CN110879622A - 一种精密仪器的恒温控制方法、恒温系统及恒温箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雷达电子设备接收系统领域，具体是涉及一种精密仪器的恒温控制方法、恒温系统及恒温箱。通过采集发热元件的温度，若任一个发热元件的温度高于温度设定值，则制冷单元提供冷量，以降低发热元件所在箱体内的环境温度。由于主接收通道和副接收通道对温度精度的要求高于其他发热元件，需要再次采集这两个接收通道的温度，若第一次降温之后，该接收通道的温度仍然高于温度设定值，则制冷单元针对该接收通道单独降低，以确保接收通道的温度低于温度设定值，保证接收通道的性能。两次降温实现了对重点需要恒温环境的接收通道进行精密温控，保证接收通道的性能。

Description

一种精密仪器的恒温控制方法、恒温系统及恒温箱

技术领域

本发明涉及雷达电子设备接收系统领域，具体是涉及一种精密仪器的恒温控制方法、恒温系统及恒温箱。

背景技术

雷达接收系统内部的精密仪器对温度要求极高，温度的恒定对于雷达接收系统的稳定性有密切的关系，因此温度的精密控制是雷达接收系统的一项关键指标。

由于雷达接收系统位于户外，外部的温度变化导致雷达接收系统的温度不恒定，影响雷达接收系统的性能，亟需提供一个恒温控制方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的之一是提供了一种精密仪器的恒温控制方法，能够维持雷达接收系统所在的环境温度的恒定，以便保证雷达接收系统的性能。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种精密仪器的恒温控制方法，该恒温控制方法包括如下步骤：

S1，采集精密仪器箱体内发热元件的温度，发热元件包括中频组件、副接收通道、主接收通道、用于获取信息的L型组件；

S2，若步骤S1采集的任一个发热元件的温度大于温度设定值，则第一制冷单元向箱体内输送制冷量ΔU；

S3，输送制冷量ΔU达到设定时间之后再次采集副接收通道的温度和主接收通道的温度，若任一个接收通道的温度依然大于温度设定值，则第二制冷单元通过均温板向温度高于温度设定值的接收通道输送制冷量ΔU′，以此使分布于均温板上的该接收通道的温度降至小于温度设定值。

进一步，通过PID算法计算制冷量ΔU和制冷量ΔU′

ΔU＝U(k)-U(k-1)

其中，

U(k)、U(k-1)分别为第k时刻、k-1时刻发热元件的热量值，U′(k′)、U′(k′-1)分别为第k′时刻、k′-1时刻接收通道的热量值，e(k)、e(k-1)、e(k-2)、e(j)分别为发热元件在第k时刻、k-1时刻、k-2、j时刻的温度值，T_i为PID算法的积分时间，T_d为PID算法的微分时间，T为PID算法的计算时间，K_p为常数，e(k′)、e(k′-1)、e(k′-2)分别为接收通道在第k′时刻、k′-1时刻、k′-2时刻的温度值。

进一步优选的，所述温度设定值为35度。

本发明的目的之二是提供了一种恒温系统，该恒温系统包括用于采集温度并将采集的温度传送至PID控制器的中频组件温度传感器、副接收通道温度传感器、主接收通道温度传感器、L型组件温度传感器，PID控制器的输出端电连接制冷单元。

进一步，所述制冷单元包括第一TEC模块、第二TEC模块、均温板，所述PID控制器的第一输出端通过第一H桥功率开关芯片驱动第一TEC模块，所述PID控制器的第二输出端通过第二H桥功率开关芯片驱动第二TEC模块，所述第二TEC模块产生的制冷量通过均温板扩散在恒温系统内。

进一步优选的，所述中频组件温度传感器、副接收通道温度传感器、主接收通道温度传感器、L型组件温度传感器均通过DB25接收件将采集的温度传送至PID控制器。

本发明的目的之三是提供一种精密仪器的的恒温箱，包括箱体和设置在箱体外部且与箱体的内部相连通的制冷单元，所述箱体内部设置有用于采集发热元件温度的温度传感器组，所述温度传感器组的输出端电连接PID控制器的输入端，所述PID控制器的输出端电连接制冷单元的输入端。

