CN209673992U - 一种温度调节装置及一种激光测距传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提出的一种温度调节装置及一种激光测距传感器，通过设置的温度监测器实时检测环境温度，单片机通过环境温度控制直流模拟电压的输出，直流模拟电压经过模拟量控制器得到直流电流，直流电流流过发热元件，使发热元件发热，从而实现温度的自动调节；本实用新型通过模拟量控制发热元件的电流，避免开关量控制发热元件的开和关而造成的频繁负载波动进而使电源电压波动，减少了温度波动，加热效率更高，有利于减少温度调节引起的激光测距误差。

Description

一种温度调节装置及一种激光测距传感器

技术领域

本实用新型实施例涉及电力电子器件技术领域，具体涉及一种一种温度调节装置及一种激光测距传感器。

背景技术

目前，激光测距传感器已开始应用于工业现场，激光测距传感器所采用的激光管大部分使用温度下限为-10℃～0℃，但是工业现场的温度经常会出现低于-10℃的情况，这就导致一般的激光测距传感器不太适用，有可能出现测距失败。

现有技术为了解决激光测距传感器在低温下无法使用的问题，采用的方法有：将激光测距传感器置于机柜/机壳内，并控制机柜/机壳的内部温度，成本高而且使用不方便；还有，通过在激光测距传感器内设置发热单元，通过控制发热单元的开和关来调节温度，这种方法容易因发热单元的开和关，导致激光测距传感器自身负载的频繁变化，从而引起电源电压的波动和内部温度波动，不利于激光测距的误差控制。

实用新型内容

为了解决激光测距传感器在低温下无法使用或性能降低的问题，本实用新型实施例提供了一种可以在激光测距传感器上应用的温度调节装置及一种激光测距传感器。

有鉴于此，第一方面，本实用新型实施例提供一种温度调节装置，包括：

监测环境温度的温度监测器；

与所述温度监测器连接，在所述温度监测器监测到的温度值小于预设温度阈值时，输出直流模拟电压的单片机；

与所述单片机连接，接收所述直流模拟电压，并输出直流电流的模拟量控制器；

与所述模拟量控制器连接，接收所述直流电流并生成热量的发热元件。

可选的，所述单片机包括：

与所述温度监测器连接，接收所述温度监测器监测到的温度值，并将所述温度值与预设的温度阈值进行比较的温度比较器；

分别与所述温度比较器和模拟量控制器连接，接收所述温度比较器输出的比较结果，在所述温度值小于所述温度阈值时，输出直流模拟电压到所述模拟量控制器的模拟量生成器。

可选的，所述模拟量控制器包括：

与所述单片机连接，对所述直流模拟电压进行滤波的滤波器；

与所述滤波器连接的电压跟随器；

基极与所述电压跟随器输出端连接，集电极与所述发热元件连接的NPN功率三极管。

可选的，所述发热元件为铝壳功率电阻。

可选的，所述温度监测器为温度传感器芯片或热敏电阻。

可选的，所述温度调节装置还包括：与所述发热元件连接的限流器。

可选的，所述温度调节装置还包括：

分别与所述模拟量控制器和所述单片机连接，检测所述模拟量控制器输出的直流电流值，并将所述直流电流值发送至所述单片机的电流监测器。

可选的，所述单片机还包括：

与所述电流监测器连接，将所述直流电流值与预设的电流阈值进行比较的电流比较器；

与所述电流比较器和所述模拟量生成器连接，接收所述电流比较器的比较结果，并调节所述模拟量生成器输出的直流模拟电压值的模拟量调节器。

第二方面，本实用新型实施例提供一种激光测距传感器，包括激光器、激光检测器和测量电路，还包括：第一方面的所述的温度调节装置；

所述温度调节装置的发热元件设置在所述激光器上。

相比现有技术，本实用新型实施例提出的一种温度调节装置，通过设置的温度监测器实时检测环境温度，单片机通过环境温度控制直流模拟电压的输出，直流模拟电压经过模拟量控制器得到直流电流，直流电流流过发热元件，使发热元件发热，从而实现温度的自动调节；本实用新型通过模拟量控制发热元件的电流，避免开关量控制发热元件的开和关而造成的频繁负载波动进而使电源电压波动，减少了温度波动，加热效率更高，有利于减少加热引起的激光测距误差。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的一种温度调节装置示意图；

图2为本实用新型实施例二提供的一种温度调节装置示意图；

图3为本实用新型实施例中一个具体例子提供的一种温度调节装置示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，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。

