CN112416032A - 一种地基辐射计接收机常恒温控制系统及方法 - Google Patents
一种地基辐射计接收机常恒温控制系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112416032A CN112416032A CN202011311358.8A CN202011311358A CN112416032A CN 112416032 A CN112416032 A CN 112416032A CN 202011311358 A CN202011311358 A CN 202011311358A CN 112416032 A CN112416032 A CN 112416032A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- value
- cooling plate
- processor unit
- temperature control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 76
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 122
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 74
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 52
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 19
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 6
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims description 3
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 claims description 3
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 239000005436 troposphere Substances 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种地基辐射计接收机常恒温控制系统及方法。所述系统具有密闭保温箱体，箱体内安装制冷设备、加热设备、温度传感器等。其中，所述方法基于所述系统，该方法提出了具有补偿修正的间接PID控温技术，提出了综合分阶段高精度温度控制策略，采用间接的分段PID温度控制策略，提出了接收机温度控制保护策略，保护温控系统安全可靠的工作，使得地基辐射计接收机系统获得了较优异的性能。
Description
技术领域
本发明属于地基辐射计技术领域，尤其涉及一种地基辐射计接收机常恒温控制系统及方法。
背景技术
通过增建地基微波辐射计，增强对流层温度、湿度持续性探测能力，弥补常规探空因观测时间间隔较长获取大气信息不足的问题，便于监测中小尺度灾害性天气演变发展，以应用于信息显示、危险天气追踪、预警制作和分发，来满足暴雨、冰雹、雷暴、大风等危险天气的监测预警及快速发布需求。
地基微波辐射计是基于大气微波遥感技术的气象观测设备，测量多通道大气氧气、水汽吸收谱段的微波辐射亮温，反演实时连续对流层大气温湿廓线等多种大气参数，可作为常规高空观测的有益补充，为天气监测、预警、数值预报、人影指挥及作业效果评估提供连续的观测数据和决策依据。
地基微波辐射计在典型的微波V波段大气氧气窗口(51GHz-59GHz)和微波K波段大气水汽窗口(22GHz-31GHz)内选择合适的频率，通过对大气微波辐射的遥感测量，反演获得对流层大气温度、湿度廓线、大气柱积分水汽量、大气柱积分云水含水量等信息。
氧气和水汽大气窗口中的不同微波通道，具有不同的谱宽和衰减特性，采用多通道进行探测，可以更全面地得到大气微波背景的辐射特性，通过综合分析和反演，减小大气垂直温度和湿度测量的误差。
现有地基辐射计产品采用较容易实现的高温恒温结构(恒温箱50℃)，在设备使用环境-40℃～+40℃内，仅需要对系统一直进行加热实现恒温保持，带来的结果是牺牲了高温工作环境内的接收机寿命，使得系统可靠性下降。本方案中采用较难实现的高温(典型值：25℃)恒温工作方式,保证接收机系统稳定的前提下保全原有的寿命时间,提高了整机可靠性。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种地基辐射计接收机常恒温控制系统及方法。本发明的技术方案如下：
一种地基辐射计接收机常恒温控制系统，包括：保温箱体、冷却板、加热片、若干个制冷片、若干个散热装置、恒温控制处理器单元、若干个温度传感器、接收机系统；其中接收机系统包括：K波段接收机和V波段接收机；
冷却板用于完成接收机系统与制冷片/加热片之间的热量交换；所述V波段接收机和K波段接收机分别安装在所述冷却板的两侧；
所述若干个温度传感器分别分布于冷却板、散热装置、K波段接收机和V波段接收机上；
