CN209541771U - 用于三轴转台标定惯性器件的温控箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于三轴转台标定惯性器件的温控箱，包括箱体框架、保温层、半导体制冷片、水冷系统、基板、陶瓷螺柱和安装底座；箱体框架支撑整个结构并固定半导体制冷片及水冷系统；保温层采用保温泡沫材料，固定在箱体框架的内侧或外侧，保证温控箱内温度稳定；基板与三轴转台固定，作为温控箱内部的平面基准；陶瓷螺柱穿过底部保温材料和箱体框架直接连接基板和安装底座，保证安装底座的平面度；半导体制冷片是温控箱制冷制热的关键元器件，为了保证其正常工作，外部与水冷系统相连。本实用新型为小型温控箱，可在标定进行的同时进行温度调控，能调节并稳定至所需的各个标定温度；能保证IMU安装面与三轴转台平面的平行度，提高标定精度。

Description

用于三轴转台标定惯性器件的温控箱

技术领域

本实用新型属于惯性器件标定领域，特别涉及一种用于三轴转台标定惯性器件的温控箱。

背景技术

捷联惯导系统因其体积小、自主性高等优点在无人机、自动驾驶以及制导武器等领域广泛应用；捷联惯导系统的核心惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)为高精密系统，温度变化对于惯性器件工作性能的影响大，直接会影响产品的精度。

为补偿IMU因温度变化而产生的测量误差，需要进行全温标定，获得不同温度下IMU的测量结果；同时，为保证全温标定标定结果的准确性，需保证测量过程中IMU安装面与三轴转台平面的平行度。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型设计了一种用于三轴转台标定惯性器件的温控箱，通过设计保温层和水冷系统，减少温控箱内部测量环境温度的波动，能调节并稳定至所需的各个标定温度；通过将基板、陶瓷螺柱和安装底座进行组合，保证了IMU安装面与三轴转台平面的平行度，提高了标定结果的准确性。

本实用新型是这样实现的：

一种用于三轴转台标定惯性器件的温控箱，包括箱体第一框架、箱体第二框架、箱体第三框架、第一保温层、第二保温层、第三保温层、半导体制冷片、水冷系统、基板、陶瓷螺柱和安装底座，所述箱体第一框架、所述箱体第二框架和所述箱体第三框架相互连接，所述第一保温层固定在所述箱体第一框架上，所述第二保温层固定在所述箱体第二框架上，所述第三保温层固定在所述箱体第三框架上，所述第二保温层位于所述箱体第二框架的外侧；所述半导体制冷片连接于所述箱体第二框架上，所述水冷系统连接于所述第二保温层上，所述半导体制冷片位于所述水冷系统与所述箱体第二框架之间，所述半导体制冷片与所述水冷系统之间设有水冷铜片，所述半导体制冷片与所述箱体第二框架和所述水冷铜片接触的两面均涂覆有导热硅脂层，所述半导体制冷片外接控制电路板，与温控箱内部的温度传感器闭环组成温度控制系统；所述基板的底面与三轴转台相螺接，所述基板的上表面与所述箱体第三框架相连，所述基板和所述安装底座通过穿过所述箱体第三框架和第三保温层的所述陶瓷螺柱进行连接，所述陶瓷螺柱与所述安装底座的接触面平行，所述陶瓷螺柱与所述基板的接触面平行，所述安装底座上设有惯性测量单元。

优选地，所述陶瓷螺柱与所述安装底座的接触面的平行度要求0.02mm，所述陶瓷螺柱与所述基板的接触面的平行度要求0.02mm。

优选地，所述基板的上下平面平行度要求为0.02mm，所述安装底座的底面与上表面的平行度要求0.02mm。

优选地，所述第一保温层位于所述箱体第一框架的内侧，所述第三保温层位于所述箱体第三框架的内侧。

优选地，所述半导体制冷片的靠近所述箱体第二框架的一侧设有散热片。

优选地，所述水冷系统包括水泵及散热风扇，热量通过流过半导体制冷片外侧的所述水冷铜片的水带至散热风扇处将热量散出。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的温控箱为可安装于三轴转台安装面的惯性器件标定用小型温控箱，可在标定进行的同时进行温度调控，通过设计保温层和水冷系统，减少温控箱内部测量环境温度的波动，能调节并稳定至所需的各个标定温度；通过将基板、陶瓷螺柱和安装底座进行组合，保证了IMU安装面与三轴转台平面的平行度，提高了标定结果的准确性，为补偿IMU的误差提供了准确数据。