进一步，所述发热元件包括设置在箱体内部的中频组件、副接收通道、主接收通道、L型组件；

所述温度传感器组包括用于采集中频组件温度的中频组件温度传感器、用于采集副接收通道温度的副接收通道温度传感器、用于采集主接收通道温度的主接收通道温度传感器、用于采集L型组件温度的L型组件温度传感器；

所述制冷单元包括第一TEC模块、第二TEC模块、均温板，所述第一TEC模块、第二TEC模块分别设置在箱体的外部，所述副接收通道和主接收通道均位于均温板上，且均温板位于两个接收通道与第二TEC模块之间；

所述中频组件温度传感器、副接收通道温度传感器、主接收通道温度传感器、L型组件温度传感器均将采集的温度传送至PID控制器，所述PID控制器的两个输出端分别与第一TEC模块的输入端、第二TEC模块的输入端电连接。

进一步优选的，所述箱体的对外接口处设置有密封圈；所述箱体的内壁覆盖有保温板。

进一步优选的，所述箱体上还设置有不锈钢呼吸阀，用于平衡箱体内外压差，减少湿气的产生。

本发明的有益效果如下：

(1)通过采集发热元件的温度，若任一个发热元件的温度高于温度设定值，则制冷单元提供冷量，以降低发热元件所在箱体内的环境温度。由于主接收通道和副接收通道对温度精度的要求高于其他发热元件，需要再次采集这两个接收通道的温度，若第一次降温之后，该接收通道的温度仍然高于温度设定值，则制冷单元针对该接收通道单独降低，以确保接收通道的温度低于温度设定值，保证接收通道的性能。

两次降温实现了对重点需要恒温环境的接收通道进行精密温控，保证接收通道的性能。

本发明采用了两级恒温控制设计，分别使用两个TEC模块进行降温，能够有效的对设备进行温度的精密控制，使接收系统的指标达到稳定的效果。

(2)均温板能够使得TEC模块产生的制冷量均匀分布在接收通道上，使得接收通道的温度分布均匀，提高了恒温控制的精准性。

(3)连续采集三个时刻的温度，能够及时更新为使环境温度降至温度设定值以下所需要的制冷量，提要了恒温控制的精准性。

(4)对外接口的位置设计有密封圈，具有密封防水的性能。

(5)箱体内部安装有不锈钢呼吸阀，可平衡箱体内外空气压差，并可消除箱体内部湿气。

附图说明

图1为本发明的箱体的结构图；

图2为本发明的图1的主视图；

图3为本发明的后视图；

图4为本发明的电路图。

图中标注符号的含义如下：

10-箱体 11-拉手 12-保温板 13-密封圈 14-不锈钢呼吸阀

20-中频组件 200-中频组件温度传感器 21-副接收通道

210-副接收通道温度传感器 22-主接收通道

220-主接收通道温度传感器 23-L型组件 230-L型组件温度传感器

30-第一TEC模块 31-第二TEC模块 32-DB25接收件 33-PID控制器

34-第一H桥功率开关芯片 35-第二H桥功率开关芯片 36-均温板

具体实施方式

以下结合实施例和说明书附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种精密仪器的恒温控制方法，该恒温控制方法包括如下步骤：

S1，采集精密仪器箱体10内发热元件的温度，发热元件包括中频组件20、副接收通道21、主接收通道22、L型组件23；

S2，若步骤S1采集的任一个发热元件的温度大于温度设定值，则输出制冷量ΔU；本实施例中温度设定值为35度。

其中，

e(k)、e(k-1)、e(k-2)、e(j)分别为发热元件在第k时刻、k-1时刻、k-2、j时刻的温度值，T_i为PID算法的积分时间，T_d为PID算法的微分时间，T为PID算法的计算时间，K_p为常数。

S3，第一制冷单元向箱体10内输送制冷量ΔU，由于副接收通道21的温度和主接收通道22对温度的要求较高，精度为±0.5度，所以在第一次降温时，虽然箱体10内的温度降至35度以下，但两个接收通道的温度未必降至35度以下，需要再次采集副接收通道21的温度和主接收通道22的温度，将该二者的温度输入到PID算法中，若任一个接收通道的温度依然大于温度设定值35度，则PID算法输出使该接收通道降至小于温度设定值所需的制冷量ΔU′，ΔU′的计算公式和ΔU的计算公式一样，之后进行步骤S4；

