CN207182129U - 船用光纤陀螺仪温度控制箱 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种恒温箱体，为了解决现有光纤陀螺仪受温度影响的问题，本实用新型提供一种船用光纤陀螺仪温度控制箱。本实用新型包括箱体、铂热电阻、温度检测及控制电路、执行器件和半导体制冷器件，半导体制冷器件安装在箱体上侧的外壁中，铂热电阻安装在箱体底部的内壁中，使铂热电阻的检测不受半导体制冷器件的影响；铂热电阻检测到的温度信号发送至温度检测及控制电路，温度检测及控制电路通过执行器件控制半导体制冷器件加热或制冷。温度控制箱的内壁和外壁中间设置保温有泡沫层，用于放置电路器件之间的连接线。本实用新型更好的实现温控箱内部恒温。且在保温泡沫层中布线方便，制作更简单。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种恒温箱体，特别涉及一种船用光纤陀螺仪温度控制箱。
背景技术
高精度的光纤陀螺仪是船舶航行的一个重要元器件，构成了捷联导航的核心系统，它具有启动快，体积小，质量轻，可靠性高，寿命长，耐冲击等特点，是船舶导航使用的理想惯性元件。但是温度变化会对光纤陀螺仪的精度输出产生很大影响，会引起工作状态的温度漂移，随着时间积累，这种误差将会被放大，从而影响参数的准确性，而且结构零件会受温度影响产生形变，会造成内部光通路以及激光的损耗，因为精确的温度控制是其面临的重要问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有光纤陀螺仪受温度影响的问题，本实用新型提供一种船用光纤陀螺仪温度控制箱。
本实用新型的一种船用光纤陀螺仪温度控制箱，包括箱体、铂热电阻1、温度检测及控制电路2、执行器件3和半导体制冷器件4，其特征在于，所述半导体制冷器件4安装在箱体上侧的外壁5中，所述铂热电阻1安装在箱体底部的内壁6中；
铂热电阻1检测到的温度信号发送至温度检测及控制电路2，温度检测及控制电路2通过执行器件3控制半导体制冷器件4加热或制冷。
优选的是，所述温度控制箱的内壁6和外壁5中间设置保温有泡沫层7；
所述温度检测及控制电路2和执行器件3均设置在箱体的内壁6中；
所述保温有泡沫层7还用于放置铂热电阻1、温度检测及控制电路2、执行器件3和半导体制冷器件4之间的连接线。
优选的是，所述控制箱还包括外壳和散热片，所述箱体外表面设有散热片8，该散热片8的安装在半导体制冷器件4的外侧；所述外壳内形成密闭空间，箱体放置在该空间内，并与外壳内壁进行弹性连接，且箱体和外壳之间住有水，用于冷却散热片。
优选的是，所述温度检测及控制电路2包括电桥测温电路、AD采集器和处理器；
电桥测温电路用于检测铂热电阻1的电阻变化，并输出温度信号给AD采集器，AD采集器输出的数字信号给处理器。
优选的是，所述电桥测温电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、芯片INA118、电容C1和供电电源；
铂热电阻1的一端与电阻R3的一端连接，铂热电阻1的另一端、电阻R1的一端同时与芯片INA118的正向输入端连接，电阻R3的另一端与电阻R2的一端同时与芯片INA118的反向输入端连接；
电阻R1的另一端和电阻R2的另一端同时接供电电源的正极；
芯片INA118的两个Rg端分别与电阻R4的两端连接；
芯片INA118的负电压输入端和电容C1的一端同时与供电电源的负极连接，电容C1的另一端接地；
芯片INA118的正电压输入端接供电电源的正极；
芯片的Ref端接地，芯片INA118的输出端输出测量的温度信号；
优选的是，所述处理器采用芯片stm32f103实现。
优选的是，所述温度检测及控制电路2用于对检测的温度信号进行补偿，并将补偿后的温度信号与设定的温度信号相比，输出驱动信号控制执行器件3。
优选的是，所述执行器件3包括反相器、光耦电路和H桥；
温度检测及控制电路2输出的驱动信号依次经反相器、光耦电路输入至H桥的输入端，通过H桥驱动半导体制冷器件4加热或制冷。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本实用新型的目的。
本实用新型的有益效果在于，本实用新型采用半导体制冷器，控制芯片stm32f103和敏感元件精密铂热电阻PT1000，对温度的精准测量和控制，特别是半导体制冷器件4设置在箱体的上部，铂热电阻1设置在箱体的下部，使铂热电阻1的检测不受半导体制冷器件4的影响，进而更好的实现温控箱内部恒温。同时本实用新型在保温泡沫层中布线，使布线方便，且箱体制作更简单。
附图说明
图1为本实用新型温度控制箱的原理结构示意图；
图2为图1中虚线部分的具体结构示意图；
