CN101339439B - 用于分布式光纤温度传感器系统的恒温控制装置及方法 - Google Patents
用于分布式光纤温度传感器系统的恒温控制装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于分布式光纤温度传感器系统的恒温控制装置及该恒温控制装置的恒温控制方法，其其特征在于包括有一温度控制装置；一隔热恒温箱；第一温度探测仪，设置在所述隔热恒温箱内壁，与所述温度控制装置相连；一热交换底板，设置在所述隔热恒温箱的第一侧板内壁；至少一个制冷器，其信号输入端与温度控制装置相连，设置在所述隔热恒温箱的第一侧板上且其冷端与所述热交换底板相连；至少一个加热器，其信号输入端与温度控制装置相连，设置在所述隔热恒温箱的第一侧板上且与所述热交换底板相连。与现有技术相比，本发明的优点在于：其温度控制精度高、适应性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于分布式光纤温度传感器系统的恒温控制装置及该恒温控制装置的恒温控制方法。
背景技术
在分布式光纤温度传感器系统中，由于涉及到的光电处理元件及弱信号处理器对于温度变化非常敏感，所以需要将这些器件放置在一个恒温环境中工作。同时由于分布式温度计算需要系统提供一个温度的标准取样，因为系统测量精度除信号采集及处理的精度的影响外，很大的程度上取决于温度取样的精度，这就要求标准温度取样的动态误差尽量小。
但是目前还没有一种专门用于分布式光纤温度传感器系统的恒温控制装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种精度高、适应性强的用于分布式光纤温度传感器系统的恒温控制装置的恒温控制装置的恒温控制方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该用于分布式光纤温度传感器系统的恒温控制装置的恒温控制方法，其特征在于：所述用于分布式光纤温度传感器系统的恒温控制装置包括有
一温度控制装置；
一隔热恒温箱；
第一温度探测仪，设置在所述隔热恒温箱内壁，与所述温度控制装置相连；
一热交换底板，设置在所述隔热恒温箱的第一侧板内壁；
至少一个制冷器，其信号输入端与温度控制装置相连，设置在所述隔热恒温箱的第一侧板上且其冷端与所述热交换底板相连；
至少一个加热器，其信号输入端与温度控制装置相连，设置在所述隔热恒温箱的第一侧板上且与所述热交换底板相连。
为了提高本装置的灵敏度，所述制冷器有两个为佳，所述第一制冷器的冷端设置有第二温度探测仪，所述第二制冷器的冷端设置有第四温度探测仪，且所述第二温度探测仪、第四温度探测仪分别与所述温度控制装置相连。第二温度探测仪、第四温度探测仪设置的目的是为了将这两个温度值与第一温度探测仪的温度值进行平均，从而提高温度控制装置对隔热恒温箱内的温度取值的精确度。
为了提高本装置的安全性，所述第一制冷器的热端设置有第三温度探测仪，所述第二制冷器的热端设置有第五温度探测仪，且所述第三温度探测仪、第五温度探测仪分别与所述温度控制装置相连。这样，当第三温度探测仪或第五温度探测仪测试的温度比制冷器热端额定工作温度高时，可以使温度控制装置及时输出控制信号给相应的制冷器使其停止工作。
所述温度控制装置包括有一单片机控制器，所述第一温度探测仪的信号输出端与所述单片机控制器的第一信号输入端相连，所述第二温度探测仪与所述单片机控制器的第二信号输入端相连，所述第三温度探测仪与所述单片机控制器的第三信号输入端相连，所述第四温度探测仪与所述单片机控制器的第四信号输入端相连，所述第五温度探测仪与所述单片机控制器的第五信号输入端相连，所述单片机控制器的第一信号输出端与所述制冷器信号输入端相连，所述单片机控制器的第二信号输出端与所述加热器信号输入端相连。
