CN105136165A - 一种适用于光纤陀螺的定向梯度温度场响应特性测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于光纤陀螺的定向梯度温度场响应特性测试装置，其由计算机、多路温度控制器、多个可控温加热/制冷模块及柔性传热板组成；采用多个可控温加热/制冷模块和多路温度控制器实现可重构、可任意设定温度场，整个定向梯度温度场响应特性测试装置和被测光纤陀螺可以放置在带真空罩的转台上，用于研究不同温度梯度场对陀螺性能的影响规律；发明的适用于光纤陀螺的定向梯度温度场响应特性测试装置可真实确定温度场对陀螺性能的影响，为建立光纤陀螺在复杂温度场下的温度模型和实现光纤陀螺的温度特性的定量评估提供了先进、可信的装置。

Description

一种适用于光纤陀螺的定向梯度温度场响应特性测试装置
技术领域
本发明涉及一种测试装置，具体涉及一种适用于光纤陀螺的定向梯度温度场响应特性测试装置，属于测试技术领域。
背景技术
光纤陀螺作为一种全固态角速度传感器，在军事、民事等多个领域均有着广泛的应用。目前，高精度光纤陀螺已成为惯性导航系统的重要组成部分。温度、磁场、辐射、振动等工作环境的变化均会影响陀螺的性能。其中，光纤陀螺对温度具有非常高的敏感性，周围温度场的变化会对光纤陀螺的输出精度有直接的影响。在研究陀螺的温度特性时，重点研究的是温度变化所引起的零偏漂移。在光纤陀螺中，光纤环、Y波导等受温度的影响会引起零偏变化。其中，光纤环作为受温度影响最大的部件，温度引起的非互易相移即Shupe误差，与旋转引起的Sagnac相移无法区分，使得光纤陀螺的最终输出中除了包含Sagnac相移外，还存在着误差相位，该误差相位是零偏误差的主要原因。因此评价光纤陀螺的性能时，对其温度特性进行测试和分析尤为重要。
在一般环境下，温度场比较复杂，温箱温度场通过设定某一特定温度不能模拟实际环境的温度场，使用温箱进行温度试验时，无法真实的评价光纤陀螺在实际环境中的温度场下的性能。
在空间环境下，热量的传递方式具有特殊性，即热量的传递为直接传导方式。目前国内在研究空间用光纤陀螺温度测试方面，没有针对空间环境的特殊性设计专用的测试设备。而试验时使用的普通温箱整个腔体不密闭，温箱内除了存在热传导外，还存在热对流。使用该类温箱进行温度试验时，箱内的热对流会在光纤环上产生附加的温度梯度，从而增大相位误差，对测试结果产生影响，导致无法真实地评价光纤陀螺的性能。
为此，需要分别针对不同的温度场的影响进行测试和分析，这是建立可信的温度模型的基础，也是陀螺温度特性评价的依据。然而，目前只能对均匀温度场的影响进行测试和评估，不满足实际要求。针对实际环境的特殊性，需要对不同温度场进行模拟，特别是梯度温度场的模拟和评估，从而研究复杂温度场情况下对光纤陀螺的性能影响规律。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种适用于光纤陀螺的定向梯度温度场响应特性测试装置，使得光纤陀螺测试环境更接近于实际温度环境状态。
本发明的技术方案如下：
一种适用于光纤陀螺的定向梯度温度场响应特性测试装置，由计算机、多路温度控制器、多个可控温加热/制冷模块、柔性传热板(或柔性传热环)、温度场监测模块组成；每个可控温加热/制冷模块由散热器、热电制冷器(10mm×10mm)、温度传感头和导热薄板组成，温度传感头采用铂电阻；温度场监测模块由多个温度传感器组成。
多个可控温加热/制冷模块可以根据具体要求组成平行平板形、环形等多种特定形状并且每个可控温加热/制冷模块可以通过计算机设定不同的温度，从而模拟复杂温度场；柔性传热板(或柔性传热环)也可根据多个可控温加热/制冷模块组成的结构形成特殊形状；柔性传热板(或柔性传热环)可以采用导热石墨垫或导热硅垫，柔性传热板(或柔性传热环)与多个可控温加热/制冷模块之间用导热硅胶粘接。