图3为本实用新型温度控制箱控制一个半导体制冷器件4的电气原理示意图；
图4为本实用新型温度控制箱的电桥测温电路的电气原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的本实用新型的一种船用光纤陀螺仪温度控制箱，包括箱体、铂热电阻1、温度检测及控制电路2、执行器件3和半导体制冷器件4，所述半导体制冷器件4安装在箱体上侧的外壁5中，所述铂热电阻1安装在箱体底部的内壁6中；
铂热电阻1检测到的温度信号发送至温度检测及控制电路2，温度检测及控制电路2通过执行器件3控制半导体制冷器件4加热或制冷。
本实施方式的箱体采用双层结构，箱体内部9固定安装光纤陀螺仪，箱体内外壁采用绝缘螺栓固定；
本实施方式中，如图1所示，采用三个铂热电阻1作为敏感元件，箱体的两侧各采用一个半导体制冷器件4加热或制冷，每个半导体制冷器件4需要一个执行器件，温度检测及控制电路2检测三个铂热电阻1的变化，确定实际温度值及驱动信号；驱动信号同时发送给两个执行器件，两个执行器件同时控制相应的半导体制冷器件4制冷或加热。本实施方式将半导体制冷器件4设置在箱体的上部，铂热电阻1设置在箱体的下部，使铂热电阻1的检测不受半导体制冷器件4的影响，进而更好的实现温控箱内部恒温。
优选实施例中，温度控制箱的内壁6和外壁5中间设置保温有泡沫层7；
温度检测及控制电路2和执行器件3均设置在箱体的内壁6中；
保温有泡沫层7还用于放置铂热电阻1、温度检测及控制电路2、执行器件3和半导体制冷器件4之间的连接线。
本实施例在保温泡沫层中布线，使布线方便，且箱体制作更简单。
优选实施例中，所述控制箱还包括外壳和散热片，所述箱体外表面设有散热片8，该散热片8的安装在半导体制冷器件4的外侧；所述外壳内形成密闭空间，箱体放置在该空间内，并与外壳内壁进行弹性连接，且箱体和外壳之间住有水，用于冷却散热片。
考虑到箱体散热，在箱体表面安装散热片8，该散热片8的安装在半导体制冷器件4的外侧。且该散热片8具有柜门的功能，打开后，箱体内的热量可以散发出来。
本实施方式的箱体悬于外壳内，不仅起到冷却散热片的功能，在航海过程中还可以尽可能的降低船舶受海浪颠簸对光纤陀螺仪造成的干扰。
优选实施例中，所述温度检测及控制电路2包括电桥测温电路、AD采集器和处理器；
电桥测温电路用于检测铂热电阻1的电阻变化，并输出温度信号给AD采集器，AD采集器输出的数字信号给处理器。
本实施方式的AD采集器采用芯片ADS8344实现。
如图3所示，电桥测温电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、芯片INA118、电容C1和供电电源；
铂热电阻1的一端与电阻R3的一端连接，铂热电阻1的另一端、电阻R1的一端同时与芯片INA118的正向输入端连接，电阻R3的另一端与电阻R2的一端同时与芯片INA118的反向输入端连接；
电阻R1的另一端和电阻R2的另一端同时接供电电源的正极；
芯片INA118的两个Rg端分别与电阻R4的两端连接；
INA118由于内含输入保护电路，因此，如果输入过载，保护电路将把输入电流限制在1.5mA到5mA的安全范围内，以保证后续电路的安全。由于Rg的稳定性和温度漂移对增益有影响，因此，在那些需要获得高精度增益的应用中对Rg的要求也比较高，应采用高精度、低噪声的金属膜电阻。因此，在高增益时的接线电阻不能忽略，由于它的存在，实际增益可能会有较大的偏差。修正的具体方法是用一个可调电位器替代Rg，调节电位器使得输出电压与输入电压的比值达到设计所要求的增益值。
芯片INA118的负电压输入端和电容C1的一端同时与供电电源的负极连接，电容C1的另一端接地；
芯片INA118的正电压输入端接供电电源的正极；
芯片INA118的ref端接地，芯片INA118的输出端输出测量的温度信号；芯片INA118的Ref端接地，Ref引脚接地或对地串接一个阻值很低的电阻，以获得很好的共模抑制比。
铂热电阻1的电阻变化信号属于电压信号，普通的测量方式误差较大，这里采用电桥测量的方式，惠斯通电桥主要用于测量微小电位差，采用三线制接入可以减小导线电阻对测量精度影响。
图4中PT为测温元件铂热电阻1，本实施方式的铂热电阻1采用pt1000电阻；它与R1，R2，R3共同构成了一个惠斯通电桥。在0℃时，RT≈R3，电桥平衡。
外部温度产生变化，pt1000电阻值会发生变化，于是温度变化转化成电阻变化，导致惠斯通电桥不平衡，电桥两端产生电压变化。
为有效保证测温电桥的线性度和灵敏度，R1＝R2＝5.1KΩ，而由0℃时Rt≈R3的条件，取R3＝1.0KΩ。优选实施例中，本实施方式的处理器采用芯片stm32f103实现。
本实施方式的处理器需要利用现有技术实现以下功能：