所述加热片安装在所述冷却板里面；
所述制冷片设置于所述保温箱体的外侧；
一个制冷片上至少设置一个散热装置；
恒温控制处理器单元与各制冷片电性连接；
恒温控制处理器单元与加热片电性连接；
恒温控制处理器单元与各温度传感器电性连接，其实时采集各温度传感器的值，并通过控制通过制冷片和加热片的电流，最终控制K波段接收机和V波段接收机的温度。
可选地，所述温度传感器采用PT1000温度传感器。
可选地，冷却板的上侧设置有x个温度传感器，冷却板的下侧设置有y个温度传感器，x、y均为正整数。
一种地基辐射计接收机常恒温控制方法，应用于如前任意一项所述的控制系统，包括如下步骤：
S1：恒温控制处理器单元采集设置于冷却板上的温度传感器的数值，并求取当前冷却板的温度值；
S2:恒温控制处理器单元根据当前冷却板的温度值，通过控制加热片或制冷片的温度，来控制接收机系统的温度。
可选地，所述步骤S1进一步包括：
S101：恒温控制处理器单元采集设置于冷却板上的温度传感器的数值；
S102:恒温控制处理器单元对步骤S101采集到的温度值进行滤波得到温度传感器的有效采样值；具体为：
针对同一个温度传感器，同一个温度信号，连续采样n次，将其累加求和，同时找出其中最大值和最小值，再从累加和中减去最大值和最小值，按n-2个采样值求平均，即得到这个温度传感器有效采样值TEMPout：
其中，TEMPi是第i次采集到的温度值，TEMPmax和TEMPmin是n次采用中最大温度值和最小温度值；n为大于2的正整数；1≤i≤n；
对所有设置于冷却板上的温度传感器均采用如上相同的求取有效采样值的方法，获得所有设置于冷却板上的温度传感器的有效采样值；
S103:恒温控制处理器单元对步骤S102获得的所有有效采样值进行一致性判断，进而计算冷却板的温度。
可选地，所述步骤S103进一步包括：
S1031:求出设置于冷却板上侧的x个温度传感器的有效采样值的均值和方差，若方差大于0.5，则需要剔除所述x个温度传感器的有效采样值中偏离均值最大的有效采样值；求取所述均值和方差的公式如下：
其中，
为设置于冷却板上侧的第j个温度传感器的有效采样值；1≤j≤x；EXup为设置于冷却板上侧的所有温度传感器有效采样值的均值；DXup为设置于冷却板上侧的所有温度传感器有效采样值的方差；
S1032：求出设置于冷却板下侧的y个温度传感器的有效采样值的均值和方差，若方差大于0.5，则需要剔除所述y个温度传感器的有效采样值中偏离均值最大的有效采样值；求取所述均值和方差的公式如下：
其中，
为设置于冷却板下侧的第k个温度传感器的有效采样值；1≤k≤y；EXdown为设置于冷却板下侧的所有温度传感器有效采样值的均值；DXdown为设置于冷却板下侧的所有温度传感器有效采样值的方差；
S1033：将S1031和S1032中未剔除的有效采样值进行加和，并求取平均数，作为冷却板的温度值。
可选地，所述温度传感器采用四线制接法，即增加了A/D采样补偿线，还加了一条A/D对地的补偿线。
可选地，步骤S2进一步包括：
S201：恒温控制处理器单元保存当前第s次采集的冷却板的温度值，并计算第s-1次温度误差，也就是当前冷却板的温度值和上一次获得的冷却板的温度值的差值；s为正整数；
S202：恒温控制处理器单元采用PID控制，计算输出占空比，并根据占空比来控制制冷片/加热片；恒温控制处理器单元通过控制制冷片\加热片，控制接收机系统制冷/加热；
S203：重新进入S201进行下一次控制周期。
可选地，步骤S202中，依据当前冷却板的温度值和目标温度值得差值作为判断依据，将温度控制划分为w个区间，对应w个区间设置w组PID参数，在不同的温度控制区间采用不用的PID参数，w为正整数。
可选地，在步骤S202中，加热片直接使用PWM波控制加热的开启和关闭；制冷片工作通过调节数字电位器的阻值调整输出电压，进而控制制冷片的功率。
可选地，步骤S202还包括：
在恒温控制处理器单元控制接收机系统制冷/加热的同时，还需要判断是否发生保护，是否产生加热和制冷的互斥。
可选地，所述控制方法还包括：
恒温控制处理器单元对接收机系统进行保护的步骤，其进一步包括：
在PWM占空比大于70％的持续加热过程中，持续加热10分钟，恒温控制处理器单元实时读取冷却板温度，若冷板温度未上升1度，则上报加热器出现故障；
在制冷片电压大于额定电压的75％的持续制冷过程中，持续制冷5分钟，恒温控制处理器单元实时读取散热器的温度，若散热器温度未大于40度，则上报制冷片故障；若在运行过程中散热器温度超过75度，则说明此时散热不够，在满负荷散热的同时，恒温控制处理器单元控制制冷片电压在额定电压的50％以下，保护制冷器件安全。
可选地，所述控制方法还包括地基辐射计接收机常恒温控制系统进行自检的步骤，其进一步包括：
S501：恒温控制处理器单元计算当前冷却板的温度值，并记录该温度值为冷板温度初始值T0；若T0温度大于25摄氏度，则进入S502；若T0温度小于25摄氏度，则进入S503；
S502：制冷自检过程，进一步包括：恒温控制处理器单元控制制冷片开始工作；预先设定15分钟作为制冷自检时间，达到制冷自检时间后，恒温控制处理器单元计算当前冷却板的温度值并记录为Tc；
计算T0与Tc的温度差值，判断差值是否满足大于0.8度的要求，若温差满足要求则上报制冷工作正常，否则报制冷故障；进入步骤S504；
