引工作在連續(xù)模式下，采集卡連續(xù)采樣，直至手動(dòng)停止或達(dá)到目標(biāo)采樣時(shí)間/采樣 點(diǎn)數(shù)軟件部分定期讀取采樣數(shù)據(jù)，確保不出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出數(shù)據(jù)采集卡設(shè)置為單次采樣，觸 發(fā)源設(shè)置為軟觸發(fā)（Software),從而數(shù)據(jù)采集卡將持續(xù)采樣（Pre-ReferenceTrigger Sampling)直至程序發(fā)出觸發(fā)信號(hào)化eferenceTrigger)結(jié)束采樣。
[0039] 4. 1. 3發(fā)射率獲取 允許用戶(hù)自行輸入發(fā)射率或通過(guò)測(cè)量得到。預(yù)先測(cè)量70度下黑體，并將測(cè)量的電平數(shù) 據(jù)預(yù)存。測(cè)量發(fā)射率時(shí)，在70度下測(cè)量目標(biāo)得到電平數(shù)據(jù)，計(jì)算f=F/Fd，（其中，為 等效黑體福射對(duì)應(yīng)的電平，K為目標(biāo)電平與背景福射電平之差，f為目標(biāo)發(fā)射率）得到目標(biāo) 發(fā)射率。
[0040] 4. 2數(shù)據(jù)處理軟件的設(shè)計(jì) 4. 2. 1背景福射量測(cè)量與修正 每次測(cè)溫過(guò)程中，在測(cè)量目標(biāo)福射量之前，需要首先測(cè)量背景福射，并將得到的電平數(shù) 據(jù)保存；在測(cè)量目標(biāo)溫度時(shí)，將獲得點(diǎn)電平數(shù)據(jù)減去背景值，得到背景修正后的紅外福射數(shù) 據(jù)。
[0041] 4. 2. 2電平-溫度轉(zhuǎn)換 將修正后的電平數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)據(jù)。
[0042] 根據(jù)黑體福射定律，物體的紅外福射強(qiáng)度由其溫度和發(fā)射率決定。為提高運(yùn)行效 率，預(yù)先通過(guò)測(cè)量黑體在一系列標(biāo)準(zhǔn)溫度下的紅外福射，獲得黑體的電平-溫度數(shù)據(jù)并保 存。測(cè)溫時(shí)根據(jù)目標(biāo)發(fā)射率計(jì)算等效黑體福射對(duì)應(yīng)的電平Fa=r/￡'，其中，K為等效黑 體福射對(duì)應(yīng)的電平，K為目標(biāo)電平與背景福射電平之差，f為目標(biāo)發(fā)射率，同時(shí)讀取黑體的 電平-溫度數(shù)據(jù)，擬合成曲線，然后根據(jù)曲線將電平換算成溫度值，即得到目標(biāo)溫度數(shù)據(jù)。
[0043] 4. 2. 3數(shù)據(jù)降噪處理 瞬態(tài)紅外測(cè)溫受噪聲影響嚴(yán)重，需要采取有效的噪聲抑制措施，W獲取準(zhǔn)確的溫度數(shù) 據(jù)。
[0044] 觸發(fā)工作模式下，由于得到的數(shù)據(jù)為穩(wěn)定的周期信號(hào)，可W通過(guò)周期平均的方法 有效的抑制噪聲。平均的周期數(shù)沒(méi)有限制，由用戶(hù)根據(jù)需要自行配置。
[0045] 連續(xù)工作模式下，不能利用周期平均，只能通過(guò)犧牲采樣率，增大積分時(shí)間來(lái)抑制 噪聲，在軟件中進(jìn)行塊平均可W達(dá)到與增大積分時(shí)間相同的噪聲抑制效果。本發(fā)明可W采 用NI5122數(shù)據(jù)采集卡，由于NI5122數(shù)據(jù)采集卡不允許在采樣過(guò)程中改變采樣率，塊平均 可W根據(jù)需要在不同的時(shí)間段選擇不同的平均塊大小，W實(shí)現(xiàn)不同的等效采樣率。
[0046] 4. 2. 4數(shù)據(jù)顯示及存儲(chǔ) 將原始電平數(shù)據(jù)或處理后的溫度數(shù)據(jù)W曲線的形式輸出，支持將外部觸發(fā)信號(hào)與數(shù)據(jù) 同步顯示。
[0047] 將原始電平數(shù)據(jù)或處理后的溫度數(shù)據(jù)W及對(duì)應(yīng)的時(shí)間儲(chǔ)存至.txt文件 觸發(fā)工作模式用戶(hù)界面如圖7所示。允許用戶(hù)選擇觸發(fā)通道，支持觸發(fā)通道與數(shù)據(jù)通 道同時(shí)顯示，允許用戶(hù)設(shè)置顯示周期數(shù)，可W選擇顯示原始電平數(shù)據(jù)或溫度數(shù)據(jù)。開(kāi)始采樣 后進(jìn)行周期平均，用戶(hù)可W設(shè)定平均周期數(shù)，也可W隨時(shí)中止采樣。最終數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至用戶(hù)設(shè) 定的文件中。
