CN103698105B - 一种真空水冷测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空水冷测试装置。它包括支架、铜底座、顶盖、水管支座、气密接插件、进水管、出水管、TEC组、上TEC、TEC驱动板、真空泵、气管、温度传感器组、主控板、电源以及上位机；铜底座固定在支架上，顶盖放置在铜底座上，水管支座紧固在铜底座上，进水管和出水管分别与水管支座内部水管两端相连，气密接插件安装在铜底座上；TEC驱动板、真空泵、主控板、电源及上位机均安装在支架上，TEC组与上TEC均由导线通过气密接插件与TEC驱动板相连，气管通过气密接插件与真空泵相连。本发明结构紧凑、工作稳定、操作简单、高效节能、抗干扰能力强，具有加热制冷迅速和几乎不引入振动特点，特别适用于测试对振动敏感的光学器件或装置。
Description
技术领域
本发明涉及测试装置，尤其涉及一种真空水冷测试装置。
背景技术
温度特性是许多器件及装置的一项极其重要的性能指标，尤其在某些特定应用场合，对于一些温度敏感的器件及装置，温度性能成为制约其应用的最重要因素之一。例如，在航空环境、军事应用等恶劣条件下，一些精密光学测量单元对环境温度极为敏感，极端温度使光学器件设备性能恶化，甚至不能工作。因此，对温度敏感的器件设备进行大范围温度性能测试是研究系统稳定性的重要环节。不仅如此，在某些应用场合，我们需要模拟测试器件装置在真空环境下的温度性能，故而需要对测试腔进行抽真空处理。另外，某些精密光学传感装置对振动非常敏感，在进行温度测试时不能引入振动，才能合理评估被测装置的温度特性。传统的温箱不能同时满足大范围快速温变，真空环境，测试装置本身体积小功耗低，测试时不引入振动这些条件。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种真空水冷测试装置。
一种真空水冷测试装置，它包括支架、铜底座、顶盖、水管支座、气密接插件、进水管、出水管、TEC（半导体制冷器）组、上TEC、TEC驱动板、真空泵、气管、温度传感器组、主控板、电源及上位机；铜底座固定在支架上，顶盖放置在铜底座上，水管支座紧固在铜底座上，进水管和出水管分别与水管支座内部水管两端相连，气密接插件安装在铜底座上；TEC驱动板、真空泵、主控板、电源及上位机均安装在支架上，TEC组呈2×2分布粘贴在铜底座上，上TEC粘贴在TEC组中央，TEC组与上TEC均由导线通过气密接插件与TEC驱动板相连，气管通过气密接插件与真空泵相连，温度传感器组用导线通过气密接插件与主控板相连，TEC驱动板和主控板之间相连，主控板和上位机相连，电源通过导线分别TEC驱动板和主控板供电。
所述的主控板包括主控电路和主控板串口，其中主控电路为ATmega162L芯片及外围电路组成的控制电路模块；主控板串口为7LB180芯片及外围电路所组成的422通讯模块。
所述的TEC驱动板包括电压转换模块、单片机PWM波发生模块、H桥控制模块、H桥电路、驱动板串口及输出端子；驱动板串口、单片机PWM波发生模块、H桥控制模块、H桥电路依次相连，电压转换模块分别与单片机PWM波发生模块和H桥控制模块相连，外接电源分别与电压转换模块和 H桥电路相连；电压转换模块为LM2575芯片构成的5V电压输出电路，单片机PWM波发生模块为ATmega16单片机及外围电路构成的PWM信号发生电路模块，H桥控制模块为以A3940芯片为核心的H桥控制电路，H桥电路为4个N沟MOS管构成的H桥电路，驱动板串口为7LB180芯片及外围电路所组成的422通讯模块 。
所述的铜底座为整块铜加工而成，上端为TEC组安装槽，下端为水管支座安装槽，并有过孔用于安装气密接插件。
所述的顶盖能承受1-2个大气压。
所述的水管支座是在铜底座上切削加工而成，沟壑纵横均匀分布以保障散热均匀。
所述的气密接插件为气密航空插头或者气密管道接口。
所述的温度传感器组为铂电阻温度传感器。
本发明的有益效果在于：