实施例一

图1为本实用新型实施例提供的一种温度调节装置示意图，如图1所示，所述温度调节装置包括：

监测环境温度的温度监测器；

与所述温度监测器连接，在所述温度监测器监测到的温度值小于预设温度阈值时，输出直流模拟电压的单片机；

与所述单片机连接，接收所述直流模拟电压，并输出直流电流的模拟量控制器；

与所述模拟量控制器连接，接收所述直流电流并生成热量的发热元件。

具体的，在本申请实施例中，所述温度监测器可以为温度传感器芯片、热敏电阻或其他反应时间短的温度检测器件。

具体的，在本申请实施例中，所述单片机包括：

与所述温度监测器连接，接收所述温度监测器监测到的温度值，并将所述温度值与预设的温度阈值进行比较的温度比较器；

分别与所述温度比较器和模拟量控制器连接，接收所述温度比较器输出的比较结果，在所述温度值小于所述温度阈值时，输出直流模拟电压到所述模拟量控制器的模拟量生成器。

具体的，在本申请实施例中，所述模拟量生成器可以为单片机MCU中的DAC(数字模拟转换器)模块，也可选用独立的DAC芯片，也可以采用MCU的通用IO口通过PWM方式输出脉冲信号，经过滤波，转换为直流模拟电压，通过调整脉冲占空比来实现直流电压的大小控制。

具体的，在本申请实施例中，所述模拟量控制器包括：

与所述单片机连接，对所述直流模拟电压进行滤波的滤波器；

与所述滤波器连接的电压跟随器；

基极与所述电压跟随器输出端连接，集电极与所述发热元件连接的NPN功率三极管。

具体的，在本申请实施例中，所述发热元件为铝壳功率电阻或其他发热元件。

本实用新型实施例提出的一种温度调节装置，通过设置的温度监测器实时检测环境温度，单片机通过环境温度控制直流模拟电压的输出，直流模拟电压经过模拟量控制器得到直流电流，直流电流流过发热元件，使发热元件发热，从而实现温度的自动调节；本实用新型通过模拟量控制发热元件的电流，避免开关量控制发热元件的开和关而造成的频繁负载波动进而使电源电压波动，减少了温度波动，加热效率更高，有利于减少加热引起的激光测距误差。

实施例二

图2为本实用新型实施例提供的一种温度调节装置示意图，如图1所示，所述温度调节装置包括：

监测环境温度的温度监测器；

与所述温度监测器连接，在所述温度监测器监测到的温度值小于预设温度阈值时，输出直流模拟电压的单片机；

与所述单片机连接，接收所述直流模拟电压，并输出直流电流的模拟量控制器；

与所述模拟量控制器连接，接收所述直流电流并生成热量的发热元件；

与所述发热元件连接的限流器；

以及，

分别与所述模拟量控制器和所述单片机连接，检测所述模拟量控制器输出的直流电流值，并将所述直流电流值发送至所述单片机的电流监测器。

温度监测器、模拟量控制器和发热元件如实施例一所述，此处不再赘述。

具体的，在本申请实施例中，所述单片机包括：

与所述温度监测器连接，接收所述温度监测器监测到的温度值，并将所述温度值与预设的温度阈值进行比较的温度比较器；

分别与所述温度比较器和模拟量控制器连接，接收所述温度比较器输出的比较结果，在所述温度值小于所述温度阈值时，输出直流模拟电压到所述模拟量控制器的模拟量生成器；

与所述电流监测器连接，将所述直流电流值与预设的电流阈值进行比较的电流比较器；

与所述电流比较器和所述模拟量生成器连接，接收所述电流比较器的比较结果，并调节所述模拟量生成器输出的直流模拟电压值的模拟量调节器。

本实用新型提供的温度调节装置，通过电流监测器监测发热元件的加热电流，并给单片机提供反馈进行直流模拟电压调整，还可及时发现电流异常，从而发出故障提示；

通过限流器对发热元件的加热电流进行限流，可保证供电电压突然或异常上升也不会有过大电流通过，保护相关器件。

一个具体的例子：

图3为一种温度调节装置的具体示意图，如图3所示，所述温度调节装置包括温度监测器、MCU芯片、模拟量控制器、铝壳功率电阻R3、限流器和电流监测器；

如图3所示，所述温度监测器与MCU芯片的IO引脚连接；

MCU芯片的DAC输出端与模拟量控制器连接；

模拟量控制器包括电压跟随器U1和电阻R6，电阻R6的一端与MCU芯片的DAC(数模转换器)引脚连接，另一端与电压跟随器U1的同相输入端连接。

模拟量控制器包括滤波器，滤波器包括电容C1、C2，C3，电容C1、C2均是一端连接电压跟随器U1的同相输入端，另一端接地,电容C3的一端与电压跟随器U1的输出端连接，另一端接地。

模拟量控制器包括NPN功率三极管Q2，NPN功率三极管Q2的基极与通过电阻R8与电压跟随器U1的输出端连接，集电极与R3的一端连接，发射极与电流监测器连接。

模拟量控制器包括电阻R9，电阻R9的一端与NPN功率三极管Q2的基极连接，另一端接地。

模拟量控制器包括电阻R7，电阻R7的一端与电压跟随器U1的同相输入端连接，另一端接地。

电流监测器包括电阻R4和R5，R4的一端与NPN功率三极管Q2的发射极连接，另一端接地；R5的一端与NPN功率三极管Q2的发射极连接，另一端与MCU芯片的ADC(模数转换器)引脚连接。

