CN109682365B - 一种用于振动陀螺组合的恒温槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于振动陀螺组合的恒温槽，该恒温槽包含：组合底座；若干半导体制冷器，其设置在所述组合底座上；辐射板，其设置在所述半导体制冷器上；支架，其设置在所述辐射板上方，并与所述辐射板之间存在间隙；该支架通过与所述组合底座连接，在两者之间形成容纳所述半导体制冷器及辐射板的腔室；振动陀螺组合，其安装在所述支架处；其中，所述半导体制冷器上的热量，通过辐射板以热辐射方式向支架传递热能，并通过所述支架以热传导方式向振动陀螺组合传递。本发明的恒温槽能够保证温度控制在常温水平，减小振动陀螺仪输出噪声和漂移，提高振动陀螺仪的使用精度。

Description

一种用于振动陀螺组合的恒温槽

技术领域

本发明属于卫星姿态控制技术领域，涉及一种对陀螺组合的温控装置，具体涉及一种用于振动陀螺组合的恒温槽。

背景技术

振动陀螺组合是卫星姿态轨道控制分系统的重要敏感器件，用于测量卫星星体的惯性角速度，输出其在星体坐标系上的分量，为卫星各个工作模式和飞行阶段提供连续的三轴惯性角速度信息。

温度变化对振动陀螺仪性能稳定性影响很大，包括杨氏模量等材料机械性质的改变，谐振子、基座与电极等尺寸的变化等。

目前使用的陀螺组合都是开放式的笛卡尔直角坐标系的支架结构，从而造成每个陀螺仪的温度梯度存在很大的差异性，不利于陀螺组合的温度稳定。

传统的温度控制系统采用单向温控的方式，只能对陀螺仪直接进行加热，从而使得陀螺仪和电路元器件工作在较高的温度，降低可靠性。同时，当温度点高于温控点时，传统温度控制系统停止工作只能通过自然冷却的方式进行降温，散热慢，过程长。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于振动陀螺组合的恒温槽，该恒温槽解决了现有技术的可靠性低，散热慢且过程长的问题，能够快速有效的控制温度，功耗低，能够将温控点设置在常温水平，从而有效的提高陀螺仪和电子元器件的可靠性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于振动陀螺组合的恒温槽，该恒温槽包含：

组合底座；

若干半导体制冷器，其设置在所述组合底座上；

辐射板，其设置在所述半导体制冷器上；

支架，其设置在所述辐射板上方，并与所述辐射板之间存在间隙；该支架通过与所述组合底座连接，在两者之间形成容纳所述半导体制冷器及辐射板的腔室；

振动陀螺组合，其安装在所述支架处；

其中，所述半导体制冷器上的热量，通过辐射板以热辐射方式向支架传递热能，并通过所述支架以热传导方式向振动陀螺组合传递。

优选地，所述恒温槽还包含衬垫，其位于所述腔室内，并设置在所述组合底座上；该衬垫由非金属热绝缘材料制成，包围在所述半导体制冷器周围。

优选地，所述衬垫的上表面与所述半导体制冷器的上表面在同一平面；所述辐射板设置在所述平面上。

优选地，所述辐射板的下表面通过导热胶粘接在所述半导体制冷器的上表面；所述半导体制冷器的下表面通过导热胶与所述组合底座粘接。

优选地，所述组合底座内形成有半封闭式的第一腔室；

所述第一腔室底部设有安装槽来设置所述半导体制冷器；所述支架通过紧固螺钉安装在所述组合底座上，将所述第一腔室围置成封闭式的腔室。

优选地，所述组合底座还形成有半封闭式的第二腔室，来安装与所述半导体制冷器电连接的温控电路。

优选地，所述半导体制冷器的控温电路，包含R/V转换电路、调理电路、AD转换电路、可编程逻辑器件和H桥；所述H桥与所述半导体制冷器电连接；所述R/V转换电路与检测温度变化的热敏电阻电连接。

优选地，所述热敏电阻包含若干第一热敏电阻，或包含若干第一热敏电阻及若干第二热敏电阻；

所述第一热敏电阻设置在所述振动陀螺组合处；

所述第二热敏电阻设置在所述支架内靠近所述振动陀螺组合的位置。

优选地，所述振动陀螺组合包含安装在支架内部的三个振动陀螺仪，所述三个振动陀螺仪两两正交设置。

优选地，所述组合底座通过对金属棒料铣削形成；

所述支架由金属材料制成，该支架通过一体成型制成；

所述辐射板由金属材料制成。

本发明的用于振动陀螺组合的恒温槽，解决了现有技术的可靠性低，散热慢且过程长的问题，具有以下优点：

(1)本发明基于半导体制冷器形成的恒温槽，能够保证温度控制在常温水平，同时能够降低温控功耗，提高陀螺仪和电子元器件的可靠性；

(2)本发明的恒温槽利用热辐射的方式对支架进行温控，从而使得陀螺仪的温度控制在一定的精度范围内；

(3)本发明的恒温槽通过热敏电阻将温度变化转换电阻值，再通过控温电路改变流过半导体制冷器的电流方向和大小来达到温度的控制，将振动陀螺仪的温度变化控制在一定的精度范围内，从而给振动陀螺仪提供一个稳定的温度环境，以此来减小振动陀螺仪输出噪声和漂移，提高振动陀螺仪的使用精度；