[0048] 連續(xù)工作模式用戶(hù)界面如圖8所示。運(yùn)行時(shí)間和平均塊大小由用戶(hù)根據(jù)需要配 置，點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕即開(kāi)始采樣，同時(shí)顯示已運(yùn)行時(shí)間，用戶(hù)可W隨時(shí)中止采樣。最終數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)至用戶(hù)設(shè)定的文件中。
[0049] 結(jié)果分析 本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)可W測(cè)量任意種類(lèi)的瞬態(tài)溫度信號(hào)，包括；周期性脈沖溫度信號(hào)（圖 9);升溫曲線，降溫曲線（圖10)等。
[0050] 利用所述測(cè)量系統(tǒng)可W有效對(duì)包括GaN肥MT在內(nèi)的各種微波功率器件進(jìn)行任意 工作條件下，任意時(shí)間段的溫度測(cè)量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種微波功率器件瞬態(tài)溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述測(cè)量系統(tǒng)包括：紅外輻射探 測(cè)器（1)、放大電路（2)、數(shù)據(jù)采集卡（3)以及工控計(jì)算機(jī)（4)，所述紅外輻射探測(cè)器（1)與放 大大路（2)的信號(hào)輸入端連接，用于采集微波功率器件發(fā)出的紅外輻射信號(hào)；所述放大電 路（2)與數(shù)據(jù)采集卡（3)的信號(hào)輸入端連接，用于將采集的紅外輻射信號(hào)進(jìn)行放大處理；數(shù) 據(jù)采集卡（3)與工控計(jì)算機(jī)（4)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交互，用于根據(jù)工控計(jì)算機(jī)（4)的控制進(jìn)行數(shù) 據(jù)采集；所述工控計(jì)算機(jī)（4)用于處理數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)，并將采集卡采集的電信號(hào) 轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并顯示。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波功率器件瞬態(tài)溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述紅外輻 射探測(cè)器為紅外敏感元件。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波功率器件瞬態(tài)溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述紅外敏 感元件為獨(dú)立的高速光電二極管。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波功率器件瞬態(tài)溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述放大電 路（2)的帶寬大于20kHz，放大倍率大于100倍。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波功率器件瞬態(tài)溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)采 集卡（3)的采樣率大于20 MS/s，采樣深度在10 bit以上。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波功率器件瞬態(tài)溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述工控計(jì) 算機(jī)內(nèi)設(shè)有控制軟件模塊和數(shù)據(jù)處理軟件模塊；測(cè)量系統(tǒng)工作時(shí)，通過(guò)控制軟件模塊選擇 數(shù)據(jù)采集卡的工作模式，數(shù)據(jù)采集卡工作模式分為觸發(fā)模式和連續(xù)模式；觸發(fā)模式對(duì)應(yīng)周 期性脈沖溫度測(cè)量，連續(xù)模式對(duì)應(yīng)非周期溫度信號(hào)的測(cè)量。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波功率器件瞬態(tài)溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述觸發(fā)模 式下數(shù)據(jù)采集的方法為：（1)系統(tǒng)整體初始化；（2)初始化一次采樣；（3)初始化完成后等 待觸發(fā)；（4)外部觸發(fā)后進(jìn)行采樣處理；（5)采樣完成后讀取數(shù)據(jù)；（6)讀取完成后初始化 下一次采樣請(qǐng)求，直到完成設(shè)定的采樣數(shù)量。