附图说明

图1为本实用新型的用于三轴转台标定惯性器件的温控箱的外形示意图；以及

图2为本实用新型的用于三轴转台标定惯性器件的温控箱的结构示意图。

主要附图标记：

箱体第一框架1；箱体第二框架2；箱体第三框架3；第一保温层4；第二保温层5；第三保温层6；半导体制冷片7；水冷系统8；基板9；陶瓷螺柱10；安装底座11。

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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种用于三轴转台标定惯性器件的温控箱，整个箱体尺寸较小，可以直接安装于三轴转台，通过陶瓷螺柱结构保证温度变化过程中被标定IMU与三轴转台表面的平行度，确保IMU标定的精度。

如图1和2所示，一种用于三轴转台标定惯性器件的温控箱，包括箱体第一框架1、箱体第二框架2、箱体第三框架3、第一保温层4、第二保温层5、第三保温层6、半导体制冷片7、水冷系统8、基板9、陶瓷螺柱10和安装底座11，箱体第一框架1、箱体第二框架2和箱体第三框架3相互连接组成本实用新型的箱体框架，箱体第一框架1位于温控箱的顶部，作为上框架；箱体第三框架3与箱体第一框架1相对安装，作为下框架位于温控箱的底部，箱体第二框架2作为竖直框架位于温控箱的侧面，整个箱体框架与基板9螺栓连接；箱体框架整体采用铝合金材料，为整个温控箱的主体支撑件。

第一保温层4固定在箱体第一框架1上且位于箱体第一框架1的内侧，第二保温层5固定在箱体第二框架2上，且位于箱体第二框架2的外侧，第三保温层6固定在箱体第三框架3上，且位于箱体第三框架3的内侧，第一保温层4、第二保温层5和第三保温层6包覆在温控箱的箱体上，选择为保温泡沫材料，以减少金属外壳的热传导，提高制冷制热的效率；

箱体第二框架2上设有螺纹孔，用于固定半导体制冷片7及其对应的散热片。半导体制冷片7连接于箱体第二框架2上，水冷系统8连接于第二保温层5上，半导体制冷片7位于水冷系统8与箱体第二框架2之间，半导体制冷片7与水冷系统8之间设有水冷铜片，半导体制冷片7与箱体第二框架2和水冷铜片接触的两面均涂覆有导热硅脂层，半导体制冷片7外接控制电路板，与温控箱内部的温度传感器闭环组成温度控制系统；半导体制冷片7使用时，通过考虑温控箱箱体内部空间的升降温需求计算制冷功率，从而确定使用半导体制冷片7的制冷功率和总片数。为了保证传热效率需要在半导体制冷片7表面涂覆一层导热硅脂层，通过减薄与半导体制冷片7连接的箱体第二框架2也能增加热传导效率。为了保证半导体制冷片7的使用寿命，其内部设有散热片，箱体第二框架2上的半导体制冷片的安装位置上也增设散热片，优选地，散热片为散热铜板。半导体制冷片7的外侧配置中空的水冷铜片及水冷系统8，水冷系统8包括水泵及散热风扇，热量通过流过半导体制冷片7外侧的水冷铜片的水带至散热风扇处将热量散出，水冷系统8不断循环，保证半导体制冷片7不会因温度过高而老化。

全温标定的温度范围一般选取-10℃到70℃之间的固定区间温度点进行测量，半导体制冷片7可以通过调节电流使两面产生温差从而改变箱内温度，其最大温差可达80℃以上，满足温度在-10℃～70℃范围内的标定要求，能根据设计方案，将温度调节并稳定至所需的各个标定值；半导体制冷片7外接控制电路板，与温控箱内部温度传感器闭环组成温度控制系统，实时控制温控箱内部温度，保证标定过程中的温度稳定。

基板9的底面与三轴转台相螺接，基板9的上表面与箱体第三框架3相连，基板9和安装底座11通过穿过箱体第三框架3和第三保温层6的陶瓷螺柱10进行连接，使安装底座11的平面度不受外壳与隔热材料加工精度的影响，同时陶瓷材料具有随温度变化形变小的特点，能保证安装底座11与基板9平面在温控箱内温度变化后的平行度，从而提高标定精度。陶瓷螺柱与安装底座和基板的接触面平行度为0.02mm，安装底座上设有惯性测量单元。基板的上下平面平行度要求为0.02mm，安装底座的底面与上表面的平行度要求0.02mm。