(4)本发明的衬垫能够减少半导体制冷器的热端和冷端通过侧边进行热交换，还能保证辐射板安装平整，不产生弯曲变形，从而提高热辐射效率；

(5)本发明的组合底座通过对金属棒料铣削而成，内部形成半封闭的腔体；同时，一体成型的支架有利于热传导；通过该支架与底座连接，将至少一部分腔体封闭，有利于热量在其内部循环，隔绝外部热量的影响。

附图说明

图1为本发明的用于振动陀螺组合的恒温槽的结构示意图。

图2为本发明的组合底座的结构示意图。

图3为本发明的半导体制冷器的安装示意图。

图4为本发明的控温电路的示意图。

图5为本发明的热敏电阻的安装结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

一种用于振动陀螺组合的恒温槽，如图1、图2所示，该恒温槽包含：组合底座1，其分隔为两个半封闭式的腔室，分别表示为第一腔室11和第二腔室12，其中第一腔室11的底部设有若干安装槽111；若干半导体制冷器(TEC，Thermoelectric cooler)2，其设置在安装槽111内；辐射板4，其设置在半导体制冷器2上；支架5，其设置在辐射板4上方，并通过与组合底座1连接，将第一腔室11围置为封闭式的腔室，该支架5与辐射板4之间设有间隙；振动陀螺组合7，其安装在支架5处；若干热敏电阻6，分为设置在振动陀螺组合7处和设置在支架5处的两组，用于检测振动陀螺组合7及其邻近位置的支架5的温度变化，转化为电阻变化并以电信号形式传递；控温电路8，其设置在第二腔室12内，接收热敏电阻6传递的有关温度变化的电信号进行处理后，向半导体制冷器2输出相应的温控指令信号。

所述组合底座1通过铝合金棒料铣削形成半封闭式的腔体；支架5通过紧固螺钉安装在组合底座1上，两者配合形成一个封闭的腔体，这样有利于热量在腔室内部循环，隔绝外部热量的影响。

本发明通过基于半导体制冷器2的恒温槽方式，利用热辐射的方式将热能传递给支架5对其进行温控，再通过支架5以热传导的方式传递给振动陀螺组合7中的振动陀螺仪，使得振动陀螺仪的温度控制在一定的精度范围内(示例的精度为±0.03℃)。

支架5可以用金属材料，如铝合金，通过一体成型的制造工艺制成，以利热量的传导，从而使得振动陀螺仪周围环境温度和预设温度的偏差不会过大，提高温控精度。

如图3所示，为本发明的半导体制冷器的安装示意图，半导体制冷器2与控温电路8电连接。基于半导体制冷器2形成的恒温槽能够保证温度控制在常温水平，同时能够降低温控功耗，提高振动陀螺仪和电子元器件的可靠性。

根据本发明的一实施例中，半导体制冷器2的高度大于安装槽111的高度，其高出安装槽111的空隙用衬垫3填充。该衬垫3采用非金属热绝缘材料制成，包围在半导体制冷器2周围。

所述衬垫3的高度等于安装槽111与半导体制冷器2的高度差，保证衬垫3与半导体制冷器2的上表面处于同一个平面内。辐射板4即安装在半导体制冷器2和衬垫3的共同平面上。衬垫3的作用一方面是减少半导体制冷器2的热端和冷端通过侧边进行热交换；另一个方面保证辐射板4安装平整，不产生弯曲变形，从而提高热辐射效率。

其中，所述半导体制冷器2的下表面通过导热胶粘接在所述的组合底座1内，上表面通过导热胶与所述的辐射板4粘接；所述辐射板4可以用金属材料，如铝合金制成。

如图3所示的实施例中，将半导体制冷器2两两分组相互连接，本例设有10组；每一组再通过各组共用的两根导线电连接至控温电路8。每一组或相邻各组半导体制冷器2在电路上的串并联关系，可根据实际应用情况设置，本发明不做限制。

如图5所示，为本发明的支架和热敏电阻的结构示意图，支架5内设有安装孔51；振动陀螺组合7安装在安装孔51内。所述振动陀螺组合7包含：两两正交设置的三个振动陀螺仪(形成XYZ的直角三维坐标系)。热敏电阻6包含设置在振动陀螺仪上的第一热敏电阻61，以及设置在支架5内邻近安装孔51部位的第二热敏电阻62。

如图4所示，为本发明的控温电路的示意图，控温电路8包含依次电连接的：R/V转换电路81、调理电路82、AD转换电路83、可编程逻辑器件(FPGA)84和H桥85。H桥85与半导体制冷器2电连接；R/V转换电路81与热敏电阻6电连接。