所述恒温控制装置的恒温控制方法包括以下步骤：
(1)、在所述单片机控制器中设置保存恒温箱的理想设定温度、第一精确调整温度及比第一精确调整温度大的第二精确调整温度；
(2)、分别读取第一温度探测仪的温度，第二温度探测仪的温度、第三温度探测仪的温度、第四温度探测仪的温度、第五温度探测仪的温度；
(3)、取第一温度探测仪的温度、第二温度探测仪的温度与第四温度探测仪的温度的平均温度为隔热恒温箱内部平均温度；
(4)、当隔热恒温箱内部平均温度不高于理想设定温度减第二精确调整温度时，则关闭所述两个制冷器，开启所述加热器，同时使所述加热器全功率工作；
(5)、当隔热恒温箱内部平均温度不低于理想设定温度加第二精确调整温度时，关闭所述加热器，开启所述两个制冷器，同时使所述两个制冷器全功率工作；如果第三温度探测仪的温度大于第一制冷器热端额定工作温度时，关闭所述第一制冷器；如果第五温度探测仪的温度大于第二制冷器热端额定工作温度时，关闭所述第二制冷器；
(6)、当隔热恒温箱内部平均温度在理想设定温度加第一精确调整温度与理想设定温度加第二精确调整温度之间，关闭所述加热器，开启所述两个制冷器，同时使所述两个制冷器的制冷功率为制冷器制冷全功率乘事先设定的第一固定收缩系数工作；
(7)、当隔热恒温箱内部平均温度在理想设定温度减第一精确调整温度与理想设定温度减第二精确调整温度之间，关闭所述两个制冷器，开启所述加热器，同时使所述加热器的加热功率为加热器加热全功率乘事先设定的第二固定收缩系数工作；
(8)、当隔热恒温箱内部平均温度在理想设定温度加第一精确调整温度与理想设定温度减第一精确调整温度之间，同时开启所述两个制冷器和所述加热器，同时使所述加热器的加热功率为加热器加热全功率乘随隔热恒温箱内部平均温度及第二固定收缩系数变化的第三动态收缩系数工作，使所述两个制冷器的制冷功率为制冷器制冷全功率乘随隔热恒温箱内部平均温度及第一固定收缩系数变化的第四动态收缩系数工作。
所述步骤(6)中第一固定收缩系数为80％～100％之间的一固定值。
所述步骤(7)中第二固定收缩系数为80％～100％之间的一固定值。
所述步骤(8)中所述第三收缩系数的计算方法为：
①、设定第三动态收缩系数的初始值；
②、当隔热恒温箱内部平均温度的记录值处于上升阶段，且隔热恒温箱内部平均温度的记录值中最近的最低温度到现在的时间超过60秒，则
第三动态收缩系数＝第三动态收缩系数的初始值+第二固定收缩系数/第一比例因子；其中，第一比例因子为一预先设置的固定值；
③、当隔热恒温箱内部平均温度的记录值中当前的温度到达峰值，且当前记录的峰值大于前次记录的峰值的一半，则
第三动态收缩系数＝第三动态收缩系数的初始值-(第二固定收缩系数/第二比例因子)*(TMin-TMax)；其中TMax为隔热恒温箱内部平均温度的记录值中最近一次的最高温度，TMin为隔热恒温箱内部平均温度的记录值中最近一次的最低温度；其中第二比例因子为一预先设置的固定值；
④、当隔热恒温箱内部平均温度的记录值处于下降阶段，且隔热恒温箱内部平均温度的记录值中最近的最高温度到现在的时间超过60秒，则
第三动态收缩系数＝第三动态收缩系数的初始值+第二固定收缩系数/第一比例因子；其中，第一比例因子为一预先设置的固定值。
所述步骤(8)中所述第四动态收缩系数的计算方法为：
①、设定第四动态收缩系数的初始值；
②、当隔热恒温箱内部平均温度的记录值处于上升阶段，且隔热恒温箱内部平均温度的记录值中最近的最低温度到现在的时间超过60秒，则
第四动态收缩系数＝第四动态收缩系数的初始值+第一固定收缩系数/比例因子；其中，比例因子为一预先设置的固定值；
③、当隔热恒温箱内部平均温度的记录值中当前的温度到达峰值，且当前记录的峰值大于前次记录的峰值的一半，则
