一种隔离式温度控制结构的制作方法

本实用新型涉及光电器件保温技术领域，尤其涉及一种隔离式温度控制结构。

背景技术：

随着光电技术的进步，激光器、光纤陀螺等光电器件的应用越来越广泛，但是由于激光器、光纤陀螺等光电器件属于温度敏感元件，在高温或低温下工作会影响器件性能，因此在高温或低温的使用环境下，需要配置专门的温度控制装置或系统。

基于TEC的温度控制方法在光电器件的温度控制装置或系统中有所应用，CN 105786047A公开了“一种基于TEC的半导体激光器温度控制系统”，该系统采用单片机驱动TEC控制激光器制冷块的温度，控制半导体激光器的温度，该方法的主要问题是激光器暴露在空气中，在极端温度条件下，如-30℃～65℃时，无法使激光器处于稳定、均匀的温度环境中。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种隔离式温度控制结构，用以解决现有技术无法使激光器处于稳定、均匀的温度环境中的问题。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种隔离式温度控制结构，该隔离式温度控制结构包括：散热片、TEC(半导体致冷器Thermo Electric Cooler)、传热板；

传热板安装有光电器件；TEC安装在传热板下方；散热片安装在TEC下方，并与传热板一起，将TEC夹紧；

恒温室外壁与传热板形成恒温室。

TEC的热端均与散热器贴合，另一端与传热板贴合，且两端均填充有导热材料；

传热板和散热片，通过螺钉和垫片连接，并将TEC夹紧。

恒温室外壁采用隔热材料，且两侧壁采用隔热泡棉覆盖；

恒温室外壁上设有循环风机，用来加速恒温室内的空气循环；

恒温室外壁上设有光纤出线孔和信号线出线孔；

光电器件的输出端与光纤连接，光纤通过光纤出线孔穿过恒温室外壁；

光电器件的控制端与信号线连接，信号线通过信号线出线孔穿过恒温室外壁。

恒温室外设有控制组件，控制组件采用单片机或PLC(可编程逻辑控制器Programmable Logic Controller)；

恒温室外，靠近散热片设有散热风机；

传热板上设有至少2个温度传感器，且均采用埋入式结构安装，恒温室内也设有温度传感器；温度传感器均与控制组件连接；

散热风机、循环风机、TEC均与控制组件连接，并被控制组件控制。

TEC的参数满足：

TEC的制冷功率Q_C：Q_C＝Q_L+Q_E；

TEC的冷、热端温差ΔT：ΔT＝T_H-T_C；

其中，Q_L为光电器件的总发热功率，Q_E为恒温室的漏热功率；T_H为TEC的热端温度，T_C为TEC的冷端温度。

TEC的热端温度T_H满足：

T_H＝T_E+ΔT_E

其中，T_E为环境温度，ΔT_E为散热温差；

TEC的冷端温度T_C满足：

T_C＝T_M+ΔT_M

其中，T_M为光电器件的表面允许最高温度，ΔT_M为TEC冷端到光电器件的传热温差。

本实用新型有益效果如下：

1、本实用新型通过设计封闭式箱体结构，以恒温室为目标控制区域，将热负载集中，使温控的效率更高；

2、本实用新型以隔热材料为侧壁设计了恒温室结构，使光电器件处于恒温环境中，避免了仅局部温度满足要求而环境温度不满足要求的问题；

3、本实用新型设计了内循环风机和多温度传感器协同的温度控制方法，使光电器件的环境温度均匀；

4、本实用新型设计了以控制组件、温度传感器、TEC构成的控制结构，使温度控制精确。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的特征和优点从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为一种隔离式温度控制结构的示意图；

图2为使用一种隔离式温度控制结构的温度控制装置的结构组成示意图；

图3为使用一种隔离式温度控制结构的温度控制装置的控制顶面板示意图；

图4为使用一种隔离式温度控制结构的温度控制方法的原理框图；

图5为使用一种隔离式温度控制结构的温度控制方法的控制组件的控制原理图；

图6为一种隔离式温度控制结构的TEC安装示意图；

图中：1-控制顶面板、2-恒温室外壁、3-光电器件、4-传热板、5-散热片、6-散热风机、7-信号传输装置、8-控制组件、9-光纤输出装置、10-温度显示装置、11-状态指示灯、12-电源开关、13-TEC。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理。

一种隔离式温度控制结构，该隔离式温度控制结构应用在基于TEC的温度控制装置中，如图1所示，该装置包括：隔离式温度控制结构、箱体；隔离式温度控制结构安装在箱体内部。

如图3所示，该隔离式温度控制结构包括：散热片5、TEC 13、传热板4；

传热板4上方安装有光电器件3；TEC 13安装在传热板4下方；散热片5安装在TEC 13下方，并与传热板4一起，将TEC 13夹紧；

恒温室外壁2与传热板4形成恒温室。

如图6所示，TEC 13的热端均与散热器贴合，另一端与传热板4贴合，且两端均填充有导热材料，如导热硅脂；传热板4与光电器件3和TEC 13的安装面的平面度和表面粗糙度应较好，使安装面紧密贴合，保证传热良好；

传热板4和散热片5，通过螺钉和垫片连接，并将TEC 13夹紧。

如图2所示，箱体包括控制前面板、侧壁板、底板、控制顶面板1、后面板，形成长方体形结构；可采用夹层式结构，夹层壁采用金属材料，夹层采用导热率较低的隔热材料如聚氨酯材料。可将控制前面板、侧壁板、底板、控制顶面板1、后面板都设计为板材结构，拼接成箱体，也可将侧壁板、底板、控制顶面板1、后面板采用铸造方式一体成型，将控制面板设计为板材结构与箱体拼接。