S503：加热自检过程，进一步包括：恒温控制处理器单元控制加热片工作；预先设定10分钟作为加热自检时间，达到加热自检时间后，恒温控制处理器单元计算当前冷却板的温度值并记录为Tr；
计算T0和Tr的温度差值，判断差值是否满足大于1度的要求，若温差满足要求则上报加热工作正常，否则报加热故障；进入步骤S504；
S504:自检工作完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明的技术方案可以避免长时间高温环境影响接收机寿命，提高整机可靠性。
2、微波辐射计是高度精确敏感设备,其灵敏度可达到1K以下,任何一个微笑的波动均会造成测量数据不准确，本发明的技术方案可以减少系统波动所造成的不确定影响,恒温精度至±0.002℃，基本可以消除增益波动影响。
附图说明
图1为本发明具体实施例一种地基辐射计接收机常恒温控制系统的拓扑图；
图2为本发明具体实施例一种地基辐射计接收机常恒温控制的流程图；
图3为本发明具体实施例中步骤S1的流程图；
图4为本发明具体实施例中步骤S103的流程图；
图5为本发明具体实施例中步骤S2的流程图；
图6为本发明具体实施例中地基辐射计接收机常恒温控制系统进行自检的步骤的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
请参阅图1，本实施例公开了一种地基辐射计接收机常恒温控制系统，包括：保温箱体101，冷却板102，加热片103，若干个制冷片，若干个散热装置，恒温控制处理器单元106，若干个温度传感器，接收机系统108；其中接收机系统包括：K波段接收机和V波段接收机。其中，K波段为22GHz-31GHz，V波段为51GHz-59GHz。
所述若干个温度传感器分别分布于冷却板、散热装置、K波段接收机和V波段接收机上；所述加热片安装在所述冷却板里面；所述制冷片设置于所述保温箱体的外侧；一个制冷片上至少设置一个散热装置。
本实施例中，设置了4个制冷片(104-a、104-b、104-c、104-d)，4个散热装置(105-a、105-b、105-c、105-d)，14个温度传感器(107-a、107-b、107-c、107-d、107-e、107-f、107-g、107-h、107-w、107-x、107-y、107-z、107-k、107-v)。
其中，保温箱体101为一体化结构件，外层包裹1.5厘米厚的保温材料，阻隔箱体内外热量传递。
冷却板102用于完成接收机系统108与制冷片/加热片之间的热量交换，起到均热和平抑温度变化。所述V波段接收机和K波段接收机分别安装在所述冷却板102的两侧。冷却板102是实心铝制结构件，上侧安装V波段接收机，下侧安装K波段接收机。接收机系统108产生热量后传递到冷却板102上，冷却板102起到热缓冲、均衡和交换的重要作用。
本实施例中，温度传感器采用PT1000温度传感器。14个温度传感器分布于冷却板102、散热装置、K波段接收机和V波段接收机上。
其中，冷却板的上侧设置有x个温度传感器，冷却板的下侧设置有y个温度传感器，x、y均为正整数。
本实施例中，冷却板102上下表面各安装4个温度传感器(107-a、107-b、107-c、107-d、107-e、107-f、107-g、107-h)，分别测量冷却板102上下表面的四个角上的温度。需要说明的是，图1中的标识107-a,b代表的是位于冷却板对应图示位置的上下侧的两个温度传感器107-a、107-b；标识107-c,d代表的是位于冷却板对应图示位置的上下侧的两个温度传感器107-c、107-d；标识107-e,f代表的是位于冷却板对应图示位置的上下侧的两个温度传感器107-e、107-f；标识107-f,h代表的是位于冷却板对应图示位置的上下侧的两个温度传感器107-g、107-h。
加热片103安装在冷却板里面，在低温环境下使用，用于加热冷却板，进而将热量传递到接收机。这里的低温环境，是指低于常恒温的环境。制冷片在高温环境下使用，用于冷却冷却板，进而带走接收机热量。这里的高温环境，是指高于常恒温的环境。散热装置起到释放制冷片高温侧(散热面)热量的作用。本实施例中，散热装置为散热片和风扇。在保温箱体101的外侧面一共设置了4个制冷片分别为104-a、104-b、104-c、104-d。并在这4个制冷片的侧面分别设置了4个散热装置，分别为105-a、105-b、105-c、105-d。且每个散热装置上又分别设置了温度传感器107-w、107-x、107-y、107-z。
K波段接收机和V波段接收机上也分布设置了温度传感器107-k、107-v。图1的标识107-k,v代表了107-k、107-v。
恒温控制处理器单元106与各制冷片电性连接，其控制各制冷片的电流1064的通断可以控制制冷的工作与否，箱体一共加入4个制冷片分别为104-a、104-b、104-c、104-d。恒温控制处理器单元106与加热片103电性连接，其控制加热片103的电流1063的通断可以控制加热的工作与否。恒温控制处理器单元106与各散热装置电性连接，其控制各散热装置的电流1065的通断可以控制散热装置的工作与否，箱体一共加入4个散热装置分别为105-a、105-b、105-c、105-d。
