CN202403796U - 一种具有恒温装置的紫外传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有恒温装置的紫外传感器，其包括壳体及光电感应器；壳体内设有恒温装置，光电感应器通过恒温装置安装于壳体内，恒温装置采集光电感应器在壳体内的工作温度，且恒温装置将采集的工作温度与预设温度比较，并使得光电感应器工作于预设温度范围内。本实用新型在根本上消除了光电感应器的温度特性对辐射测量的不利影响，极大的提高了紫外辐射传感器的测量精度，满足了全地域、高精度、常年野外紫外辐射监测的实际需要；通过隔热筒形成一端强化隔热效果以减小恒温点热流扩散速率，一端强化散热性能以减小冷热端温差持续增大趋势的总体结构设计方案，强化了温度控制性能，降低了恒温控制的功率消耗；结构紧凑。

Description

一种具有恒温装置的紫外传感器

技术领域

本实用新型涉及一种紫外传感器，尤其是一种具有恒温装置的紫外传感器，具体地说是适用于对太阳辐射或其它人工辐射源中紫外分量的高精度测量，并通过对传感器工作温度控制来适应室外环境、宽地域范围，实现高精度要求的紫外辐射测量，属于紫外辐射测量的技术领域。

背景技术

随着大气臭氧空洞的发现，太阳辐射中紫外分量的测量日益引起人们的高度重视。相关部门不仅通过对紫外辐射的监测和预报，为公众提供卫生安全方面的预警服务，而且通过在全球范围内进行精确的太阳紫外辐射监测，获得地球环境变化的相关信息，为气象、环境、地球物理等学科的研究提供重要的科学依据。目前的紫外辐射传感器一般采用光电法进行测量，但光电器件通常存在一个非线性的温度特性，尤其是在紫外段和红外端。由于在波段紫外辐射强度本身很微弱，在宽温度范围内环境温度变化带来的测量误差将会很大，如图1所示。

因此，目前国内生产的紫外辐射传感器由于光电器件温度特性的限制，通常只适用于较低精度的测量，或者只适用于实验室环境的应用场合。作为高精度太阳辐射监测的重要组成部分，高精度紫外辐射监测装备需要在全球绝大部分地区进行常年的野外工作，工作温度范围可能在-40℃-60℃的范围内，迫切需要一种能够在环境温度大幅度变化情况下保持较高测量精度的紫外辐射传感器。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有恒温装置的紫外传感器，其结构紧凑，提高适用范围及测量精度，使用方便。

按照本实用新型提供的技术方案，所述具有恒温装置的紫外传感器，包括壳体及位于所述壳体内的光电感应器；所述壳体内设有恒温装置，所述光电感应器通过恒温装置安装于壳体内，所述恒温装置采集光电感应器在壳体内的工作温度，且恒温装置将采集的工作温度与预设温度比较，并使得光电感应器工作于预设温度范围内。

所述恒温装置包括均热器，光电感应器紧固安装于所述均热器的下部，且光电感应器及均热器与半导体制冷器的上端导热接触；半导体制冷器的下端通过热沉与壳体的下部导热接触，半导体制冷器及均热器通过热沉安装于壳体内；均热器上设有温度传感器，所述温度传感器与热沉下方的温度控制电路的输入端相连，所述温度控制电路的输出端与半导体制冷器相连；温度传感器检测光电感应器的工作温度，并将检测得到的工作温度输入温度控制电路内，所述温度控制电路将检测得到的工作温度与预设温度比较，通过半导体制冷器使得光电感应器的工作温度与预设温度相匹配。

所述热沉与均热器间设有隔热筒，所述隔热筒通过隔热筒压圈安装于热沉上；所述隔热筒的上部设有隔热环，所述隔热环与均热器的上端相接触。

所述隔热筒的上端通过滤色片压圈安装有紫外滤色片，所述紫外滤色片的下端与隔热环相接触。

所述壳体的顶端设有余弦校正器，所述余弦校正器通过校正器压圈安装于壳体上。

所述温度控制电路包括微处理器；温度传感器通过A/D转换器与微处理器的输入端相连，微处理器通过驱动器与半导体制冷器相连，微处理器与存储模块相连，微处理器及驱动器的电源端与电源模块相连。