每个可控温加热/制冷模块中的热电制冷器的两根电缆、温度传感头的两根电缆分别与多路温度控制器连接；多路温度控制器通过电缆与计算机连接；多路温度控制器预留了温度场监测模块的接口，在需要测量温度场内部某些特定位置的温度时，可以在多路温度控制器中连接温度场监测模块，温度场监测模块可以由多个铂电阻温度传感器通过特定排列形成，用于监测温度场不同位置的温度。
多路温度控制器具有分别控制各个可控温加热/制冷模块、采集温度场监测模块中各个温度传感器的温度值和与计算机通讯的功能；通过计算机对每一个可控温加热/制冷模块的温度进行设定，温度设定值传输到多路温度控制器，多路温度控制器根据每一个温度设定值通过温控芯片控制热电制冷器的电流对导热薄板进行加热/制冷，并利用温度传感头所采集的温度信号形成反馈回路，对所设定的温度形成闭环控制，最终分别达到设定温度值，形成可以任意设定的温度场；散热器对热电制冷器发热面进行散热保证其长期正常工作；温度传感头放置在导热薄板的下表面，可用于监测温度场的边缘温度。
温度场监测模块中的多个温度传感器测量的温度值由多路温度控制器进行实时采集并传输到计算机中，通过对多个温度传感器进行特定排列，可以重构出整个温度场内部的温度分布情况。
本发明所提供的适用于光纤陀螺的定向梯度温度场响应特性测试装置的优点在于：针对实际温度环境具有的特殊性，设计了一种适用于光纤陀螺的定向梯度温度场响应特性测试装置，可以产生任意设定的接近实际环境的温度场，并通过热传导或热对流方式将热量传递给待测光纤陀螺，使光纤陀螺的测试环境更接近于实际温度环境的状态，可真实确定实际环境的温度场对陀螺性能的影响，为建立光纤陀螺在复杂温度场下的温度模型和实现光纤陀螺的温度特性的定量评估提供了先进、可信的装置。
附图说明
图1为适用于光纤陀螺定向梯度温度场响应特性测试装置结构示意图；
图2为环形结构的温度场装置结构示意图；
图3为可控温加热/制冷模块结构示意图；
图4为适用于光纤陀螺定向梯度温度场响应测试装置控制系统框图；
图中：1.计算机，2.多路温度控制器，3.可控温加热/制冷模块，4.柔性传热板，5.柔性传热环，6.散热器，7.热电制冷器，8.温度传感头，9.导热薄板，10.温度场监测模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
实施例1：
一种适用于光纤陀螺的定向梯度温度场响应特性测试装置由计算机1、多路温度控制器2、多个可控温加热/制冷模块3-1、3-2、……、3-2n及柔性传热板4-1、4-2组成；柔性传热板4-1、4-2与两组平行排列的可控温加热/制冷模块3-1、3-2、……、3-2n之间用导热硅胶粘接，每个可控温加热/制冷模块3-1、3-2、……、3-2n通过四根线缆与多路温度控制器2连接，多路温度控制器2通过电缆与计算机连接1；多路温度控制器2预留了k路可以与温度传感器连接的端口，可用于监测温度场不同位置的温度。
可控温加热/制冷模块3由散热器6、热电制冷器7、温度传感头8和导热薄板9组成，温度传感头8采用铂电阻；热电制冷器7的两根电缆、温度传感头8的两根电缆分别与多路温度控制器2连接；散热器6对热电制冷器7发热面进行散热保证其长期正常工作；温度传感头8放置在导热薄板9的下表面，可用于监测温度场的边缘温度。
柔性传热板4-1、4-2采用导热石墨垫或导热硅垫，与多个可控温加热/制冷模块3-1、3-2、……、3-2n之间用导热硅胶粘接。
多路温度控制器2具有分别控制各个可控温加热/制冷模块3-1、3-2、……、3-2n、采集温度场监测模块10中各个温度传感器的温度值和与计算机1通讯的功能；通过计算机1对每一个可控温加热/制冷模块3-1、3-2、……、3-2n的温度进行设定，温度设定值传输到多路温度控制器2，多路温度控制器2根据每一个温度设定值通过温控芯片控制热电制冷器7的电流对导热薄板8进行加热/制冷，并利用温度传感头8所采集的温度信号形成反馈回路，对所设定的温度形成闭环控制，最终分别达到设定温度值，形成可以任意设定的温度场。