恒温控制处理器单元106与各温度传感器电性连接，其通过采集各PT1000温度传感器的信号1067可以获取箱体各个位置的温度，包括冷却板102上下侧的温度(通过温度传感器107-a、107-b、107-c、107-d、107-e、107-f、107-g、107-h)、散热装置的温度(通过温度传感器107-w、107-x、107-y、107-z)和接收机系统的温度(通过温度传感器107-k、107-v)。所述控制系统要求尽可能保持接收机系统温度恒定，因此首先需要实时检测接收机温度、测温的精度直接影响温度控制的精度因此需要采用高精度温度测量方法。
恒温控制处理器单元实时采集各温度传感器的值，并通过控制通过制冷片和加热片的电流，最终控制K波段接收机和V波段接收机的温度，使K波段接收机和V波段接收机达到常恒温工作状态。
常恒温工作状态是指接收机系统的工作温度是25摄氏度以下的恒温。本发明区别于现有技术的一个特征点，现有技术的工作温度是在25度以上，而本发明是在常恒温工作状态下，带来了一系列的好处：好处一是器件寿命长，故障率降低；好处二是常温接收机系统稳定时间短(即从开机达到稳定工作状态的时间短)；好处三是接收机接收信号质量更好。
如图2，本实施例同时公开了一种地基辐射计接收机常恒温控制方法，其应用于如前所述的控制系统，包括如下步骤：
S1：恒温控制处理器单元采集设置于冷却板上的温度传感器的数值，并求取当前冷却板的温度值；
S2:恒温控制处理器单元根据当前冷却板的温度值，通过控制加热片或制冷片的温度，来控制接收机系统的温度。
所述温度传感器采用四线制接法，即增加了A/D采样补偿线，还加了一条A/D对地的补偿线。
铂电阻是国际公认的高精度测温标准传感器，具有精度高、稳定性好、性能可靠的特点。PT1000的电阻—温度关系的线性度非常好，在-200～650℃温度范围内线性度已经非常接近直线。铂电阻阻值与温度的关系可以近似用下式表示，在0～650度范围内：
Rt＝R0*(1+A*t+B*t2)
在-190～0度范围内：
Rt＝R0*(1+A*t+B*t2+C*(t-100)*t3)
式中A、B、C为常数，A＝3.96847*10-3，B＝-5.847*10-7，C＝-4.22*10-12
Rt为温度为t时的电阻值；R0为温度为0℃时的电阻值，PT1000的R0就等于100Ω，即环境温度等于0度的时候，PT1000的阻值就是100Ω。当温度变化的时候，PT1000的电阻也随之变化，通过以上电阻-温度表达式便可以计算出相对应的温度。从精度上考虑，通过改善PT1000接线方式对误差进行补偿采用四线制接法，增加了A/D采样补偿线，还加了一条A/D对地的补偿线，这样可以近一步的减小测量误差。
如图3，所述步骤S1进一步包括：
S101：恒温控制处理器单元采集设置于冷却板上的温度传感器的数值；
S102:恒温控制处理器单元对步骤S101采集到的温度值进行滤波得到温度传感器的有效采样值；具体为：
针对同一个温度传感器，同一个温度信号，连续采样n次，将其累加求和，同时找出其中最大值和最小值，再从累加和中减去最大值和最小值，按n-2个采样值求平均，即得到这个温度传感器有效采样值TEMPout：
其中，TEMPi是第i次采集到的温度值，TEMPmax和TEMPmin是n次采用中最大温度值和最小温度值；n为大于2的正整数；1≤i≤n；
对所有设置于冷却板上的温度传感器均采用如上相同的求取有效采样值的方法，获得所有设置于冷却板上的温度传感器的有效采样值；
S103:恒温控制处理器单元对步骤S102获得的所有有效采样值进行一致性判断，进而计算冷却板的温度。
需要说明的是：通过对单个传感器的采样信号进行滤波减小随机误差，由于外界干扰或某些不可预知的因素，模拟量在受到干扰后，经A/D转换后的结果偏离了真实值，可能会出现一些随机的误差，因此可以采样多个点采用去极值均值滤波，对于明显干扰或粗大误差使采样值远离其实际值，可以比较容易地将其剔除，不参与平均值计算，从而使平均滤波的输出值更接近真实值。
如图4，所述步骤S103进一步包括：
S1031:求出设置于冷却板上侧的x个温度传感器的有效采样值的均值和方差，若方差大于0.5，则需要剔除所述x个温度传感器的有效采样值中偏离均值最大的有效采样值；求取所述均值和方差的公式如下：
其中，
为设置于冷却板上侧的第j个温度传感器的有效采样值；1≤j≤x；EXup为设置于冷却板上侧的所有温度传感器有效采样值的均值；DXup为设置于冷却板上侧的所有温度传感器有效采样值的方差；
本实施例中，求取设置于冷却板上侧的4个温度传感器的有效采样值和方差。
S1032：求出设置于冷却板下侧的y个温度传感器的有效采样值的均值和方差，若方差大于0.5，则需要剔除所述y个温度传感器的有效采样值中偏离均值最大的有效采样值；求取所述均值和方差的公式如下：
其中，
为设置于冷却板下侧的第k个温度传感器的有效采样值；1≤k≤y；EXdown为设置于冷却板下侧的所有温度传感器有效采样值的均值；DXdown为设置于冷却板下侧的所有温度传感器有效采样值的方差；
本实施例中，求取设置于冷却板下侧的4个温度传感器的有效采样值和方差。
S1033：将S1031和S1032中未剔除的有效采样值进行加和，并求取平均数，作为冷却板的温度值。