所述壳体的下端设有干燥剂仓，所述干燥剂仓与壳体内的腔体相连通；干燥剂仓内设有用于对壳体内空气干燥的干燥剂筒。

所述壳体包括下壳体，所述下壳体的上端设有上壳体，所述上壳体与下壳体对应配合。

所述壳体的下端设有密封接线柱，所述连接线通过密封接线柱与恒温装置电连接。

所述壳体的轴线与光电感应器的轴线位于同一直线上。

本实用新型的优点：通过温度传感器采集光电感应器的工作温度，利用半导体制冷器和温度控制电路将光电感应器的工作温度始终稳定在一个特定的狭小温度区间，从而在根本上消除了光电感应器的温度特性对辐射测量的不利影响，极大的提高了紫外辐射传感器的测量精度，满足了全地域、高精度、常年野外紫外辐射监测的实际需要；通过隔热筒形成一端强化隔热效果以减小恒温点热流扩散速率，一端强化散热性能以减小冷热端温差持续增大趋势的总体结构设计方案，强化了温度控制性能，降低了恒温控制的功率消耗；结构紧凑，总体尺寸与采用原有技术生产的产品基本相当，在替代原有技术生产的产品时无需更改系统原有的安装结构。

附图说明

图1为目前光电感应器的温度特性曲线。

图2为本实用新型的结构示意图。

图3为本实用新型恒温装置的结构框图。

图4为本实用新型恒温装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图2所示：本实用新型包括光电感应器1、均热器2、半导体制冷器3、热沉4、下壳体5、上壳体6、余弦校正器7、校正器压圈8、紫外滤色片9、滤色片压圈10、隔热筒11、隔热环12、隔热筒压圈13、干燥剂仓14、干燥剂筒15、温度控制电路16、温度传感器17及密封接线柱18。

如图2所示：为了提高紫外传感器检测的精确度，所述壳体内设有光电感应器1及用于对光电感应器1工作温度进行调节的恒温装置，光电感应器1通过恒温装置安装于壳体内，光电感应器1的轴线与壳体的轴线位于同一直线上。恒温装置检测光电感应器1的工作温度，且恒温装置将检测的工作温度与预设温度相比较，并能够使得光电感应器1的工作温度位于预设温度范围内，降低温度变化对光电感应器1输出检测结果的影响。具体地，壳体包括下壳体5及与所述下壳体5相对应配合的上壳体6，所述上壳体6与下壳体5围合成相对封闭的壳体结构。壳体的顶端设有余弦校正器7，所述余弦校正器7位于光电感应器1感光面的上方；所述余弦校正器7通过校正器压圈8紧固安装于上壳体6内；校正器压圈8位于余弦校正器7下方，通过校正器压圈8能够对余弦校正器7进行支撑。余弦校正器7与上壳体6对应配合，能够起到密封壳体上端的目的，同时能作为入射窗口将入射辐射修正为没有方向选择性的状态进入壳体内部，能够被光电感应器1检测输出。

恒温装置包括均热器2，所述光电感应器1紧固安装于均热器2的下部，光电感应器1与均热器2间导热接触，形成具有一定热容量的恒温体，以减小温控过程造成光电感应器1温度的频繁波动。光电感应器1及均热器2的下部与半导体制冷器3（TEC）的上端表面导热接触，所述半导体制冷器3的下端表面与热沉4导热接触。所述热沉4与下壳体5对应配合，从而光电感应器1、均热器2及半导体制冷器3均通过热沉4安装于壳体内。热沉4及均热器2的轴线均与壳体的轴线位于同一直线上。

热沉4与均热器2间设有隔热筒11，所述隔热筒11通过隔热筒压圈13安装于热沉4上；隔热筒11采用隔热材料制成。隔热筒4及隔热筒压圈13的轴线与壳体的轴线位于同一直线上。光电感应器1、均热器2及半导体制冷器3均位于隔热筒11内，均热器2的外壁与隔热筒11相对应配合，通过隔热筒11能够进一步降低均热器2与外部热交换。隔热筒11内的上端设有隔热环12，所述隔热环12与均热器2的上端相接触。隔热筒11的顶端设有紫外滤色片9，所述紫外滤色片9通过滤色片压圈10安装于隔热筒11内，且紫外滤色片9的下侧通过隔热环12进行支撑，紫外滤色片9的轴线与隔热筒11的轴线位于同一直线上。所述半导体制冷器3及其上的光电感应器1与均热器2置于一个采用热不良导体材料加工的隔热筒11内，形成一个隔热的小环境，减少光电感应器1与外界环境的热交换，从而降低温度控制电路16的功耗水平。隔热筒11与隔热环12共同阻断与外界热传导通路，与紫外滤色片9一起形成一个近乎密闭的隔热空间，减少恒温装置与外界的热交换，以降低恒温装置的功耗。