控制前面板上设有光纤输出装置9、信号传输装置7，控制顶面板1设有温度显示装置10、状态指示灯11、电源开关12；温度显示装置10用来指示光电器件3的温度；光纤输出装置9采用光纤转接器，用于将光电器件3的光信号输出；信号传输装置7采用航空插头，用来光电器件3的控制信号输入输出；所述状态指示灯11至少有4个，分别用来显示所述温度控制装置的运行工作状态、加热工作状态、制冷工作状态、报警工作状态；电源开关12用来控制设备上电；

信号传输装置7和光纤输出装置9在外壁上安装应严密，不应该有缝隙。

后面板的下部，与散热片5对应的位置设有散热风机6。

恒温室外壁2采用隔热材料，且两侧壁采用隔热泡棉覆盖；

恒温室外壁2上设有循环风机，用来加速恒温室内的空气循环，将传热板4上的温度传递到恒温室内的空气中，使光电器件3的环境温度均匀，循环风机受控制组件8的控制启停；循环风机的性能参数根据恒温室内部的空间尺寸和传热板4的温度分布确定；

恒温室外壁2上设有光纤出线孔和信号线出线孔；光纤出线孔的孔径与光纤外径应匹配，信号线出线孔的孔径和信号线的外径应匹配；

光电器件3的输出端与光纤连接，光纤通过光纤出线孔穿过恒温室外壁2，并与光纤输出装置9连接；

光电器件3的控制端与信号线连接，信号线通过信号线出线孔穿过恒温室外壁2，并与信号传输装置7连接。

控制面板的内侧设有控制组件8，控制组件8采用单片机或PLC；

传热板4上设有至少2个温度传感器，且均采用埋入式结构安装，恒温室内也设有温度传感器；温度传感器均与控制组件8连接；在传热板4的光电器件3安装面上加工安装槽，将传感器用导热胶胶合在安装槽中，使传感器与传热板4充分接触；根据传热板4的形状和尺寸，设置传感器的布置位置和个数；

散热风机6、循环风机、TEC 13、温度显示装置10、状态指示灯11均与控制组件8连接，并被控制组件8控制。

TEC 13的参数满足：

TEC 13的制冷功率Q_C：Q_C＝Q_L+Q_E；

TEC 13的冷、热端温差ΔT：ΔT＝T_H-T_C；

其中，Q_L为光电器件3的总发热功率，Q_E为恒温室的漏热功率；T_H为TEC 13的热端温度，T_C为TEC 13的冷端温度。

TEC 13的热端温度T_H满足：

T_H＝T_E+ΔT_E

其中，T_E为环境温度，ΔT_E为散热温差；

TEC 13的冷端温度T_C满足：

T_C＝T_M+ΔT_M

其中，T_M为光电器件3的表面允许最高温度，ΔT_M为TEC 13冷端到光电器件3的传热温差。

根据制冷功率Q_C、冷、热端温差ΔT、热端温度T_H,结合TEC 13的产品特性参数Q_MAX、ΔT_MAX、T_HMAX，选择Q_MAX＞Q_C、ΔT_MAX＞ΔT、T_HMAX＞T_H的TEC 13。

散热片5和散热风机6的性能参数应根据TEC 13的热端功率、TEC13的热端设计温度和环境温度、总的结构确定，主要是确定散热片5的底板尺寸、底板尺寸、翅片高度、翅片厚度、风机风量、风机供电参数等。可通过热仿真软件如Flotherm等进行仿真，保证TEC 13的热端温度不高于TEC 13的性能参数。

如图4、图5所示，本实用新型的原理为：

温度传感器采集传热板4的温度和恒温室的温度，并将温度信号传递给控制组件8；

控制组件8接收传热板4的温度信号后，根据光电器件3的最佳工作温度，控制TEC 13供电电流的极性和电流大小；TEC 13供电电流的极性对应TEC 13加热或制冷，TEC 13供电电流的电流大小对应TEC 13的运转功率；

在传热板4温度低于光电器件3的最佳工作温度时，控制组件8控制TEC 13加热，在传热板4温度高于光电器件3的最佳工作温度时，控制组件8控制TEC 13制冷，并启动散热风机6；根据传热板4温度与光电器件3的最佳工作温度的温差大小，控制组件8调节TEC 13电流增量的大小，从而调整TEC 13的功率；

控制组件8接收恒温室的温度信号后，光电器件3的最佳工作温度，控制循环风机的运转；

当恒温室温度与传热板4温度的温差超过设定值时，控制组件8启动循环风机，且将恒温室温度通过温度显示装置10显示出来，并通过状态指示灯11显示当前温度控制装置的工作状态。

综上所述，本实用新型实施例提供了一种隔离式温度控制结构，本实用新型通过设计封闭式箱体结构，以恒温室为目标控制区域，将热负载集中，使温控的效率更高；本实用新型以隔热材料为侧壁设计了恒温室结构，使光电器件处于恒温环境中，避免了仅局部温度满足要求而环境温度不满足要求的问题；本实用新型设计了内循环风机和多温度传感器协同的温度控制方法，使光电器件的环境温度均匀；本实用新型设计了以控制组件、温度传感器、TEC构成的控制结构，使温度控制精确。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。