相比传统的温度测试装置，本发明装置采用两层层叠TEC来实现加热和制冷，通过铜底座和水流散热，具有加热制冷迅速和几乎不引入振动特点，特别适用于测试对振动敏感的光学器件或装置;同时本装置利用真空泵对测试腔抽真空，使得测试腔内温度更加均匀，特别适用于某些要求真空测试条件的器件及装置。通过上位机控制界面可以随意设置温度，同时还可以提供真空测试环境，本发明装置具有结构紧凑，工作稳定，操作简单，高效节能，抗干扰能力强等特点。
附图说明
附图1是真空水冷测试装置结构示意图；
附图2是主控电路板、TEC驱动板及TEC连接示意图；
附图3是TEC驱动板原理框图；
附图4是电压转换模块示意图；
附图5是单片机PWM波发生模块示意图；
附图6是H桥控制模块示意图；
附图7是H桥电路示意图；
附图8是驱动板串口示意图；
附图9是主控电路示意图；
附图10是主控板串口示意图；
图中，支架1、铜底座2、顶盖3、水管支座4、气密接插件5、进水管6、出水管7、TEC组8、上TEC9、TEC驱动板10、真空泵11、气管12、温度传感器组13、主控板14、电源15以及上位机16。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
如图1所示，一种真空水冷测试装置，它包括支架1、铜底座2、顶盖3、水管支座4、气密接插件5、进水管6、出水管7、TEC组8（半导体制冷器）、上TEC9、TEC驱动板10、真空泵11、气管12、温度传感器组13、主控板14、电源15以及上位机16；
铜底座2固定在支架1上，顶盖3通过气密垫圈放置在铜底座2上，水管支座4内部均匀排布水管并紧固在铜底座2上,进水管6和出水管7分别与水管支座4内部水管两端相连，气密接插件5安装在铜底座2上；TEC驱动板10、真空泵11、主控板14、电源15及上位机16均安装在支架上， TEC组8呈2×2分布用导热胶粘贴在铜底座2上，上TEC9用导热胶粘贴在TEC组8中央，TEC组8与上TEC9均由导线通过气密接插件5与TEC驱动板10相连，气管12通过气密接插件5与真空泵11相连，温度传感器组13用导线通过气密接插件5与主控板14相连，TEC驱动板10和主控板14之间相连，主控板14和上位机相连，电源15通过导线分别给TEC驱动板10和主控板14供电。
所述的主控板14包括主控电路和主控板串口，其中主控电路如图九所示,为ATmega162L芯片及外围电路组成的控制电路模块；主控板串口如图十所示,为7LB180芯片及外围电路所组成的422通讯模块。
所述的TEC驱动板10原理框图如图三所示,它包括电压转换模块、单片机PWM波发生模块、H桥控制模块、H桥电路、驱动板串口及输出端子，驱动板串口、单片机PWM波发生模块、H桥控制模块、H桥电路依次相连，电压转换模块分别与单片机PWM波发生模块和H桥控制模块相连，外接电源分别与电压转换模块和 H桥电路相连。
其中,电压转换模块为LM2575芯片构成的5V电压输出电路,如图四所示;单片机PWM波发生模块为ATmega16单片机及外围电路构成的PWM信号发生电路模块，如图五所示;H桥控制模块为以A3940芯片为核心的H桥控制电路，如图六所示;H桥电路为4个N沟MOS管构成的H桥电路，如图七所示;驱动板串口为7LB180芯片及外围电路所组成的422通讯模块,如图八所示。
所述的铜底座2为整块铜加工而成，上端为TEC组8安装槽，下端为水管支座4安装槽，并有过孔用于安装气密接插件5。
所述的顶盖能承受1-2个大气压。
所述的水管支座4是在铜底座2上切削加工而成，沟壑纵横均匀分布以保障散热均匀。
所述的气密接插件5为气密航空插头或者气密管道接口。
所述的真空泵11可以为常用抽真空泵。
所述的温度传感器组13为铂电阻温度传感器。
所述的上位机可以运行由labview编写的软件。
本发明的工作过程如下：
