CN113108770A - 一种用于小型化serf陀螺仪的循环水冷式恒温装置 - Google Patents

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秦德鑫
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Abstract

本发明一种用于小型化SERF陀螺仪的循环水冷式恒温装置,包括恒温装置组件以及保温装置组件,恒温装置组件包括恒温箱体、盖板、毛毡垫板、换热管、水泵、进水管以及半导体制冷片。恒温箱体为三层空间结构,最外层为储水空间,中间层为放置换热管空间,内层为放置小型化SERF陀螺仪的容纳腔;水泵通过进水管与进水口连通,另一端与换热管连接,换热管末端连接出水口;恒温箱体外侧四个壁面铺设半导体制冷片,来对储水空间内的水介质进行加热或制冷;恒温箱体与盖板连接处设置有毛毡垫板,以此来进行密封。恒温装置整体套设在保温装置内部,保温箱体和保温箱盖上固定有合页以及锁扣,两者通过合页以及锁扣进行连接开合,在保温箱体上层设置有硅胶垫,保温箱体和保温箱盖合紧时,通过硅胶垫进行密封。

Description

一种用于小型化SERF陀螺仪的循环水冷式恒温装置
技术领域
本发明涉及一种用于小型化SERF陀螺仪的循环水冷式恒温装置,属于SERF陀螺仪应用领域。
背景技术
在原子高密度和零磁环境条件下,SERF陀螺仪电子自旋进入无自旋交换弛豫(SERF)态,电子自旋磁矩具有定轴性,SERF陀螺仪利用这一特点实现载体转动信息测量,陀螺具有小体积、超高精度和双轴输出等特点。SERF态的稳定性直接决定了SERF陀螺仪指标性能,温度决定了SERF陀螺仪碱金属原子数密度,且成指数增长关系,温度的微小波动直接造成原子数密度的较大变化,导致原子极化率的不稳定,使得陀螺信号输出存在长期波动和漂移,限制了SERF陀螺仪的超高精度性能指标。因此,需要对原子气室温度进行高精度温控。目前,SERF陀螺仪采用内部温控并辅助隔热保温等结构的方法对原子气室进行温度控制,但这种方法对环境温度波动的抑制作用较小,环境温度的变化仍然对陀螺性能表现影响较大,直接限制了SERF陀螺仪性能的进一步提升。高精度SERF陀螺仪需要对环境温度进行精确控制。
目前,常规的恒温设备采用烘烤方式,内部风力较大,不利于陀螺信号稳定。因此,水冷恒温是SERF陀螺仪环境温度控制方案的主要选择。现有成熟的水冷恒温设备一般采用分体式结构,其恒温箱与水冷系统分离,通过管路连接,这种分体式结构体积大,使用不方便。其次,分体式恒温设备温度控制精度较低,不满足SERF陀螺仪的温控要求。
本发明针对小型化SERF陀螺仪工作及其结构特点,设计了紧凑以及高稳定性的循环水冷式恒温装置,可实现对陀螺环境温度的精确控制,降低环境温度波动对陀螺造成的信号误差,进一步突破陀螺性能极限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:克服现有恒温装置的不足,提供一种用于小型化SERF陀螺仪的水冷式恒温装置。通过一体化结构集成设计和半导体制冷片制冷方式,构成一套适用于SERF陀螺仪的结构紧凑、便携、温控精度高的循环水冷式恒温装置,实现SERF陀螺仪环境温度的稳定性控制,克服了原有恒温装置风大、体积大和温控精度低的缺点。
本发明目的通过以下技术方案予以实现:
一种用于小型化SERF陀螺仪的循环水冷式恒温装置,包括恒温装置组件以及保温装置组件,恒温装置组件包括恒温箱体、盖板、毛毡垫板、换热管、水泵、进水管以及半导体制冷片。恒温箱体为三层空间结构,最外层为储水空间,中间层为放置换热管空间,内层为放置小型化SERF陀螺仪的容纳腔;水泵通过进水管与进水口连通,另一端与换热管连接,换热管末端连接出水口;恒温箱体外侧四个壁面铺设半导体制冷片,来对储水空间内的水介质进行加热或制冷,半导体制冷片与外部电源电性连接;恒温箱体与盖板连接处设置有所述毛毡垫板,恒温箱体与盖板固定连接后将毛毡垫板压紧,以此来进行密封。
上述用于小型化SERF陀螺仪的循环水冷式恒温装置,其保温装置组件包括保温箱体、保温箱盖、合页、锁扣、密封垫。保温箱体与保温箱盖后表面通过合页开合连接,前表面通过锁扣固定,密封垫放置于保温箱体上方与保温箱盖的接触处,保温箱体和保温箱盖合紧后将密封垫压紧,通过这样的方式尽可能减少内外热量传递。