将被测光纤陀螺置于设定的温度场内，并将整个定向梯度温度场响应特性测试装置和被测光纤陀螺放置在带真空罩的转台上，即可研究不同温度梯度场对陀螺性能的影响规律。
实施例2：
多个可控温加热/制冷模块3-1、3-2、……、3-2n排列成环形，并与柔性传热环5之间用导热硅胶粘接。本实施例的其他部件及工作原理均与实施例1相同。
实施例3：
将温度场监测模块10通过预留端口与多路温度控制器2连接，温度场监测模块10由多个铂电阻温度传感器组成，所测量的多个温度值由多路温度控制器2进行实时采集并传输到计算机1中，通过对多个温度传感器进行特定排列，可以重构出整个温度场内部的温度分布情况。本实施例的其他部件及工作原理均与实施例1相同。

Claims (5)

1.一种适用于光纤陀螺的定向梯度温度场响应特性测试装置，其特征在于：该测试装置由计算机(1)、多路温度控制器(2)、多个可控温加热/制冷模块(3-1、3-2、……、3-2n)及柔性传热板(4-1、4-2)组成；柔性传热板(4-1、4-2)与两组平行排列的可控温加热/制冷模块(3-1、3-2、……、3-2n)之间用导热硅胶粘接，每个可控温加热/制冷模块(3-1、3-2、……、3-2n)通过四根线缆与多路温度控制器(2)连接，多路温度控制器(2)通过电缆与计算机连接(1)；多路温度控制器(2)预留了k路可以与温度传感器连接的端口，可用于监测温度场不同位置的温度。
2.如权利要求1所述的适用于光纤陀螺的定向梯度温度场响应特性测试装置，其特征在于：多个可控温加热/制冷模块(3-1、3-2、……、3-2n)排列成环形，并与柔性传热环(5)之间用导热硅胶粘接。
3.如权利要求1所述的适用于光纤陀螺的定向梯度温度场响应特性测试装置，其特征在于：可控温加热/制冷模块(3)由散热器(6)、热电制冷器(7)、温度传感头(8)和导热薄板(9)组成，温度传感头(8)采用铂电阻；热电制冷器(7)的两根电缆、温度传感头(8)的两根电缆分别与多路温度控制器(2)连接；多路温度控制器(2)通过控制热电制冷器(7)的电流对导热薄板(9)进行加热/制冷，并利用温度传感头(8)所采集的温度信号形成反馈回路，对所设定的温度形成闭环控制；散热器(6)对热电制冷器(7)发热面进行散热保证其长期正常工作；温度传感头(8)放置在导热薄板(9)的下表面，可用于监测温度场的边缘温度。
4.如权利要求1所述的适用于光纤陀螺的定向梯度温度场响应特性测试装置，其特征在于：所述的多路温度控制器(2)通过电缆与多个可控温加热/制冷模块(3-1、3-2、……、3-2n)、温度场监测模块(10)和计算机(1)连接；温度场监测模块(10)由多个温度传感器通过特殊排列形成；每个可控温加热/制冷模块(3-1、3-2、……、3-2n)通过四根线缆与多路温度控制器(2)连接；多路温度控制器(2)具有分别控制各个可控温加热/制冷模块(3-1、3-2、……、3-2n)、采集温度场监测模块(10)中各个温度传感器的温度值和与计算机(1)通讯的功能；通过计算机(1)对每一个可控温加热/制冷模块(3-1、3-2、……、3-2n)的温度进行设定，温度设定值传输到多路温度控制器(2)，多路温度控制器(2)根据每一个温度设定值通过温控芯片，控制每一个可控温加热/制冷模块(3-1、3-2、……、3-2n)分别达到设定温度值。
5.如权利要求1所述的适用于光纤陀螺的定向梯度温度场响应特性测试装置，其特征在于：柔性传热板(4-1、4-2)或柔性传热环(5)采用导热石墨垫或导热硅垫。
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