恒温控制模块及微波闪烁仪的制作方法

本发明属于地表通量观测领域，具体涉及一种恒温控制模块及安装有该恒温控制模块的微波闪烁仪。

背景技术：

地表通量，即地表与大气之间动量、显热和潜热通量的交换，这种交换发生在近地面附近，是表征下垫面强迫及其与其大气相互作用的一个重要参数，其测量参数可应用于农业、气象、水文、天气预报、能量平衡等领域，对于水资源管理、水文、气象、农业等都有重要意义。因此，如何比较准确地计算得到自然条件下大尺度区域上的地表通量一直是气象和水文工作者的研究内容之一。

目前多使用微波闪烁仪对地表通量进行采集。微波闪烁仪包括发射仪和接收仪，发射仪发射一定波段的电磁波，在大气中传播。接收仪接收受到电磁波传播路径上温度、湿度和气压波动影响的电磁波信号，并用折射系数结构参数(cn2)表示。通过对折射系数结构参数(cn2)的计算得到显热通量和潜热通量等地表通量数据用于气象和水文研究。

在接收电磁波信号时接收仪受本身温度变化影响，导致测量精度和稳定性下降。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为解决现有微波闪烁仪的接受仪因自身温度变化导致测量精度和稳定性下降问题，本发明提供一种加装采用pid(比例、积分、微分)技术的温控模块的微波闪烁仪。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提供一种恒温控制模块，包括控制器、pwm(脉冲宽度调制)占空比脉冲发生器、发热电路、加热电阻和温度感应探头，所述控制器、pwm占空比脉冲发生器、发热电路和加热电阻顺次连接，温度感应探头与所述控制器通讯连接，温度感应探头采集温度数据传输至控制器，控制器采用pid技术对温度感应探头传回数据进行计算并转化为控制器的输出信号，计算采用的公式为：

其中，ev(t)＝sp(t)-pv(t)………………………………………………(2)

式中：ev(t)为预设定温度值与温度感应探头采集温度的差、sp(t)为预设定温度值，pv(t)为温度感应探头采集温度；mv(t)为控制器的输出信号；kp为比例系数，ti和td分别是积分时间和微分时间，m是积分部分的初始值；

控制器的输出信号通过pwm占空比脉冲发生器形成相应占空比的pwm波形输出，通过发热电路对加热电阻进行加热。

进一步的，加热电阻外部绝缘材料为耐高温陶瓷。

进一步的，发热电路包括限流电阻、上拉电阻、高速开关mos管、系统供电电源正极、大功率高速mos管、加热电阻、下拉电阻、和系统供电电源负极，

高速开关mos管的栅极分别于限流电阻的第一端和下拉电阻的第一端相连；

高速开关mos管的漏极分别与上拉电阻的第一端和大功率高速mos管的栅极相连；

高速开关mos管的源极与加热电阻相连；

限流电阻的第二端与pwm占空比脉冲发生器的第一端相连，pwm占空比脉冲发生器的第二端与控制器相连；

下拉电阻的第二端与系统供电电源负极相连；

上拉电阻的第二端与系统供电电源正极相连；

大功率高速mos管的漏极与系统供电电源正极相连；

大功率高速mos管的源极与加热电阻相连。

本发明提供一种微波闪烁仪，包括天线反射金属罩、恒温加热模块，天线反射金属罩与恒温加热模块通过热传导连接件连接，恒温加热模块的温度感应探头安装在天线反射金属罩内部；

热传导连接件为球形弧面形状，由高导热效率金属组成，天线反射金属罩和热传导连接件之间缝隙内部填充导热硅脂用以增加传导效率；

恒温加热模块和热传导连接件间表面平整接触，缝隙内部填充导热硅脂用以增加传导效率；

进一步的，天线反射金属罩内部进行高精细抛光处理，球面出口端用抗老化保温隔热泡沫密封。

(三)有益效果

本发明电路和控制结构设计简单，恒温加热模块与天线反射金属罩之间的热传导效率高，在达到节约资源节省成本的目的的同时提供了一种能使自身处于稳定的温度环境下工作为科学研究提供可靠的分析数据的微波闪烁仪。