需要说明的是：对单个传感器温度传感器温度值滤波后可以得到较为准确地单点温度值，地基辐射计接收机系统的温度控制最终是通过控制冷却板102温度间接实现接收机温度的稳定，对冷却板102温度的测量精度尤其重要。因此本恒温接收机系统冷板上下侧各安装4个温度传感器，分别测量冷却板102上下侧的四个角上的温度。冷却板是实心铝制结构件，上面安装V波段接收机，下面安装k波段接收机。接收机产生热量后传递到冷板上，冷板起到热缓冲、均衡和交换的重要作用。只要控制住冷板温度，那接收机相对冷板的温度也是固定的，间接控制了接收机温度。
如图5，步骤S2进一步包括：
S201：恒温控制处理器单元保存当前第s次采集的冷却板的温度值，并计算第s-1次温度误差，也就是当前冷却板的温度值和上一次获得的冷却板的温度值的差值；s为正整数；
S202：恒温控制处理器单元采用PID控制，计算输出占空比，并根据占空比来控制制冷片/加热片；恒温控制处理器单元通过控制制冷片\加热片，控制接收机系统制冷/加热；
S203：重新进入S201进行下一次控制周期。
其中，步骤S202中，依据当前冷却板的温度值和目标温度值得差值作为判断依据，将温度控制划分为w个区间，对应w个区间设置w组PID参数，在不同的温度控制区间采用不用的PID参数，w为正整数。
本实施例中，根据综合分阶段高精度温度控制策略，依据当前冷却板温度和冷却板目标温度的差值作为判断依据，一共划分了4组PID参数，在不同的温度查范围内采用不用的PID参数，目的是保证在温差大时候的快速响应特性，因此比例系数较大，在温差很小的时候调整温度控制数据PID参数防止温度控制超调和波动过大。
其中，在步骤S202中，加热片直接使用PWM波控制加热的开启和关闭；制冷片工作通过调节数字电位器的阻值调整输出电压，进而控制制冷片的功率。
需要说明的是：本实施例的常恒温控制系统采用位置式PID控制，由比例环节产生的控制量只与第k次采样的偏差有关，由微分环节产生的控制量也只与第k次和k-1次采样的偏差量有关，而由积分环节产生的控制量则与前k次采样的偏差量都有关。在过程的开始、结束或者大幅度的增减设定值时，有可能导致较大的积分累积，使得控制量超过执行机构的允许动作范围对应的极限控制量，引起系统较大的超调或震荡。温度过程对象变化比较缓慢且带有纯滞后环节，此时在积分项的作用下，往往会产生较大的超调和长时间的温度波动。
本实施例的常恒温控制系统提出了在PID控制参数根据测量值与设定值偏差的变化，实施分段PID控制策略。既保证了控制的精度，又保证了控制的响应速度。加热采用聚酰亚胺加热膜，通过控制电流控制加热片是否工作。制冷设备采用半导体制冷片，通过控制电流的通断和方向控制制冷的工作与否和制冷方向。对于加热片，通断可快速切换，可以采用PWM调制波来控制加热的功率。对于制冷片，不能满足通断快速切换，断态到通态切换时间间隔需要1秒，因此通过调节数字电位器的阻值调整输出电压，进而控制制冷片的功率。
制冷和加热的工作过程是一对互斥过程，制冷和加热都是作用与冷板，如果同时工作可能会造成制冷器损坏。并且加热和制冷的安装位置不同，热的传递需要时间，对于温度传感器采集点的温度来说，存在滞后性，为避免加热和制冷频繁工作过程切换，工作过程切换需要有一段间隔时间，也就是切换引入滞环过程。
其中，步骤S202还包括：
在恒温控制处理器单元控制接收机系统制冷/加热的同时，还需要判断是否发生保护，是否产生加热和制冷的互斥。
其中，所述常恒温控制方法，还包括：恒温控制处理器单元对接收机系统进行保护的步骤，其进一步包括：
在PWM占空比大于70％的持续加热过程中，持续加热10分钟，恒温控制处理器单元实时读取冷却板温度，若冷板温度未上升1度，则上报加热器出现故障；
在制冷片电压大于其额定电压的75％的持续制冷过程中，持续制冷5分钟，恒温控制处理器单元实时读取散热器的温度，若散热器温度未大于40度，则上报制冷片故障；若在运行过程中散热器温度超过75度，则说明此时散热不够，在满负荷散热的同时，恒温控制处理器单元控制制冷片电压在额定电压的50％以下，保护制冷器件安全。这里的额定电压是指制冷片正常工作时的电压。
其中，所述常恒温控制方法，还包括：地基辐射计接收机常恒温控制系统进行自检的步骤，如图6，其进一步包括：
S501：恒温控制处理器单元计算当前冷却板的温度值，并记录该温度值为冷板温度初始值T0；若T0温度大于25摄氏度，则进入S502；若T0温度小于25摄氏度，则进入S503；
S502：制冷自检过程，进一步包括：恒温控制处理器单元控制制冷片开始工作；预先设定15分钟作为制冷自检时间，达到制冷自检时间后，恒温控制处理器单元计算当前冷却板的温度值并记录为Tc；
计算T0与Tc的温度差值，判断差值是否满足大于0.8度的要求，若温差满足要求则上报制冷工作正常，否则报制冷故障；进入步骤S504；
S503：加热自检过程，进一步包括：恒温控制处理器单元控制加热片工作；预先设定10分钟作为加热自检时间，达到加热自检时间后，恒温控制处理器单元计算当前冷却板的温度值并记录为Tr；
计算T0和Tr的温度差值，判断差值是否满足大于1度的要求，若温差满足要求则上报加热工作正常，否则报加热故障；进入步骤S504；