第四动态收缩系数＝第四动态收缩系数的初始值-(第一固定收缩系数/比例因子)*(TMin-TMax)；其中TMax为隔热恒温箱内部平均温度的记录值中最近一次的最高温度，TMin为隔热恒温箱内部平均温度的记录值中最近一次的最低温度；其中比例因子为一预先设置的固定值；
④、当隔热恒温箱内部平均温度的记录值处于下降阶段，且隔热恒温箱内部平均温度的记录值中最近的最高温度到现在的时间超过60秒，则
第四动态收缩系数＝第四动态收缩系数的初始值+第一固定收缩系数/比例因子；其中，比例因子为一预先设置的固定值。
优选的，所述第一精确调整温度的范围为0～0.02℃。
而第二精确调整温度的范围为0.02～0.5℃为佳。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在隔热恒温箱内设置温度控制装置及与温度控制装置相连的第一温度探测仪，通过温度控制装置的控制，对制冷器和加热器的工作状态进行动态控制，以达到隔热恒温箱内的温度控制在设定温度上下较为精确的范围内浮动，本发明用于分布式光纤温度传感器系统的恒温控制装置的温度控制精度高、适应性强。
附图说明
图1为本发明实施例中用于分布式光纤温度传感器系统的恒温控制装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中温度控制装置的原理图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示的用于分布式光纤温度传感器系统的恒温控制装置，其包括有隔热恒温箱1，温度控制装置(图中未示出)，设置在隔热恒温箱1内壁并与温度控制装置相连的第一温度探测仪2，设置在隔热恒温箱1的第一侧板11内壁上的热交换底板3，设置在隔热恒温箱1的第一侧板11上且其冷端与热交换底板3相连的制冷器，设置在隔热恒温箱1的第一侧板11上且与热交换底板3相连的加热器5。
为了使本实用新型提供的用于分布式光纤温度传感器系统的恒温控制装置的温度控制更加精确，上述设置在隔热恒温箱1的第一侧板11上且其冷端与热交换底板3相连的制冷器可以设为两个，即第一制冷器4和第二制冷器6，而第一制冷器的冷端设置有第二温度探测仪41，第一制冷器的热端设置有第三温度探测仪42，第二制冷器的冷端设置有第四温度探测仪61，第二制冷器的热端设置有第五温度探测仪62，第一制冷器、第二制冷器的下部分别设有导热块7及与导热块7相连并设置在隔热恒温箱1的第一侧板11的外部的散热片8。
如图2，温度控制装置包括有一单片机控制器，第一温度探测仪的信号输出端与单片机控制器的第一信号输入端相连，第二温度探测仪与单片机控制器的第二信号输入端相连，第三温度探测仪与单片机控制器的第三信号输入端相连，第四温度探测仪与单片机控制器的第四信号输入端相连，第五温度探测仪与单片机控制器的第五信号输入端相连，单片机控制器的第一信号输出端与制冷器的信号输入端相连，单片机控制器的第二信号输出端与加热器信号输入端相连。
本实施例中，单片机控制器采用型号为ATMEGA16的微处理器芯片IC1，单片机控制器IC1的第33引脚与第一温度探测仪2相连，单片机控制器IC1的第35引脚与第二温度探测仪41相连，单片机控制器IC1的第37引脚与第三温度探测仪61相连，单片机控制器IC1的第34引脚与第四温度探测仪61相连，单片机控制器IC1的第36引脚与第五温度探测仪62相连，而单片机控制器IC1的第一信号输出端即第2引脚分别与第一、第二制冷器的信号输入端相连，而单片机控制器IC1的第二信号输出端即第1引脚则与加热器信号输入端相连。
上述用于分布式光纤温度传感器系统的恒温控制装置的恒温控制方法，包括以下步骤：
(1)、在所述单片机控制器中设置保存恒温箱的理想设定温度Tset、第一精确调整温度Δt1及比第一精确调整温度Δt1大的第二精确调整温度Δt2；
(2)、分别读取第一温度探测仪的温度T1，第二温度探测仪的温度T2、第三温度探测仪的温度T3、第四温度探测仪的温度T4、第五温度探测仪的温度T5；