通过上述电路来改变流过半导体制冷器2的电流方向和大小来达到温度的控制。将振动陀螺仪的温度变化控制在一定的精度范围内，从而给振动陀螺仪提供一个稳定的温度环境，以此来减小振动陀螺仪输出噪声和漂移，提高振动陀螺仪的使用精度。

本发明所述用于振动陀螺组合的恒温槽的工作原理，具体如下：

支架5内部振动陀螺仪的温度偏差ΔT通过热敏电阻6进行转换电阻值变换，以电信号输入R/V转换电路81，R/V转换电路81产生的ΔV经调理电路82放大和滤波后，经AD转换电路83转换成数字量，再被可编程逻辑器件84进行采集和PID控制后输出控制量，再经过H桥85施加在半导体制冷器2的两端，通过改变半导体制冷器2两端的电流方向和大小，从而达到加热和制冷的作用，半导体制冷器2的制热量和制冷量通过铝合金材料的金属板以热辐射的方式传递给支架5，将振动陀螺仪7控制在一定温度范围内。

在高温低温情况下，本发明的恒温槽能够快速识别温度变化，精确自动调节支架的温度，使陀螺的周围环境温度维持恒定，以此来减小陀螺输出噪声和漂移，提高陀螺的使用精度。

综上所述，本发明的用于振动陀螺组合的恒温槽，该恒温槽能够保证温度控制在常温水平，降低温控功耗，减小振动陀螺仪输出噪声和漂移，提高振动陀螺仪的使用精度，提高陀螺仪和电子元器件的可靠性。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种用于振动陀螺组合的恒温槽，其特征在于，该恒温槽包含：

组合底座（1）；所述组合底座（1）内形成有半封闭式的第一腔室（11），所述第一腔室（11）底部的内侧设有若干安装槽（111）；

若干半导体制冷器（2），其设置在所述组合底座（1）上的安装槽（111）内；所述半导体制冷器（2）的高度大于安装槽（111）的高度；

辐射板（4），其设置在所述半导体制冷器（2）上；

支架（5），其设置在所述辐射板（4）上方，并与所述辐射板（4）之间存在间隙；该支架（5）通过与所述组合底座（1）连接，在两者之间形成容纳所述半导体制冷器（2）及辐射板（4）的腔室；

衬垫（3），其位于所述腔室内，并设置在所述组合底座（1）上；所述衬垫（3）由非金属热绝缘材料制成，包围在所述半导体制冷器（2）周围；所述半导体制冷器（2）高出安装槽（111）的空隙用所述衬垫（3）填充；

振动陀螺组合（7），其安装在所述支架（5）处；

其中，所述半导体制冷器（2）上的热量，通过辐射板（4）以热辐射方式向支架（5）传递热能，并通过所述支架（5）以热传导方式向振动陀螺组合（7）传递。

2.如权利要求1所述用于振动陀螺组合的恒温槽，其特征在于，

所述衬垫（3）的上表面与所述半导体制冷器（2）的上表面在同一平面；所述辐射板（4）设置在所述平面上。

3.如权利要求1或2所述用于振动陀螺组合的恒温槽，其特征在于，

所述辐射板（4）的下表面通过导热胶粘接在所述半导体制冷器（2）的上表面；所述半导体制冷器（2）的下表面通过导热胶与所述组合底座（1）粘接。

4.如权利要求1所述用于振动陀螺组合的恒温槽，其特征在于，

所述支架（5）通过紧固螺钉安装在所述组合底座（1）上，将所述第一腔室（11）围置成封闭式的腔室。

5.如权利要求4所述用于振动陀螺组合的恒温槽，其特征在于，

所述组合底座（1）还形成有半封闭式的第二腔室（12），来安装与所述半导体制冷器（2）电连接的控温电路（8）。

6.如权利要求1或5所述用于振动陀螺组合的恒温槽，其特征在于，

所述半导体制冷器（2）的控温电路（8），包含R/V转换电路（81）、调理电路（82）、AD转换电路（83）、可编程逻辑器件（84）和H桥（85）；

所述H桥（85）与所述半导体制冷器（2）电连接；

所述R/V转换电路（81）与检测温度变化的热敏电阻（6）电连接。

7.如权利要求6所述用于振动陀螺组合的恒温槽，其特征在于，

所述热敏电阻（6）包含若干第一热敏电阻（61），或包含若干第一热敏电阻（61）及若干第二热敏电阻（62）；

所述第一热敏电阻（61）设置在所述振动陀螺组合（7）处；

所述第二热敏电阻（62）设置在所述支架（5）内靠近所述振动陀螺组合（7）的位置。

8.如权利要求1所述用于振动陀螺组合的恒温槽，其特征在于，

所述振动陀螺组合（7）包含安装在支架（5）内部的三个振动陀螺仪，所述三个振动陀螺仪两两正交设置。

9.如权利要求1所述用于振动陀螺组合的恒温槽，其特征在于，

所述组合底座（1）通过对金属棒料铣削形成；

所述支架（5）由金属材料制成，该支架（5）通过一体成型制成；

所述辐射板（4）由金属材料制成。

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