S504:自检工作完成。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (13)
1.一种地基辐射计接收机常恒温控制系统，其特征在于，包括：保温箱体、冷却板、加热片、若干个制冷片、若干个散热装置、恒温控制处理器单元、若干个温度传感器、接收机系统；其中接收机系统包括：K波段接收机和V波段接收机；
冷却板用于完成接收机系统与制冷片/加热片之间的热量交换；所述V波段接收机和K波段接收机分别安装在所述冷却板的两侧；
所述若干个温度传感器分别分布于冷却板、散热装置、K波段接收机和V波段接收机上；
所述加热片安装在所述冷却板里面；
所述制冷片设置于所述保温箱体的外侧；
一个制冷片上至少设置一个散热装置；
恒温控制处理器单元与各制冷片电性连接；
恒温控制处理器单元与加热片电性连接；
恒温控制处理器单元与各温度传感器电性连接，其实时采集各温度传感器的值，并通过控制通过制冷片和加热片的电流，最终控制K波段接收机和V波段接收机的温度。
2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述温度传感器采用PT1000温度传感器。
3.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，冷却板的上侧设置有x个温度传感器，冷却板的下侧设置有y个温度传感器，x、y均为正整数。
4.一种地基辐射计接收机常恒温控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至3任意一项所述的控制系统，包括如下步骤：
S1：恒温控制处理器单元采集设置于冷却板上的温度传感器的数值，并求取当前冷却板的温度值；
S2:恒温控制处理器单元根据当前冷却板的温度值，通过控制加热片或制冷片的温度，来控制接收机系统的温度。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：
S101：恒温控制处理器单元采集设置于冷却板上的温度传感器的数值；
S102:恒温控制处理器单元对步骤S101采集到的温度值进行滤波得到温度传感器的有效采样值；具体为：
针对同一个温度传感器，同一个温度信号，连续采样n次，将其累加求和，同时找出其中最大值和最小值，再从累加和中减去最大值和最小值，按n-2个采样值求平均，即得到这个温度传感器有效采样值TEMPout：
其中，TEMPi是第i次采集到的温度值，TEMPmax和TEMPmin是n次采用中最大温度值和最小温度值；n为大于2的正整数；1≤i≤n；
对所有设置于冷却板上的温度传感器均采用如上相同的求取有效采样值的方法，获得所有设置于冷却板上的温度传感器的有效采样值；
S103:恒温控制处理器单元对步骤S102获得的所有有效采样值进行一致性判断，进而计算冷却板的温度。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S103进一步包括：
S1031:求出设置于冷却板上侧的x个温度传感器的有效采样值的均值和方差，若方差大于0.5，则需要剔除所述x个温度传感器的有效采样值中偏离均值最大的有效采样值；求取所述均值和方差的公式如下：
其中，
为设置于冷却板上侧的第j个温度传感器的有效采样值；1≤j≤x；EXup为设置于冷却板上侧的所有温度传感器有效采样值的均值；DXup为设置于冷却板上侧的所有温度传感器有效采样值的方差；
S1032：求出设置于冷却板下侧的y个温度传感器的有效采样值的均值和方差，若方差大于0.5，则需要剔除所述y个温度传感器的有效采样值中偏离均值最大的有效采样值；求取所述均值和方差的公式如下：
其中，
为设置于冷却板下侧的第k个温度传感器的有效采样值；1≤k≤y；EXdown为设置于冷却板下侧的所有温度传感器有效采样值的均值；DXdown为设置于冷却板下侧的所有温度传感器有效采样值的方差；
S1033：将S1031和S1032中未剔除的有效采样值进行加和，并求取平均数，作为冷却板的温度值。
7.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述温度传感器采用四线制接法，即增加了A/D采样补偿线，还加了一条A/D对地的补偿线。
8.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：
S201：恒温控制处理器单元保存当前第s次采集的冷却板的温度值，并计算第s-1次温度误差，也就是当前冷却板的温度值和上一次获得的冷却板的温度值的差值；s为正整数；
S202：恒温控制处理器单元采用PID控制，计算输出占空比，并根据占空比来控制制冷片/加热片；恒温控制处理器单元通过控制制冷片\加热片，控制接收机系统制冷/加热；
S203：重新进入S201进行下一次控制周期。
9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，步骤S202中，依据当前冷却板的温度值和目标温度值得差值作为判断依据，将温度控制划分为w个区间，对应w个区间设置w组PID参数，在不同的温度控制区间采用不用的PID参数，w为正整数。