在本实施例中，第一保温层4、第二保温层5和第三保温层6材料选择为保温泡沫材料，在空间位置上分别是上保温层、竖直保温层和下保温层，上保温层和下保温层设置于箱体的内侧，以减少金属外壳的热传导，提高制冷制热的效率；基板9的下平面与三轴转台平面螺栓固连，基板9的上平面与第三保温层6固连，基板9的上下平面平行度要求为0.02，陶瓷螺柱10穿过第三保温层6和箱体第三框架3后直接连接基板9与安装底座11，使安装底座11的平面度不受外壳与隔热材料加工精度的影响，同时陶瓷材料具有随温度变化形变小的特点，能保证安装底座11与基板9平面在温控箱内温度变化后的平行度，从而提高标定精度；安装底座11用于固定需要标定惯性测量单元，其上表面与下安装表面平面度要求0.02，以保证IMU安装在安装底座上之后的水平；安装底座11可根据不同型号IMU进行不同设计，只要保证与陶瓷螺柱10配合孔位即可。

本实用新型的具体使用过程为：

将需要标定的IMU安装在安装底座11上，其上表面与下安装表面平面度要求0.02，基板9安装于三轴转台平面上，箱体第三框架3通过螺栓与基板9紧固，陶瓷螺柱10通过箱体第三框架3上的开孔直接与基板9通过螺纹紧固，第一保温层4通过盖板与螺栓保证与内部框架紧密贴合；根据箱内容积及最大温差计算温度变化所需的能量，与升温时间计算制冷功率，本实施例采用4片制冷功率为77W的半导体制冷片7即可满足；

本实施例选择温度测量点-10℃、0℃、10℃、30℃、50℃和70℃依次进行温度标定补偿；需要制冷时，控制电路板控制半导体制冷片7电流使其内侧制冷，将温控箱内温度降至零下，三轴转台根据标定程序开始绕三轴转动采集IMU数据，同时半导体制冷片7外侧的水冷系统8将热面热量不断散出，保证半导体制冷片7两面温差，防止烧坏；制热时控制电路板控制半导体制冷片7电流反向，使其内侧温度升高，温控箱内温度上升，内置温度传感器与控制电路板板闭合控制温度稳定，实现在标定进行的同时进行温度调控，通过设计保温层和水冷系统，减少温控箱内部测量环境温度的波动，能调节并稳定至所需的各个标定温度。

以上所述是本申请的优选实施方式，不以此限定本实用新型的保护范围，应当指出，对于该技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于三轴转台标定惯性器件的温控箱，包括箱体第一框架、箱体第二框架、箱体第三框架、第一保温层、第二保温层、第三保温层、半导体制冷片、水冷系统、基板、陶瓷螺柱和安装底座，其特征在于，

所述箱体第一框架、所述箱体第二框架和所述箱体第三框架相互连接，所述第一保温层固定在所述箱体第一框架上，所述第二保温层固定在所述箱体第二框架上，所述第三保温层固定在所述箱体第三框架上，所述第二保温层位于所述箱体第二框架的外侧；

所述半导体制冷片连接于所述箱体第二框架上，所述水冷系统连接于所述第二保温层上，所述半导体制冷片位于所述水冷系统与所述箱体第二框架之间，所述半导体制冷片与所述水冷系统之间设有水冷铜片，所述半导体制冷片与所述箱体第二框架和所述水冷铜片接触的两面均涂覆有导热硅脂层，所述半导体制冷片外接控制电路板，与温控箱内部的温度传感器闭环组成温度控制系统；以及

所述基板的底面与三轴转台相螺接，所述基板的上表面与所述箱体第三框架相连，所述基板和所述安装底座通过穿过所述箱体第三框架和第三保温层的所述陶瓷螺柱进行连接，所述陶瓷螺柱与所述安装底座的接触面平行，所述陶瓷螺柱与所述基板的接触面平行，所述安装底座上设有惯性测量单元。

2.根据权利要求1所述的用于三轴转台标定惯性器件的温控箱，其特征在于，所述陶瓷螺柱与所述安装底座的接触面的平行度要求0.02mm，所述陶瓷螺柱与所述基板的接触面的平行度要求0.02mm。

3.根据权利要求1或2所述的用于三轴转台标定惯性器件的温控箱，其特征在于，所述基板的上下平面平行度要求为0.02mm，所述安装底座的底面与上表面的平行度要求0.02mm。

4.根据权利要求1所述的用于三轴转台标定惯性器件的温控箱，其特征在于，所述第一保温层位于所述箱体第一框架的内侧，所述第三保温层位于所述箱体第三框架的内侧。

5.根据权利要求1所述的用于三轴转台标定惯性器件的温控箱，其特征在于，所述半导体制冷片的靠近所述箱体第二框架的一侧设有散热片。

6.根据权利要求1所述的用于三轴转台标定惯性器件的温控箱，其特征在于，所述水冷系统包括水泵及散热风扇，热量通过流过半导体制冷片外侧的所述水冷铜片的水带至散热风扇处将热量散出。