限流器包括PNP三极管Q1，PNP三级管Q1的集电器与R3的另一端连接，基极与电阻R2的一端连接，发射极与电阻R1的一端连接，R1的另一端与二极管D1的阳极连接，D1的阴极与二极管D2的阳极连接，D2的阴极与R2的一端连接，R2的另一端接地。

所述温度调节装置的工作过程为：开机，温度监测器监测到当前温度低于预设的温度阈值，则MCU芯片的DAC引脚输出直流模拟电压到模拟量控制器的电阻R6，经过电容C1/C2滤波后接入电压跟随器U1的同相端(U1作为电压跟随器提高驱动能力)，U1输出端经过电阻R8后接到NPN功率三极管Q2，通过改变DAC管脚的输出直流模拟电压的大小可以控制Q2的流向发热元件R3的加热电流。

电流监测器的电阻R4为电流取样电阻，经过电阻R5接入MCU芯片的ADC引脚，从而实现电流的监测反馈。如果实际电流比目标控制电流偏大则减小DAC引脚的输出电压，如果实际电流比目标控制电流偏小则增大DAC引脚的输出电压。

限流器通过PNP功率三极管Q1、二极管D1、D2限制最大电流，当R1上方的输入电压突然或异常升高时可由限流器，限制电流防止损坏相关器件，R3最大电流也不会随着输入电压的变化而变化。

温度监测器检测周围的当前温度，若当前温度远低于阈值，则需MCU芯片控制大电流流过R3，以尽快达到目标温度。如当前温度略低于目标温度，则需要MCU芯片控制较小电流流过R3，以达到目标温度且不至于温度过冲太大。若已达到目标温度，则需要MCU芯片控制小电流流过R3以维持温度稳定或者必要时关闭加热电流。

基于与上述温度调节装置相同的构思，本实用新型实施例还提供一种激光测距传感器，包括激光器、激光检测器、测量电路和温度调节装置；

所述温度调节装置的发热元件设置在所述激光器上。

当激光测距传感器开机时温度调节装置的温度监测器检测发现外部环境温度低于目标温度(比如-10℃或-5℃等)，启动加热而改变激光测距传感器内部温度。可根据温度情况，通过调节加热电流快速平稳地调控温度，而不是简单开/关发热元件，有利于减少因负载波动而引起的供电电压波动，有利于温度稳定，有利于克服不同供电电压对加热电流的影响。通过此方法激光测距传感器可继续在低温环境中正常工作，减少内部加热对测量精度的影响，扩大激光测距传感器的适用范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种温度调节装置，其特征在于，包括：

监测环境温度的温度监测器；

与所述温度监测器连接，在所述温度监测器监测到的温度值小于预设温度阈值时，输出直流模拟电压的单片机；

与所述单片机连接，接收所述直流模拟电压，并输出直流电流的模拟量控制器；

与所述模拟量控制器连接，接收所述直流电流并生成热量的发热元件。

2.根据权利要求1所述的温度调节装置，其特征在于，所述单片机包括：

与所述温度监测器连接，接收所述温度监测器监测到的温度值，并将所述温度值与预设的温度阈值进行比较的温度比较器；

分别与所述温度比较器和模拟量控制器连接，接收所述温度比较器输出的比较结果，在所述温度值小于所述温度阈值时，输出直流模拟电压到所述模拟量控制器的模拟量生成器。

3.根据权利要求1所述的温度调节装置，其特征在于，所述模拟量控制器包括：

与所述单片机连接，对所述直流模拟电压进行滤波的滤波器；

与所述滤波器连接的电压跟随器；

基极与所述电压跟随器输出端连接，集电极与所述发热元件连接的NPN功率三极管。

4.根据权利要求1所述的温度调节装置，其特征在于，所述发热元件为铝壳功率电阻。

5.根据权利要求1所述的温度调节装置，其特征在于，所述温度监测器为温度传感器芯片或热敏电阻。

6.根据权利要求1所述的温度调节装置，其特征在于，所述温度调节装置还包括：与所述发热元件连接的限流器。

7.根据权利要求2所述的温度调节装置，其特征在于，所述温度调节装置还包括：

分别与所述模拟量控制器和所述单片机连接，检测所述模拟量控制器输出的直流电流值，并将所述直流电流值发送至所述单片机的电流监测器。

8.根据权利要求7所述的温度调节装置，其特征在于，所述单片机还包括：

与所述电流监测器连接，将所述直流电流值与预设的电流阈值进行比较的电流比较器；

与所述电流比较器和所述模拟量生成器连接，接收所述电流比较器的比较结果，并调节所述模拟量生成器输出的直流模拟电压值的模拟量调节器。

9.一种激光测距传感器，包括激光器、激光检测器和测量电路，其特征在于，还包括：权利要求1-8任一项所述的温度调节装置；

所述温度调节装置的发热元件设置在所述激光器上。