为了能够得到光电感应器1的工作温度，所述恒温装置包括温度传感器17，所述温度传感器17从热沉4内伸入均热器2内，温度传感器17的输出端与热沉4下方的温度控制电路16相连，温度控制电路16的输出端与半导体制冷器3相连；当温度传感器17检测到光电感应器1的工作温度波动变化时，温度控制电路16通过半导体制冷器3向均热器2输送或抽取热量来保证光电感应器1工作温度不超过规定的波动范围。下壳体5的下端设有密封接线柱18，所述连接线通过密封接线柱18与温度控制电路16及光电感应器1相连；密封接线柱18能够避免壳体内气体与壳体外的气体发生热交换。通过改变和控制半导体制冷器3两端的电流大小和方向即可对光电感应器1的温度进行调节控制。

下壳体5的下端还设有干燥剂仓14，所述干燥剂仓14与热沉4与壳体的底端间形成的空腔相连通。干燥剂仓14内设有干燥剂筒15，所述干燥剂筒15放入干燥剂仓14内，且干燥剂筒15伸入热沉4与壳体底端的空腔内。干燥剂筒15的轴线与干燥剂仓14的轴线相一致，干燥剂筒15与干燥剂仓14对应配合，可以更换干燥剂筒15，可以保证壳体内空气的干燥，防止因半导体制冷器3冷端结露影响观测或造成电路损坏。壳体通过余弦校正器7、干燥剂筒15及密封接线柱18的对应配合，能够形成相对密闭的壳体结构，能使得光电感应器1处于相对封闭的环境中。

如图3和图4所示：所述温度控制电路16包括微处理器（MCU）；温度传感器17通过A/D转换器与微处理器的输入端相连，微处理器的输出端通过驱动器与半导体制冷器3相连，微处理器与存储模块相连，所述存储模块为EEPROM，微处理器与驱动器的电源端与电源模块的输出端相连。微处理器可以为单片机，或其他处理芯片。工作时，对微处理器进行初始化，微处理器检测各个模块是否正常，若不正常，微处理器通过对各模块进行自检，直至温度控制电路16内相应模块均处于正常工作状态。当正常工作后，微处理器通过A/D转换器对温度传感器17检测的温度信号进行采样，微处理器将采集的温度T与设定温度T0比较；当采集温度T与设定温度T0不匹配时，微处理器通过驱动器驱动半导体制冷器3，通过半导体制冷器3来调整温度。具体地，当采集温度大于设定温度T0时，微处理器通过半导体制冷器3的珀尔帖效应制冷，以使得光电感应器1的工作温度与设定温度T0相匹配；当采集温度小于设定温度T0时，微处理器通过半导体制冷器3的珀尔帖效应制热，所述热量通过均热器2传导到光电感应器1，使得光电感应器1的工作温度与设定温度T0相匹配。半导体制冷器3由温度控制电路16及驱动器驱动，温度控制电路16通过与光电感应器1、均热器2导热接触的温度传感器17监控工作点温度，形成闭环控制，保证光电感应器1的工作温度始终处在设定的工作温度范围内，以此来消除环境温度波动对光电感应器1检测输出结果的影响。

如图2~图4所示：使用时，光电感应器1通过均热器2与半导体制冷器3导热接触，光电感应器1、均热器2、半导体制冷器3及隔热筒11通过热沉4安装于下壳体5内，光电感应器1的上方分别设置紫外滤色片9及余弦校正器7，被测辐射通过余弦校正器7修正入射特性后入射到紫外滤光片9上，通过紫外滤光片9滤除其他波段的辐射，只让规定波段的紫外辐射通过并照射在光电感应器1的感应面上。工作时，光电感应器1根据入射的辐射强度产生相应的光电流，通过对光电流的检测即可获得入射辐射的强度。温度传感器17实时通过采集均热器2的温度来采集光电感应器1的工作温度，温度控制电路16通过A/D转换器采集温度传感器17检测的温度，并将采集的工作温度与存储模块内预设温度T0进行比较，当采集的工作温度与预设温度不匹配时，温度控制电路16通过半导体制冷器3调节相应的温度。当环境温度高于预设温度时，通过珀尔帖效应对光电感应器1降温，多余的热量传导到壳体上，向环境散热；当环境温度低于工作点温度，温度控制电路16向半导体制冷器反向输入电流，过珀尔帖效应对光电感应器1升温，使壳体的温度下降，从环境中吸热。