附图说明

图1是本发明的微波闪烁仪的示意图。

图2是本发明的恒温控制模块的示意图。

图3是本发明的闭环控制系统原理框图。

【附图标记说明】

1、天线反射金属罩；2、热传导连接件；3、恒温加热模块；4、抗老化保温隔热泡沫；301、控制器；302、pwm占空比脉冲发生器；303、限流电阻；304、下拉电阻；305、上拉电阻；306、系统供电电源负极；307、系统供电电源正极；308、大功率高速mos管；309、加热电阻；310、温度感应探头；311、高速开关mos管。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如图1所示本发明一种微波闪烁仪包括天线反射金属罩1、热传导连接件2和恒温加热模块3，天线反射金属罩1和恒温加热模块3通过热传导连接件2连接，热传导连接件2由高导热效率金属组成，为球形弧面形状，天线反射金属罩1和热传导连接件2之间缝隙内部填充导热硅脂用以增加传导效率能够使散热点更加均匀，提高恒温加热模块3对天线反射金属罩1的控温精度。热传导连接件2和恒温加热模块3之间表面平整接触，两者缝隙内部填充导热硅脂，增加热传导效率。天线反射罩1和、抗老化保温隔热泡沫4为密封结构，目的使腔体内和外界减少热交换。

恒温加热模块3包括控制器301、pwm占空比脉冲发生器302、发热电路、加热电阻309和温度感应探头310，控制器301、pwm占空比脉冲发生器302、发热电路、加热电阻309顺次连接。温度感应探头310安装在天线反射金属罩1内部测量其内部温度，并将测得温度值传到控制器301中。控制器301内置pid算法，计算采用的公式为：

其中，ev(t)＝sp(t)-pv(t)………………………………………………(2)

式中：ev(t)为预设定温度值与温度感应探头采集温度的差、sp(t)为设定值，pv(t)为过程变量；mv(t)为控制器的输出信号；kp为比例系数，yi和yd分别是积分时间和微分时间，m是积分部分的初始值；

如图2所示发热电路包括起限制所在支路电流的大小作用的限流电阻303；起提高模块的抗干扰能力作用的下拉电阻304和上拉电阻305；系统供电电源负极306和系统供电电源正极307；作为开关电源的大功率高速mos管308、和高速开关mos管311。

高速开关mos管311的栅极分别于限流电阻303的第一端和下拉电阻304的第一端相连；高速开关mos管311的漏极分别与上拉电阻305的第一端和大功率高速mos管308的栅极相连；高速开关mos管311的源极与加热电阻309相连；限流电阻303的第二端与pwm占空比脉冲发生器302的第一端相连，pwm占空比脉冲发生器302的第二端与控制器相连；下拉电阻304的第二端与系统供电电源负极306相连；上拉电阻305的第二端与系统供电电源正极307相连；大功率高速mos管308的漏极与系统供电电源正极307相连；大功率高速mos管308的源极与加热电阻309相连。

如图3所示本发明工作时，根据微波闪烁仪的测量需要选取预设定温度值即sp(t)，预设定温度为目标值，将预设定温度输入控制器301，控制器301将预设定温度转化为控制器的输出信号并传输到pwm占空比脉冲发生器302，pwm占空比脉冲发生器302将其转化为相应占空比的pwm波形输出到发热电路，经发热电路的控制使加热电阻309产生等比例的热功率，并经热传导连接件2传导至天线反射金属罩1内部，再通过温度感应探头310测量所得出天线反射金属罩1内部的真实温度即pv(t)，并传回控制器301，控制器301通过计算天线反射金属罩1内部的真实温度和预设定温度的偏差值即ev(t)，计算出得控制器的输出信号，再由pwm占空比脉冲发生器302发出下一次控制所需的pwm占空比，来调节加热温度，重复上述过程使天线反射金属罩1内部温度持续保持预设定温度值。整个工作过程形成一个pid闭环控制系统适用于变温环境中，能够计算环境温差进行系统调整，能够快速稳定系统的温补情况。

本发明温度控制环节采用pid闭环控制理论实现，恒温控制下实际天线反射金属罩1内温度动态变化小于±0.3℃，为通量测量的仪器提供相对稳定的内部环境方案，改变传统器件和信号等受环境温度影响的现状，使微波闪烁仪在稳定的温度环境下工作为科学研究提供可靠的分析数据。

本发明电路和控制结构设计简化，同时大大提高热传导效率，达到节约资源节省成本的目的。

需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。