将测试器件放入测试腔，如需真空测试环境，启动真空泵对测试腔抽真空。然后通过上位机控制界面输入温度设定值，上位机通过串口向主控板发送温度设定值，主控板将当前温度传感器感知的温度值与设定值作比较，一旦有温度误差，主控板通过适当的控制算法计算出TEC驱动电流，通过串口将控制信号发送给各TEC驱动板，TEC驱动板得到控制信号，产生相应脉宽的PWM波，驱动H桥电路给各TEC供电从而达到加热制冷的目的。
Claims (8)
1.一种真空水冷测试装置，其特征在于，它包括支架（1）、铜底座（2）、顶盖（3）、水管支座（4）、气密接插件（5）、进水管（6）、出水管（7）、半导体制冷器组（8）、上半导体制冷器（9）、半导体制冷器驱动板（10）、真空泵（11）、气管（12）、温度传感器组（13）、主控板（14）、电源（15）以及上位机（16）；铜底座（2）固定在支架（1）上，顶盖（3）放置在铜底座（2）上，水管支座（4）紧固在铜底座（2）上，进水管（6）和出水管（7）分别与水管支座（4）内部的水管两端相连，气密接插件（5）安装在铜底座（2）上；半导体制冷器驱动板（10）、真空泵（11）、主控板（14）、电源（15）及上位机（16）均安装在支架上，半导体制冷器组（8）呈2×2分布粘贴在铜底座（2）上，上半导体制冷器（9）粘贴在半导体制冷器组（8）中央，半导体制冷器组（8）与上半导体制冷器（9）均由导线通过气密接插件（5）与半导体制冷器驱动板（10）相连，气管（12）通过气密接插件（5）与真空泵（11）相连，温度传感器组（13）用导线通过气密接插件（5）与主控板（14）相连，半导体制冷器驱动板（10）和主控板（14）之间相连，主控板（14）和上位机(16)相连，电源（15）通过导线分别给半导体制冷器驱动板（10）和主控板（14）供电。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的主控板（14）包括主控电路和主控板串口，其中主控电路为ATmega162L芯片及外围电路组成的控制电路模块，主控板串口为7LB180芯片及外围电路所组成的422通讯模块。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的半导体制冷器驱动板（10）包括电压转换模块、单片机PWM波发生模块、H桥控制模块、H桥电路、驱动板串口及输出端子；驱动板串口、单片机PWM波发生模块、H桥控制模块、H桥电路依次相连，电压转换模块分别与单片机PWM波发生模块和H桥控制模块相连，外接电源分别与电压转换模块和H桥电路相连；电压转换模块为LM2575芯片构成的5V电压输出电路，单片机PWM波发生模块为ATmega16单片机及外围电路构成的PWM信号发生电路模块，H桥控制模块为以A3940芯片为核心的H桥控制电路，H桥电路为4个N沟MOS管构成的H桥电路，驱动板串口为7LB180芯片及外围电路所组成的422通讯模块。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的铜底座（2）为整块铜加工而成，上端为半导体制冷器组（8）安装槽，下端为水管支座（4）安装槽，并有过孔用于安装气密接插件（5）。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的顶盖能承受1-2个大气压。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的水管支座（4）是在铜底座（2）上切削加工而成，沟壑纵横均匀分布以保障散热均匀。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的气密接插件（5）为气密航空插头或者气密管道接口。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的温度传感器组（13）为铂电阻温度传感器。
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