(3)、取第一温度探测仪的温度T1、第二温度探测仪的温度T2与第四温度探测仪的温度T4的平均温度为隔热恒温箱内部平均温度Tinbox；
(4)、当隔热恒温箱内部平均温度Tinbox不高于理想设定温度Tset减第二精确调整温度Δt2时，即Tinbox≤Tset-Δt2，则：
关闭所述两个制冷器，开启所述加热器，同时使所述加热器全功率工作；
(5)、当隔热恒温箱内部平均温度Tinbox不低于理想设定温度Tset加第二精确调整温度Δt2时，即Tinbox≥Tset+Δt2，则：
关闭所述加热器，开启所述两个制冷器，同时使所述两个制冷器全功率工作；如果第三温度探测仪的温度大于第一制冷器热端额定工作温度时，关闭所述第一制冷器；如果第五温度探测仪的温度大于第二制冷器热端额定工作温度时，关闭所述第二制冷器；
(6)、当隔热恒温箱内部平均温度Tinbox在理想设定温度Tset加第一精确调整温度Δt1与理想设定温度Tset加第二精确调整温度Δt2之间，即Tset+Δt1≤Tinbox＜Tset+Δt2，则：
关闭所述加热器，开启所述两个制冷器，同时使所述两个制冷器的制冷功率为制冷器制冷全功率乘第一固定收缩系数工作；
(7)、当隔热恒温箱内部平均温度Tinbox在理想设定温度Tset减第一精确调整温度Δt1与理想设定温度Tset减第二精确调整温度Δt2之间，即Tset-Δt2＜Tinbox≤Tset-Δt1，则：
关闭所述两个制冷器，开启所述加热器，同时使所述加热器的加热功率为加热器加热全功率乘第二固定收缩系数工作；
(8)、当隔热恒温箱内部平均温度Tinbox在理想设定温度Tset加第一精确调整温度Δt1与理想设定温度Tset减第一精确调整温度Δt1之间，即Tset-Δt1＜Tinbox＜Tset+Δt1，则：
同时开启所述两个制冷器和所述加热器，同时使所述加热器的加热功率为加热器加热全功率乘随隔热恒温箱内部平均温度Tinbox及第二固定收缩系数变化的第三动态收缩系数工作，使所述两个制冷器的制冷功率为制冷器制冷全功率乘随隔热恒温箱内部平均温度Tinbox及第一固定收缩系数变化的第四动态收缩系数工作。
本实施例中，第一固定收缩系数、第二固定收缩系数均为80％，第一精确调整温度Δt1的范围为0～0.02℃，而第二精确调整温度Δt2的范围为0.02～0.5℃，本实施例中Δt1为0.02℃，Δt2为0.5℃。
而第三动态收缩系数的计算方法为：
①、设定第三动态收缩系数的初始值；
②、当隔热恒温箱内部平均温度Tinbox的记录值处于上升阶段，且隔热恒温箱内部平均温度Tinbox的记录值中最近的最低温度到现在的时间超过60秒，则
第三动态收缩系数＝第三动态收缩系数的初始值+第二固定收缩系数/第一比例因子；其中，第一比例因子为一预先设置的固定值，本实施例中为1000；
③、当隔热恒温箱内部平均温度Tinbox的记录值中当前的温度到达峰值，且当前记录的峰值大于前次记录的峰值的一半，则
第三动态收缩系数＝第三动态收缩系数的初始值-(第二固定收缩系数/第二比例因子)*(TMin-TMax)；其中TMax为隔热恒温箱内部平均温度Tinbox的记录值中最近一次的最高温度，TMin为隔热恒温箱内部平均温度Tinbox的记录值中最近一次的最低温度；其中第二比例因子为一预先设置的固定值，本实施例中为1000；
④、当隔热恒温箱内部平均温度Tinbox的记录值处于下降阶段，且隔热恒温箱内部平均温度Tinbox的记录值中最近的最高温度到现在的时间超过60秒，则
第三动态收缩系数＝第三动态收缩系数的初始值+第二固定收缩系数/第一比例因子；其中，第一比例因子为一预先设置的固定值，本实施例中为1000。
所述步骤(8)中所述第四动态收缩系数的计算方法为：
①、设定第四动态收缩系数的初始值；