采用巴特沃斯低通滤波器完成对采集的温度数据的高频去噪，主要是因为受到电源稳定性和外部电磁干扰的影响，A/D采集数据会存在噪声。
还需要对温度数据进行测温补偿，因为电路很难保证实际电阻阻值和理论阻值完全一致，所以采用温度补偿可以完成对测量结果的修正。利用测温回路在小范围内可以近似为线性的特性，对实测温度采取最小二乘法拟合，找出实测数值与真实数值的关系；然后进行数学校正处理。
选用29.00℃、37.52℃、43.13℃三个位置对测温结果进行校准，采用线性拟合在三个温度点的拟合误差分别为0.01℃、0.02℃、-0.011℃。
通过对温度测量数据的降噪和校准补偿，能得到准确的温度测量值，可进行下一步控制。
将获得的温度测量值与设定的温度相比，输出驱动信号控制执行器件3。
本实施方式以stm32f103为控制芯片，PT1000精密铂热电阻为敏感元件，通过滤波，补偿等方式来实现对温度的精准测量和控制，控制原理采用经典的PID控制；可以实现温控箱内部恒温，精度控制在0.15℃以内，最终采用变温试验对箱体进行了校验，可以满足船用光纤陀螺仪的温度控制设计要求。
优选实施例中，执行器件3包括反相器、光耦电路和H桥；
温度检测及控制电路2输出的驱动信号依次经反相器、光耦电路输入至H桥的输入端，通过H桥驱动半导体制冷器件4加热或制冷。
由于设定温度可能高于或者低于环境温度，采用半导体制冷器TEC作为温控执行元件，实现对箱体的加热或制冷。
TEC的驱动采用H桥，H桥可输出两个方向的PWM波，通过控制TEC两端电压时间长短和电压方向实现TEC工作状态的控制。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (8)
1.一种船用光纤陀螺仪温度控制箱，包括箱体、铂热电阻(1)、温度检测及控制电路(2)、执行器件(3)和半导体制冷器件(4)，其特征在于，所述半导体制冷器件(4)安装在箱体上侧的外壁(5)中，所述铂热电阻(1)安装在箱体底部的内壁(6)中；
铂热电阻(1)检测到的温度信号发送至温度检测及控制电路(2)，温度检测及控制电路(2)通过执行器件(3)控制半导体制冷器件(4)加热或制冷。
2.根据权利要求1所述的船用光纤陀螺仪温度控制箱，其特征在于，所述温度控制箱的内壁(6)和外壁(5)中间设置保温有泡沫层7；
所述温度检测及控制电路(2)和执行器件(3)均设置在箱体的内壁(6)中；
所述保温有泡沫层7还用于放置铂热电阻(1)、温度检测及控制电路(2)、执行器件(3)和半导体制冷器件(4)之间的连接线。
3.根据权利要求1或2所述的船用光纤陀螺仪温度控制箱，其特征在于，所述控制箱还包括外壳和散热片(8)，所述箱体外表面设有散热片(8)8，该散热片(8)8的安装在半导体制冷器件(4)的外侧；所述外壳内形成密闭空间，箱体放置在该空间内，并与外壳内壁进行弹性连接，且箱体和外壳之间住有水，用于冷却散热片(8)。
4.根据权利要求3所述的船用光纤陀螺仪温度控制箱，其特征在于，所述温度检测及控制电路(2)包括电桥测温电路、AD采集器和处理器；
电桥测温电路用于检测铂热电阻(1)的电阻变化，并输出温度信号给AD采集器，AD采集器输出的数字信号给处理器。
5.根据权利要求4所述的船用光纤陀螺仪温度控制箱，其特征在于，所述电桥测温电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、芯片INA118、电容C1和供电电源；
铂热电阻(1)的一端与电阻R3的一端连接，铂热电阻(1)的另一端、电阻R1的一端同时与芯片INA118的正向输入端连接，电阻R3的另一端与电阻R2的一端同时与芯片INA118的反向输入端连接；
电阻R1的另一端和电阻R2的另一端同时接供电电源的正极；
芯片INA118的两个Rg端分别与电阻R4的两端连接；
芯片INA118的负电压输入端和电容C1的一端同时与供电电源的负极连接，电容C1的另一端接地；
芯片INA118的正电压输入端接供电电源的正极；
芯片的Ref端接地，芯片INA118的输出端输出测量的温度信号。
6.根据权利要求5所述的船用光纤陀螺仪温度控制箱，其特征在于，所述处理器采用芯片stm32f103实现。
7.根据权利要求6所述的船用光纤陀螺仪温度控制箱，其特征在于，所述温度检测及控制电路(2)用于对检测的温度信号进行补偿，并将补偿后的温度信号与设定的温度信号相比，输出驱动信号控制执行器件(3)。
8.根据权利要求7所述的船用光纤陀螺仪温度控制箱，其特征在于，所述执行器件(3)包括反相器、光耦电路和H桥；
温度检测及控制电路(2)输出的驱动信号依次经反相器、光耦电路输入至H桥的输入端，通过H桥驱动半导体制冷器件(4)加热或制冷。
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