S4，第二制冷单元通过均温板36向步骤S3中的温度高于温度设定值的接收通道输送制冷量ΔU′，以此使分布于均温板36上的该接收通道的温度降至小于温度设定值。均温板36使接收通道的热量均匀分布，且温度保持在35℃±0.5℃的恒温精度。

实施例2

如图4所示，一种基于恒温控制方法的恒温系统，该恒温系统包括PID控制器33、中频组件温度传感器200、副接收通道温度传感器210、主接收通道温度传感器220、L型组件温度传感器230、第一TEC模块30、第二TEC模块31、均温板36、。

中频组件温度传感器200、副接收通道温度传感器210、主接收通道温度传感器220、L型组件温度传感器230四者的输出端分别通过DB25接收件32与PID控制器33相应的输入端电连接。PID控制器33的第一输出端通过第一H桥功率开关芯片34驱动第一TEC模块30，PID控制器33的第二输出端通过第二H桥功率开关芯片35驱动第二TEC模块31，第二TEC模块31产生的制冷量通过均温板36扩散在恒温系统内。

均温板36是一种水冷系统，内部设计有多个凹槽，槽内分布有承载冷却液体的铜管。该均温板36通过实际测量两个接收通道的热量分布，来设计内部的水道的排布及走向。均温板36通过内部铜管将高温区域的热量带走，并流向温度低的区域，使均温板36上的两个接收通道的温度保持在±0.5的精度范围内。

L型组件23上安装有监控模块的两只开关组件、网络交换机、功放、恒温控制模块、传感器，中频组件20是一种可开合式组件，安装有频率源、数字中频模块、幅度控制模块、延迟线、功分组件、噪声源、功率监测模块、振荡器、温度传感器、上变频等模块。

中频组件温度传感器200、副接收通道温度传感器210、主接收通道温度传感器220、L型组件温度传感器230分别采集中频组件20、副接收通道21、主接收通道22、L型组件23的温度，若四者中任一个的温度高于35度，则第一TEC模块30对箱体1进行降温，以使箱体1内部的温度低于35度。

之后副接收通道温度传感器210、主接收通道温度传感器220再次采集副接收通道21、主接收通道22的温度，若两者任一个的温度超出精度±0.5度，则第二TEC模块31再次对两个接收通道降温。

实施例3

一种精密仪器的的恒温箱，如图1所示，包括箱体10和设置在箱体10外部且与箱体10的内部相连通的制冷单元，制冷单元包括第一TEC模块30、第二TEC模块31、均温板36。如图2所示，第一TEC模块30设置在箱体10的上端，如图3所示，第二TEC模块31设置在箱体10的底端，均温板36镶嵌在箱体10内，用于将第二TEC模块31的热量扩散至其上设置的副接收通道21、主接收通道22。箱体10内部设置有用于采集中频组件20温度的中频组件温度传感器200、用于采集副接收通道21温度的副接收通道温度传感器210、用于采集主接收通道22温度的主接收通道温度传感器220、用于采集L型组件23温度的L型组件温度传感器230。中频组件温度传感器200、副接收通道温度传感器210、主接收通道温度传感器220、L型组件温度传感器230均将采集的温度传送至PID控制器33，PID控制器33的两个输出端分别与第一TEC模块30的输入端、第二TEC模块31的输入端电连接。

如图1所示，箱体10的对外接口处设置有密封圈13；箱体10的内壁覆盖有保温板12。箱体10的外侧设置有拉手11

如图2所示，箱体10上还设置有不锈钢呼吸阀14，用于平衡箱体10内外压差，减少湿气的产生。

如表1所示，给出了各个元件的型号。

表1

Claims (10)

1.一种精密仪器的恒温控制方法，该恒温控制方法包括如下步骤：

S1，采集精密仪器箱体(10)内发热元件的温度，发热元件包括中频组件(20)、副接收通道(21)、主接收通道(22)、用于获取信息的L型组件(23)；

S2，若步骤S1采集的任一个发热元件的温度大于温度设定值，则第一制冷单元向箱体(10)内输送制冷量ΔU；

S3，输送制冷量ΔU达到设定时间之后再次采集副接收通道(21)的温度和主接收通道(22)的温度，若任一个接收通道的温度依然大于温度设定值，则第二制冷单元通过均温板(36)向温度高于温度设定值的接收通道输送制冷量ΔU′，以此使分布于均温板(36)上的该接收通道的温度降至小于温度设定值。