10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在步骤S202中，加热片直接使用PWM波控制加热的开启和关闭；制冷片工作通过调节数字电位器的阻值调整输出电压，进而控制制冷片的功率。
11.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，步骤S202还包括：
在恒温控制处理器单元控制接收机系统制冷/加热的同时，还需要判断是否发生保护，是否产生加热和制冷的互斥。
12.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括：恒温控制处理器单元对接收机系统进行保护的步骤，其进一步包括：
在PWM占空比大于70％的持续加热过程中，持续加热10分钟，恒温控制处理器单元实时读取冷却板温度，若冷板温度未上升1度，则上报加热器出现故障；
在制冷片电压大于额定电压的75％的持续制冷过程中，持续制冷5分钟，恒温控制处理器单元实时读取散热器的温度，若散热器温度未大于40度，则上报制冷片故障；若在运行过程中散热器温度超过75度，则说明此时散热不够，在满负荷散热的同时，恒温控制处理器单元控制制冷片电压在额定电压的50％以下，保护制冷器件安全。
13.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括：
地基辐射计接收机常恒温控制系统进行自检的步骤，其进一步包括：
S501：恒温控制处理器单元计算当前冷却板的温度值，并记录该温度值为冷板温度初始值T0；若T0温度大于25摄氏度，则进入S502；若T0温度小于25摄氏度，则进入S503；
S502：制冷自检过程，进一步包括：恒温控制处理器单元控制制冷片开始工作；预先设定15分钟作为制冷自检时间，达到制冷自检时间后，恒温控制处理器单元计算当前冷却板的温度值并记录为Tc；
计算T0与Tc的温度差值，判断差值是否满足大于0.8度的要求，若温差满足要求则上报制冷工作正常，否则报制冷故障；进入步骤S504；
S503：加热自检过程，进一步包括：恒温控制处理器单元控制加热片工作；预先设定10分钟作为加热自检时间，达到加热自检时间后，恒温控制处理器单元计算当前冷却板的温度值并记录为Tr；
计算T0和Tr的温度差值，判断差值是否满足大于1度的要求，若温差满足要求则上报加热工作正常，否则报加热故障；进入步骤S504；
S504:自检工作完成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011311358.8A CN112416032B (zh) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 一种地基辐射计接收机常恒温控制系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011311358.8A CN112416032B (zh) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 一种地基辐射计接收机常恒温控制系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112416032A true CN112416032A (zh) | 2021-02-26 |
| CN112416032B CN112416032B (zh) | 2022-03-01 |
Family
ID=74777038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011311358.8A Active CN112416032B (zh) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 一种地基辐射计接收机常恒温控制系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112416032B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113961024A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-21 | 四创电子股份有限公司 | 一种自适应恒温控制系统及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040098145A1 (en) * | 2002-11-14 | 2004-05-20 | Liu Zhenduo | Hybrid cascade model-based predictive control system |
| CN101566529A (zh) * | 2008-04-24 | 2009-10-28 | 海信（北京）电器有限公司 | 冰箱的一种自检方法 |
| CN101994246A (zh) * | 2009-08-28 | 2011-03-30 | 海尔集团公司 | 滚筒干衣机故障自检方法 |
| CN209043373U (zh) * | 2018-12-17 | 2019-06-28 | 南京瑞吾电气有限公司 | 应用于户外电气柜的内部环境信息监控系统 |