②、当隔热恒温箱内部平均温度Tinbox的记录值处于上升阶段，且隔热恒温箱内部平均温度Tinbox的记录值中最近的最低温度到现在的时间超过60秒，则
第四动态收缩系数＝第四动态收缩系数的初始值+第一固定收缩系数/比例因子；其中，比例因子为一预先设置的固定值，本实施例中为1000；
③、当隔热恒温箱内部平均温度Tinbox的记录值中当前的温度到达峰值，且当前记录的峰值大于前次记录的峰值的一半，则
第四动态收缩系数＝第四动态收缩系数的初始值-(第一固定收缩系数/比例因子)*(TMin-TMax)；其中TMax为隔热恒温箱内部平均温度Tinbox的记录值中最近一次的最高温度，TMin为隔热恒温箱内部平均温度Tinbox的记录值中最近一次的最低温度；其中比例因子为一预先设置的固定值，本实施例中为1000；
④、当隔热恒温箱内部平均温度Tinbox的记录值处于下降阶段，且隔热恒温箱内部平均温度Tinbox的记录值中最近的最高温度到现在的时间超过60秒，则
第四动态收缩系数＝第四动态收缩系数的初始值+第一固定收缩系数/比例因子；其中，比例因子为一预先设置的固定值，本实施例中为1000。
Claims (7)
1.一种用于分布式光纤温度传感器系统的恒温控制装置的恒温控制方法，其特征在于：所述用于分布式光纤温度传感器系统的恒温控制装置包括有
一温度控制装置；
一隔热恒温箱；
第一温度探测仪，设置在所述隔热恒温箱内壁，与所述温度控制装置相连；
一热交换底板，设置在所述隔热恒温箱的第一侧板内壁；
第一制冷器和第二制冷器，两个制冷器的信号输入端与温度控制装置相连，两个制冷器设置在所述隔热恒温箱的第一侧板上且其冷端与所述热交换底板相连；所述第一制冷器的冷端设置有第二温度探测仪，所述第二制冷器的冷端设置有第四温度探测仪，且所述第二温度探测仪、第四温度探测仪分别与所述温度控制装置相连；所述第一制冷器的热端设置有第三温度探测仪，所述第二制冷器的热端设置有第五温度探测仪，且所述第三温度探测仪、第五温度探测仪分别与所述温度控制装置相连；
至少一个加热器，其信号输入端与温度控制装置相连，设置在所述隔热恒温箱的第一侧板上且与所述热交换底板相连；
所述温度控制装置包括有一单片机控制器，所述第一温度探测仪的信号输出端与所述单片机控制器的第一信号输入端相连，所述第二温度探测仪与所述单片机控制器的第二信号输入端相连，所述第三温度探测仪与所述单片机控制器的第三信号输入端相连，所述第四温度探测仪与所述单片机控制器的第四信号输入端相连，所述第五温度探测仪与所述单片机控制器的第五信号输入端相连，所述单片机控制器的第一信号输出端均与所述第一制冷器、第二制冷器的信号输入端相连，所述单片机控制器的第二信号输出端与所述加热器信号输入端相连；
所述恒温控制装置的恒温控制方法包括以下步骤：
(1)、在所述单片机控制器中设置保存恒温箱的理想设定温度、第一精确调整温度及比第一精确调整温度大的第二精确调整温度；
(2)、分别读取第一温度探测仪的温度，第二温度探测仪的温度、第三温度探测仪的温度、第四温度探测仪的温度、第五温度探测仪的温度；
(3)、取第一温度探测仪的温度、第二温度探测仪的温度与第四温度探测仪的温度的平均温度为隔热恒温箱内部平均温度；
(4)、当隔热恒温箱内部平均温度不高于理想设定温度减第二精确调整温度时，则关闭所述两个制冷器，开启所述加热器，同时使所述加热器全功率工作；
(5)、当隔热恒温箱内部平均温度不低于理想设定温度加第二精确调整温度时，关闭所述加热器，开启所述两个制冷器，同时使所述两个制冷器全功率工作；如果第三温度探测仪的温度大于第一制冷器热端额定工作温度时，关闭所述第一制冷器；如果第五温度探测仪的温度大于第二制冷器热端额定工作温度时，关闭所述第二制冷器；