恒温箱体和盖板为具有良好导热性能的金属材料,便于恒温装置内部进行热量交换来达到恒温要求。
保温箱体和保温箱盖为具有良好隔热性能的材料。
恒温装置整体套设在保温装置内部,来减少与外界热量传递。
上述用于小型化SERF陀螺仪的循环水冷式恒温装置,进水口与出水口位于恒温箱体两侧,进水口以及出水口均位于恒温箱体下方;水泵打开后,水通过进水管泵入换热管中,在换热管中流通一周后从出水口流入储水空间,从而实现恒温水循环。
上述用于小型化SERF陀螺仪的循环水冷式恒温装置,恒温箱体容纳腔内侧壁面上粘结固定有温度传感器,实时检测容纳腔内的温度。
上述用于小型化SERF陀螺仪的循环水冷式恒温装置,保温箱盖上设置有保温棉,保温棉厚度稍大于保温箱盖深度,保温箱合紧后,通过保温棉将恒温箱压紧。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果:
(1)本发明使用双重恒温结构,构成一套水冷式恒温装置,可通过换热管与容纳腔进行热量交换,提高了恒温装置的抗温度变化能力;
(2)本发明将恒温装置套设在保温装置内部,通过密封垫进行密封,与外界的热传递小,温度控制精度高,温度控制精度可达±0.1℃水平;
(3)本发明将恒温装置与保温装置各个结构集成为一个整体,通过合页与锁扣开合连接,增强了装置的便携性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图;
图2为本发明的整体结构示意图;
图3为本发明的内部结构示意图;
图4位本发明的内部结构示意图;
图中:1-恒温箱、11-恒温箱体、12-盖板、13-毛毡垫板、14-换热管、15-水泵、16-进水管、17-半导体制冷片、18-进水口、19-出水口、2-保温箱、21-保温箱体、22-保温箱盖、23-合页、24-锁扣、25-密封垫。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
如图1、2、3和4所示,本发明包括恒温装置组件1以及保温装置组件2,恒温装置1组件包括恒温箱体11、盖板12、毛毡垫板13、换热管14、水泵15、进水管16以及半导体制冷片17。恒温箱体11为三层空间结构,最外层为储水空间,中间层为放置换热管空间,内层为放置小型化SERF陀螺仪的容纳腔;水泵15通过进水管16与进水口18连通,另一端与换热管14连接,换热管14末端连接出水口19;恒温箱体11外侧四个壁面铺设半导体制冷片17,来对储水空间内的水介质进行加热制冷,半导体制冷片17与外部电源电性连接;恒温箱体11与盖板12连接处设置有毛毡垫板13,恒温箱体与盖板固定连接后将毛毡垫板13压紧,以此来进行密封。
本实施例中,保温装置2组件包括保温箱体21、保温箱盖22、合页23、锁扣24、密封垫25。保温箱体21与保温箱盖22后表面通过合页23开合连接,前表面通过所述锁扣24固定,密封垫25放置于保温箱体22上方与保温箱盖22的接触处。保温箱体21和保温箱盖22合紧后将密封垫25压紧,通过这样的方式尽可能减少内外热量传递。
恒温箱体11和盖板12为具有良好导热性能的金属材料,便于所述恒温装置1内部进行热量交换来达到恒温要求;保温箱体21和保温箱盖22为具有良好隔热性能的材料。
将恒温装置1整体套设在保温装置2内部,来减少与外界热量传递。
进水口18与出水口19位于恒温箱体11两侧,进水口18以及出水口19均位于恒温箱体下方;水泵15打开后,水通过进水管16泵入换热管14中,在换热管14中流通一周后从出水口流入储水空间,从而实现恒温水循环。
恒温箱体11容纳腔内侧壁面上粘结固定有温度传感器,来实时检测容纳腔内的温度是否满足所设定温度。
在保温箱盖22内部设置保温棉,保温棉厚度稍大于保温箱盖22深度,保温装置1合紧后,通过保温棉将恒温装置1压紧。