2.如权利要求1所述的恒温控制方法，其特征在于：通过PID算法计算制冷量ΔU和制冷量ΔU′

ΔU＝U(k)-U(k-1)

ΔU′＝U′(k′)-U′(k′-1)

其中，

U(k)、U(k-1)分别为第k时刻、k-1时刻发热元件的热量值，U′(k′)、U′(k′-1)分别为第k′时刻、k′-1时刻接收通道的热量值，e(k)、e(k-1)、e(k-2)、e(j)分别为发热元件在第k时刻、k-1时刻、k-2、j时刻的温度值，T_i为PID算法的积分时间，T_d为PID算法的微分时间，T为PID算法的计算时间，K_p为常数，e(k′)、e(k′-1)、e(k′-2)分别为接收通道在第k′时刻、k′-1时刻、k′-2时刻的温度值。

3.如权利要求1或2所述的恒温控制方法，其特征在于：所述温度设定值为35度。

4.一种基于恒温控制方法的恒温系统，其特征在于：该恒温系统包括用于采集温度并将采集的温度传送至PID控制器(33)的中频组件温度传感器(200)、副接收通道温度传感器(210)、主接收通道温度传感器(220)、L型组件温度传感器(230)，PID控制器(33)的输出端电连接制冷单元。

5.如权利要求4所述的恒温系统，其特征在于：所述制冷单元包括第一TEC模块(30)、第二TEC模块(31)、均温板(36)，所述PID控制器(33)的第一输出端通过第一H桥功率开关芯片(34)驱动第一TEC模块(30)，所述PID控制器(33)的第二输出端通过第二H桥功率开关芯片(35)驱动第二TEC模块(31)，所述第二TEC模块(31)产生的制冷量通过均温板(36)扩散在恒温系统内。

6.如权利要求5所述的恒温系统，其特征在于：所述中频组件温度传感器(200)、副接收通道温度传感器(210)、主接收通道温度传感器(220)、L型组件温度传感器(230)均通过DB25接收件(32)将采集的温度传送至PID控制器(33)。

7.一种用于放置精密仪器的的恒温箱，包括箱体(10)和设置在箱体(10)外部且与箱体(10)的内部相连通的制冷单元，其特征在于：所述箱体(10)内部设置有用于采集发热元件温度的温度传感器组，所述温度传感器组的输出端电连接PID控制器(33)的输入端，所述PID控制器(33)的输出端电连接制冷单元的输入端。

8.如权利要求7所述的恒温箱，其特征在于：所述发热元件包括设置在箱体(10)内部的中频组件(20)、副接收通道(21)、主接收通道(22)、L型组件(23)；

所述温度传感器组包括用于采集中频组件(20)温度的中频组件温度传感器(200)、用于采集副接收通道(21)温度的副接收通道温度传感器(210)、用于采集主接收通道(22)温度的主接收通道温度传感器(220)、用于采集L型组件(23)温度的L型组件温度传感器(230)；

所述制冷单元包括第一TEC模块(30)、第二TEC模块(31)、均温板(36)，所述第一TEC模块(30)、第二TEC模块(31)分别设置在箱体(10)的外部，所述副接收通道(21)和主接收通道(22)均位于均温板(36)上，且均温板(36)位于两个接收通道与第二TEC模块(31)之间；

所述中频组件温度传感器(200)、副接收通道温度传感器(210)、主接收通道温度传感器(220)、L型组件温度传感器(230)均将采集的温度传送至PID控制器(33)，所述PID控制器(33)的两个输出端分别与第一TEC模块(30)的输入端、第二TEC模块(31)的输入端电连接。

9.如权利要求7或8所述的恒温箱，其特征在于：所述箱体(10)的对外接口处设置有密封圈(13)；所述箱体(10)的内壁覆盖有保温板(12)。

10.如权利要求9所述的恒温箱，其特征在于：所述箱体(10)上还设置有不锈钢呼吸阀(14)，用于平衡箱体(10)内外压差，减少湿气的产生。

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