-
2020
- 2020-11-20 CN CN202011311358.8A patent/CN112416032B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040098145A1 (en) * | 2002-11-14 | 2004-05-20 | Liu Zhenduo | Hybrid cascade model-based predictive control system |
| CN101566529A (zh) * | 2008-04-24 | 2009-10-28 | 海信（北京）电器有限公司 | 冰箱的一种自检方法 |
| CN101994246A (zh) * | 2009-08-28 | 2011-03-30 | 海尔集团公司 | 滚筒干衣机故障自检方法 |
| CN209043373U (zh) * | 2018-12-17 | 2019-06-28 | 南京瑞吾电气有限公司 | 应用于户外电气柜的内部环境信息监控系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 谢莹: "数字相关型全极化微波辐射计温控系统设计及其对定标的影响分析", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113961024A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-21 | 四创电子股份有限公司 | 一种自适应恒温控制系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112416032B (zh) | 2022-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102721479B (zh) | 一种户外电气设备温升的在线监测方法 | |
| DE112014005627B4 (de) | Innentemperatursensor | |
| CN111351583A (zh) | 红外测温的温度修正方法及红外热成像仪 | |
| US5644080A (en) | Method of measuring dewpoint or gas concentration and apparatus for prediction of icing | |
| CN112416032B (zh) | 一种地基辐射计接收机常恒温控制系统及方法 | |
| CN112013978B (zh) | 一种温度传感器动态温度测量的自动补偿方法 | |
| CN102620833B (zh) | 红外测温方法和红外测温系统 | |
| CN104180929A (zh) | 一种热阻式热流传感器的校准方法 | |
| CN104714572A (zh) | 一种微波辐射计高精度恒温控制方法 | |
| CN102778627A (zh) | 电缆载流量确定方法和电缆载流量确定装置 | |
| TW202124926A (zh) | 高精準度非接觸式溫度量測裝置 | |
| US8569701B2 (en) | Absolute cavity pyrgeometer | |
| CN201697888U (zh) | 一种单一材料围护结构热惰性指标的检测装置 | |
| CN110726751B (zh) | 一种建筑外窗保温性能快速检测装置及其控制方法 | |
| CN104571186A (zh) | 一种微波辐射计高精度恒温控制装置 | |
| CN111879417A (zh) | 一种热红外成像模组温度控制装置及控制方法 | |
| CN117470900A (zh) | 基于红外热成像仪的墙体传热系数测定方法 | |
| JP2022008764A (ja) | 太陽光発電所の日射量推定方法 | |
| KR100995709B1 (ko) | 유입식 변압기 부하관리장치 | |
| Zhang et al. | Error analysis of relative temperature difference discrimination method for infrared temperature measurement of low temperature electrical equipment | |
| JP3409438B2 (ja) | ガス絶縁開閉装置のガス圧力監視方法 | |
| CN207263931U (zh) | 一种用于NaI(Tl)γ能谱仪的恒温稳谱系统 | |
| KR100888458B1 (ko) | 배터리 내부 온도 예측 방법 | |
| CN115824464A (zh) | 一种热通量传感器标定方法及装置 | |
| KR20140075099A (ko) | 송전선 감시용 스마트센서를 이용한 태양열이득의 추정과 동적송전용량 오차 보정 시스템 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |