[发明专利]一种惯性测量系统三级温控系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种温控系统，特别是一种惯性测量系统三级温控系统，属于温度控制技术领域。

背景技术

惯性测量系统是集自动控制、机械工程、材料、计算机、微电子、光学、数学、力学、热学等多个学科和工程技术领域为一体的技术融合。而惯性测量系统热控技术是保证惯性器件工作精度的重要保障系统之一，即控制惯性导航系统内部与外部环境热交换过程、使其热平衡温度在惯性器件要求的温度范围内，减小温度变化对惯性器件工作精度的影响。早在国外，阿波罗15号飞船登月任务上就使用了相变材料，是现代出现的新技术。相变材料是一种能发生相变并在相变过程中吸收或放出大量相变潜热而相变过程的温度基本维持不变的材料。根据相变材料的化学成分，可分为有机和无机两大类，根据相变过程的相态不同，又可分为固汽相变、液汽相变、固液相变和固固相变四类相变形态。由于固汽和液汽相变的体积变化大，使用时要有很多的复杂装置，尽管潜热大，但还是限制了他们的用途。而固固相变其潜能储存不足，可合用的体系也较少。只有固液相变时，其相变体积变化较小，储存潜热高和相变温度都可取用的范围内，且可选用的体系较多，在通常可用的固液相变材料中，很大一部分都是水合盐，这些警惕在加热融化时，放出它的结晶水，形成溶液，当这个溶液固化时就会放出潜热。

温控系统的重要性在航空航天、船舶舰艇、战术/战略武器等领域发挥着至关重要的作用，温控系统直接决定着温控对象的精度，甚至寿命。以下各国卫星发生的热故障来说明：1970年日本大禺号试验卫星，在发射入轨绕地球六圈之后，地面遥测到电子仪器温度为60℃，最终仪器停止工作，与地面失去联系。1973年美国发射的“天空实验室”，在发射起飞时，太阳能电池帆板与舱体表面热控涂层遭受损坏，入轨后太阳能电池帆板不能正常供电，引起电力不足，载人工作舱直接受到太阳照射，温度上升到87.7℃，宇航员无法入舱工作，后采用地面救援，派宇航员将喷覆金属涂层的塑料片折叠伞来遮挡遮挡阳光，舱温才逐渐下降至正常试验温度。1984年我国试验卫星在轨进行试验时，发现卫星自旋转速达到额定值时，行波管温度超出预定值。降低转速，该温度恢复正常。经地面试验证实，行波管导热热管在安装中出现一“死区”，当卫星自旋转加快、离心力加大，热管内工质回流受阻，传热量下降。综上所述，热控系统在各系统中占有重要地位，热控设计的精度和可靠性影响到整个卫星的工作状态、寿命及可靠性。

惯导系统使用环境较为复杂，现有的惯性测量系统均采用两级温控的方式，惯性仪表的精度容易受到外界环境温度变化的影响，惯性测量系统内部的温度梯度较大，仅靠目前只有加温的温控系统不能在高温条件下保证惯组正常工作。

发明内容

本发明的技术解决问题：在现有温控系统的基础上，提出了一种惯性测量系统三级温控系统，提高了温控精度，缩短了温控稳定时间。

本发明的技术解决方案：一种惯性测量系统三级温控系统，惯性测量系统由陀螺仪和加速度计组成，第一级温控系统、第二级温控系统和第三级温控系统均采用PWM温控方式，每一级温控系统由电加温器、温度传感器、测温电桥、校正网络、比较器、功率放大器和三角波发生器组成，第一级温控系统中的电加热器和温度传感器设置在惯性测量系统的箱体上，第二级温控系统中的电加热器和温度传感器设置在惯性测量系统的安装台体上，第三级温控系统中的电加热器和温度传感器设置在惯性测量系统的惯性仪表上，第一级温控系统、第二级温控系统和第三级温控系统中的温度传感器对箱体、安装台体和惯性仪表的温度进行测量，温度传感器的测量结果与温度设定值所对应的电信号作为测温电桥的两个桥臂，测温电桥的输出结果经过校正网络进行校正，比较器对校正网络输出的信号与三角波发生器产生的基准信号进行比较，比较结果经功率放大器放大后控制电加热器的开关。

所述第一级温控系统、第二级温控系统和第三级温控系统也可以采用数字PID温控方式。

所述每一级温控系统由A/D转换器、微型计算机、D/A转换器、功率放大器、电加热器和温度传感器组成，第一级温控系统、第二级温控系统和第三级中的温度传感器对箱体、安装台体和惯性仪表的温度进行测量，通过A/D转换器转化为数字量输入微型计算机，微型计算机通过数字PID控制算法进行运算产生数字量控制信号，数字量控制信号通过D/A转换器转换成模拟量控制信号，模拟量控制信号经功率放大器放大后控制电加热器的开关。

所述第一、第二和第三级温控系统还可以包括风扇、半导体制冷或相变材料用于温度控制。

本发明与现有技术相比的优点在于：