(6)、当隔热恒温箱内部平均温度在理想设定温度加第一精确调整温度与理想设定温度加第二精确调整温度之间，关闭所述加热器，开启所述两个制冷器，同时使所述两个制冷器的制冷功率为制冷器制冷全功率乘事先设定的第一固定收缩系数工作；
(7)、当隔热恒温箱内部平均温度在理想设定温度减第一精确调整温度与理想设定温度减第二精确调整温度之间，关闭所述两个制冷器，开启所述加热器，同时使所述加热器的加热功率为加热器加热全功率乘事先设定的第二固定收缩系数工作；
(8)、当隔热恒温箱内部平均温度在理想设定温度加第一精确调整温度与理想设定温度减第一精确调整温度之间，同时开启所述两个制冷器和所述加热器，同时使所述加热器的加热功率为加热器加热全功率乘随隔热恒温箱内部平均温度及第二固定收缩系数变化的第三动态收缩系数工作，使所述两个制冷器的制冷功率为制冷器制冷全功率乘随隔热恒温箱内部平均温度及第一固定收缩系数变化的第四动态收缩系数工作。
2.根据权利要求1所述的恒温控制方法，其特征在于：所述步骤(6)中所述第一固定收缩系数为80％～100％之间的一固定值。
3.根据权利要求1所述的恒温控制方法，其特征在于：所述步骤(7)中所述第二固定收缩系数为80％～100％之间的一固定值。
4.根据权利要求1所述的恒温控制方法，其特征在于：所述步骤(8)中所述第三动态收缩系数的计算方法为：
①、设定第三动态收缩系数的初始值；
②、当隔热恒温箱内部平均温度的记录值处于上升阶段，且隔热恒温箱内部平均温度的记录值中最近的最低温度到现在的时间超过60秒，则
第三动态收缩系数＝第三动态收缩系数的初始值+第二固定收缩系数/第一比例因子；其中，第一比例因子为一预先设置的固定值；
③、当隔热恒温箱内部平均温度的记录值中当前的温度到达峰值，且当前记录的峰值大于前次记录的峰值的一半，则
第三动态收缩系数＝第三动态收缩系数的初始值-(第二固定收缩系数/第二比例因子)*(TMin-TMax)；其中TMax为隔热恒温箱内部平均温度的记录值中最近一次的最高温度，TMin为隔热恒温箱内部平均温度的记录值中最近一次的最低温度；其中第二比例因子为一预先设置的固定值；
④、当隔热恒温箱内部平均温度的记录值处于下降阶段，且隔热恒温箱内部平均温度的记录值中最近的最高温度到现在的时间超过60秒，则
第三动态收缩系数＝第三动态收缩系数的初始值+第二固定收缩系数/第一比例因子；其中，第一比例因子为一预先设置的固定值。
5.根据权利要求1所述的恒温控制方法，其特征在于：所述步骤(8)中所述第四动态收缩系数为：
①、设定第四动态收缩系数的初始值；
②、当隔热恒温箱内部平均温度的记录值处于上升阶段，且隔热恒温箱内部平均温度的记录值中最近的最低温度到现在的时间超过60秒，则
第四动态收缩系数＝第四动态收缩系数的初始值+第一固定收缩系数/比例因子；其中，比例因子为一预先设置的固定值；
③、当隔热恒温箱内部平均温度的记录值中当前的温度到达峰值，且当前记录的峰值大于前次记录的峰值的一半，则
第四动态收缩系数＝第四动态收缩系数的初始值-(第一固定收缩系数/比例因子)*(TMin-TMax)；其中TMax为隔热恒温箱内部平均温度的记录值中最近一次的最高温度，TMin为隔热恒温箱内部平均温度的记录值中最近一次的最低温度；其中比例因子为一预先设置的固定值；
④、当隔热恒温箱内部平均温度的记录值处于下降阶段，且隔热恒温箱内部平均温度的记录值中最近的最高温度到现在的时间超过60秒，则
第四动态收缩系数＝第四动态收缩系数的初始值+第一固定收缩系数/比例因子；其中，比例因子为一预先设置的固定值。
6.根据权利要求1～5任意一项权利要求所述的恒温控制方法，其特征在于：第一精确调整温度的范围为0～0.02℃。
7.根据权利要求1～5任意一项权利要求所述的恒温控制方法，其特征在于：第二精确调整温度的范围为0.02～0.5℃。
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