本实用新型提供的方案使光电感应器1在恒定的温度条件下工作，从根本上消除了光电感应器1的温度特性对测量精度的不利影响，不仅具有很好的环境适应性与可靠性，而且结构紧凑，功耗低，能够满足太阳辐射观测站升级换代的要求，实现高精度太阳紫外辐射室外全天候常年无人检测。

本实用新型通过温度传感器17采集光电感应器1的工作温度，利用半导体制冷器3和温度控制电路16将光电感应器1的工作温度始终稳定在一个特定的狭小温度区间，从而在根本上消除了光电感应器1的温度特性对辐射测量的不利影响，极大的提高了紫外辐射传感器的测量精度，满足了全地域、高精度、常年野外紫外辐射监测的实际需要；通过隔热筒11形成一端强化隔热效果以减小恒温点热流扩散速率，一端强化散热性能以减小冷热端温差持续增大趋势的总体结构设计方案，强化了温度控制性能，降低了恒温控制的功率消耗；结构紧凑，总体尺寸与采用原有技术生产的产品基本相当，在替代原有技术生产的产品时无需更改系统原有的安装结构。

Claims (10)

1. 一种具有恒温装置的紫外传感器，包括壳体及位于所述壳体内的光电感应器（1）；其特征是：所述壳体内设有恒温装置，所述光电感应器（1）通过恒温装置安装于壳体内，所述恒温装置采集光电感应器（1）在壳体内的工作温度，且恒温装置将采集的工作温度与预设温度比较，并使得光电感应器（1）工作于预设温度范围内。

2.根据权利要求1所述的具有恒温装置的紫外传感器，其特征是：所述恒温装置包括均热器（2），光电感应器（1）紧固安装于所述均热器（2）的下部，且光电感应器（1）及均热器（2）与半导体制冷器（3）的上端导热接触；半导体制冷器（3）的下端通过热沉（4）与壳体的下部导热接触，半导体制冷器（3）及均热器（2）通过热沉（4）安装于壳体内；均热器（2）上设有温度传感器（17），所述温度传感器（17）与热沉（4）下方的温度控制电路（16）的输入端相连，所述温度控制电路（16）的输出端与半导体制冷器（3）相连；温度传感器（17）检测光电感应器（1）的工作温度，并将检测得到的工作温度输入温度控制电路（16）内，所述温度控制电路（16）将检测得到的工作温度与预设温度比较，通过半导体制冷器（3）使得光电感应器（1）的工作温度与预设温度相匹配。

3.根据权利要求2所述的具有恒温装置的紫外传感器，其特征是：所述热沉（4）与均热器（2）间设有隔热筒（11），所述隔热筒（11）通过隔热筒压圈（13）安装于热沉（4）上；所述隔热筒（11）的上部设有隔热环（12），所述隔热环（12）与均热器（2）的上端相接触。

4.根据权利要求3所述的具有恒温装置的紫外传感器，其特征是：所述隔热筒（11）的上端通过滤色片压圈（10）安装有紫外滤色片（9），所述紫外滤色片（9）的下端与隔热环（12）相接触。

5.根据权利要求1所述的具有恒温装置的紫外传感器，其特征是：所述壳体的顶端设有余弦校正器（7），所述余弦校正器（7）通过校正器压圈（8）安装于壳体上。

6.根据权利要求2所述的具有恒温装置的紫外传感器，其特征是：所述温度控制电路（16）包括微处理器；温度传感器（17）通过A/D转换器与微处理器的输入端相连，微处理器通过驱动器与半导体制冷器（3）相连，微处理器与存储模块相连，微处理器及驱动器的电源端与电源模块相连。

7.根据权利要求1所述的具有恒温装置的紫外传感器，其特征是：所述壳体的下端设有干燥剂仓（14），所述干燥剂仓（14）与壳体内的腔体相连通；干燥剂仓（14）内设有用于对壳体内空气干燥的干燥剂筒（15）。

8.根据权利要求1所述的具有恒温装置的紫外传感器，其特征是：所述壳体包括下壳体（5），所述下壳体（5）的上端设有上壳体（6），所述上壳体（6）与下壳体（5）对应配合。

9.根据权利要求1所述的具有恒温装置的紫外传感器，其特征是：所述壳体的下端设有密封接线柱（18），所述连接线通过密封接线柱（18）与恒温装置电连接。

10.根据权利要求1所述的具有恒温装置的紫外传感器，其特征是：所述壳体的轴线与光电感应器（1）的轴线位于同一直线上。

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