本发明的工作原理及使用方法如下:工作原理为首先设定温度要求,通过半导体制冷片17对储水空间中的水进行制冷或加热,当储水空间中的水达到恒温要求后,水泵15打开,恒温水通过进水管16泵入换热管14中,恒温水在换热管14中流通一周后,从出水口19流回储水空间,来实现恒温水循环。之后通过粘接在容纳腔内壁上的温度传感器来检测容纳腔内是否满足温度要求,若不满足温度要求,则半导体制冷片17对储水空间中的水进行进一步地加热或制冷,直至满足温度要求。使用方法为工作人员在恒温箱体11的储水空间中注入足量的水,之后将恒温箱体11和盖板12固定,两者将毛毡垫板13压紧以密封。接下来将小型化SERF陀螺仪放入容纳腔中,设定好温度要求,将恒温装置1整体放入保温装置2中,放置好后将保温箱盖22合紧,并通过锁扣24锁紧,保温箱盖22中的保温棉将恒温装置1压紧,同时通过保温箱体21和保温箱盖22合紧来压紧密封垫25,以实现整体的保温密封。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
本发明可应用于核磁共振陀螺仪、SERF陀螺仪、原子磁力仪等原子仪表中。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种用于小型化SERF陀螺仪的循环水冷式恒温装置,其特征在于,包括恒温装置组件(1)以及保温装置组件(2);所述恒温装置(1)整体套设在所述保温装置(2)内部,用于减少与外界热量传递;
所述恒温装置(1)组件包括恒温箱体(11)、盖板(12)、毛毡垫板(13)、换热管(14)、水泵(15)、进水管(16)以及半导体制冷片(17);
所述恒温箱体(11)为三层空间结构,最外层为储水空间,中间层为放置换热管空间,内层为放置小型化SERF陀螺仪的容纳腔;所述恒温箱体(11)与所述盖板(12)连接处设置有所述毛毡垫板(13),所述恒温箱体(11)与所述盖板(12)固定连接后将所述毛毡垫板(13)压紧,以此来进行密封;所述水泵(15)一端通过所述进水管(16)与进水口(18)连通,另一端与所述换热管(14)连接,所述换热管(14)末端连接出水口(19);所述恒温箱体(11)外侧四个壁面铺设所述半导体制冷片(17),来对储水空间内的水介质进行加热制冷,所述半导体制冷片(17)与外部电源电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于小型化SERF陀螺仪的循环水冷式恒温装置,其特征在于:所述保温装置(2)组件包括保温箱体(21)、保温箱盖(22)、合页(23)、锁扣(24)、密封垫(25);
所述保温箱体(21)与所述保温箱盖(22)后表面通过所述合页(23)开合连接,前表面通过所述锁扣(24)固定;所述密封垫(25)放置于所述保温箱体(22)上方与所述保温箱盖(22)的接触处;保温箱体(21)和保温箱盖(22)合紧后将密封垫(25)压紧,通过此种方式尽可能减少内外热量传递。
3.根据权利要求1所述的一种用于小型化SERF陀螺仪的循环水冷式恒温装置,其特征在于:所述恒温箱体(11)和所述盖板(12)采用具有良好导热性能的金属材料,便于所述恒温装置(1)内部进行热量交换来达到恒温要求。
4.根据权利要求1所述的一种用于小型化SERF陀螺仪的循环水冷式恒温装置,其特征在于:所述保温箱体(21)和所述保温箱盖(22)采用具有良好隔热性能的材料。
5.根据权利要求1所述的一种用于小型化SERF陀螺仪的循环水冷式恒温装置,其特征在于:所述进水口(18)与所述出水口(19)位于所述恒温箱体(11)两侧,所述进水口(18)以及所述出水口(19)均位于所述恒温箱体(11)下方;所述水泵(15)打开后,水通过所述进水管(16)泵入所述换热管(14)中,在所述换热管(14)中流通一周后从所述出水口(19)流入储水空间,从而实现恒温水循环。
6.根据权利要求1所述的一种用于小型化SERF陀螺仪的循环水冷式恒温装置,其特征在于:所述恒温箱体(11)容纳腔内侧壁面上粘结固定有温度传感器,来实时检测容纳腔内的温度。
7.根据权利要求2所述的一种用于小型化SERF陀螺仪的循环水冷式恒温装置,其特征在于:所述保温箱盖(22)上设置有保温棉,保温棉厚度大于所述保温箱盖(21)深度,所述保温装置(2)合紧后,将所述恒温装置(1)压紧。
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