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種微波功率器件瞬態(tài)溫度測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，其特 征在于：所述方法包括如下步驟： 1) 背景輻射測(cè)量及修正：每次測(cè)溫過(guò)程中，在測(cè)量目標(biāo)輻射量之前，首先測(cè)量背景輻 射，并將得到的反映背景輻射量的電平數(shù)據(jù)保存；在測(cè)量目標(biāo)溫度時(shí)，將獲得的反映目標(biāo)的 輻射量的電平數(shù)據(jù)減去反映背景輻射量的電平數(shù)據(jù)，得到目標(biāo)修正后的紅外輻射數(shù)據(jù)； 2) 電平-溫度轉(zhuǎn)換：測(cè)溫時(shí)根據(jù)目標(biāo)發(fā)射率計(jì)算等效黑體輻射對(duì)應(yīng)的電平 % = ，其中，％為等效黑體輻射對(duì)應(yīng)的電平，偽目標(biāo)電平與背景輻射電平之差，f 為目標(biāo)發(fā)射率，同時(shí)讀取黑體的電平-溫度數(shù)據(jù)，擬合成曲線，然后根據(jù)曲線將目標(biāo)的電平 換算成溫度值，即得到修正后的目標(biāo)溫度數(shù)據(jù)； 3) 數(shù)據(jù)降噪處理：觸發(fā)工作模式下，通過(guò)周期平均的方法抑制噪聲；連續(xù)工作模式下， 通過(guò)犧牲采樣率，增大積分時(shí)間來(lái)抑制噪聲； 4) 數(shù)據(jù)顯示及存儲(chǔ)：將原始電平數(shù)據(jù)或處理后的溫度數(shù)據(jù)以曲線的形式輸出，將原始 電平數(shù)據(jù)或處理后的溫度數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)的時(shí)間儲(chǔ)存至.txt文件。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的微波功率器件瞬態(tài)溫度測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在 于：所述發(fā)射率通過(guò)以下方法得到：預(yù)先測(cè)量70度下黑體，并將此時(shí)黑體的電平數(shù)據(jù)預(yù)存； 測(cè)量發(fā)射率時(shí)，在70度下測(cè)量目標(biāo)得到電平數(shù)據(jù)，根據(jù)公式e = F/Pjj，得到目標(biāo)發(fā)射率， 其中，K為等效黑體輻射對(duì)應(yīng)的電平，K為目標(biāo)電平與背景輻射電平之差，f為目標(biāo)發(fā)射率。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種微波功率器件瞬態(tài)溫度測(cè)量系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)處理方法，涉及微波功率器件溫度測(cè)量裝置或方法技術(shù)領(lǐng)域。所述測(cè)量系統(tǒng)包括：紅外輻射探測(cè)器，與放大大路的信號(hào)輸入端連接，用于采集微波功率器件發(fā)出的紅外輻射信號(hào)；放大電路，與數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)輸入端連接，用于將采集的紅外輻射信號(hào)進(jìn)行放大處理；數(shù)據(jù)采集卡，與工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交互，用于根據(jù)工控計(jì)算機(jī)的控制進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；工控計(jì)算機(jī)，用于處理數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)，并將采集卡采集的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并顯示。通過(guò)所述測(cè)量系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)微波功率器件周期性和非周期性的任意瞬態(tài)溫度的測(cè)量，且測(cè)量速度快，精度高。
【IPC分類(lèi)】G01J5/20
【公開(kāi)號(hào)】CN104977088
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510437149
【發(fā)明人】翟玉衛(wèi), 劉巖, 趙琳, 劉霞美, 梁法國(guó)
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所
【公開(kāi)日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年7月22日