红外地球模拟器温度控制装置及温度控制方法

本发明涉及航空姿态检测领域，具体涉及红外地球模拟器温度控制装置及控制方法。

背景技术：

1、红外地球敏感器是卫星在太空中重要的姿态测量部件，其借助地球对红外辐射的敏感，将地球作为卫星姿态参考的目标源，通过红外光学探测手段获取卫星相对于地球的不同姿态信息，可实现卫星滚动、俯仰姿态偏差角的测量。

2、红外地球模拟器是一种可以在实验室内模拟航天器在太空运行时所观测地球的装置，从而检验红外地球敏感器的性能，判断其技术参数是否达标。为了完成地球模拟器的功能，需要实现地球模拟器内热板和冷板的温度差，在实际过程中处于一种可控状态，来模拟地球在太空中的辐亮度差。

3、目前对地球模拟器冷板的制冷方法都为水冷的方式，其他方法的研究极少。现有的方法一般是在冷板上铣出闭环型槽，用不锈钢金属板密封后，闭环型槽内加入低温循环水进行温控。这种方法降温效果良好、散热均匀，但是水冷散热器所需用具非常庞大，占用空间，增加布线复杂性，且价格高。若运行过程不慎漏水，有可能会损害整个系统。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种红外地球模拟器温度控制装置及温度控制方法，对不同种类、不同类型的地球模拟器，均可实现实时的温度检测和温度控制，尤其可在小空间内较好的完成冷板和热板温度差值的控制。

2、本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

3、本发明提供一种红外地球模拟器温度控制装置，红外地球模拟器包括地球冷板、地球热板，所述红外地球模拟器温度控制装置包括电加热膜、半导体制冷片、温控仪、风扇、散热器以及pt100温度传感器；风扇和散热器贴在半导体制冷片的热端，半导体制冷片的冷端均匀贴在地球冷板的前表面上；电加热膜贴在地球热板的后表面；若干pt100温度传感器分别贴在地球冷板和地球热板上，用于对地球冷板和地球热板分别进行温度测试与温度设定；温控仪的制冷端连接半导体制冷片，温控仪的加热端连接电加热膜。

4、优选地，在所述地球冷板、地球热板上多个部位分别建立温度测试点，若干pt100温度传感器分别贴在各温度测试点上。

5、优选地，所述电加热膜均分成多个独立单元。

6、优选地，所述温控仪通过控制半导体制冷片对地球冷板进行制冷，通过控制电加热膜对地球热板加热。

7、进一步地，所述地球冷板设置在红外地球模拟器准直光学系统的物方焦平面上，物方焦平面平行于位于红外地球模拟器顶端的准直透镜的第一平面，地球冷板和准直透镜都平行于地面；地球热板固定在地球冷板后方，地球热板放置在第三平面上，第三平面平行于所述第一平面；地球热板发出的热辐射先经过地球冷板的孔径再经过准直透镜，成为可以被红外地球敏感器所接收的准直光。

8、本发明同时提供一种红外地球模拟器温度控制装置的温度控制方法，包括以下步骤：

9、步骤1、对地球冷板和地球热板进行温度设定；pt100温度传感器分别测量地球冷板温度t1、地球热板温度t2；

10、步骤2、将步骤1测得的地球冷板温度t1、地球热板温度t2分别与温控仪输入的地球冷板和地球热板的温度设定值进行对比；

11、步骤3、温控仪根据对比结果判断是否对电加热膜加热或对半导体制冷片制冷；如需进行加热或制冷控制，则分别计算半导体制冷片的制冷量q1和电加热膜的加热量q2。

12、优选地，所述步骤1中，地球冷板的温度设定值为20℃；地球热板的温度设定值为t0，t0范围为35℃～85℃。

13、进一步地，所述步骤3中，半导体制冷片的制冷量q1通过下式计算：

14、

15、式中，i为电流；tc为半导体制冷片的冷端温度；r为导体电阻；αpn为半导体制冷片pn结的系数；

16、电加热膜的加热量q2通过下式计算：

17、

18、式中，a为地球冷板口径面积，且d为地球热板的有效辐射直径；kε为传热系数；th为辐射换热的地球热板表面温度；tc为辐射背景温度即地球冷板温度。

19、本发明的有益效果是：

20、应用了本发明的红外地球模拟器，无需在地球冷板的制冷环节采用复杂的水冷装置，只需要在地球冷板的前表面均匀的贴上半导体制冷片，其质量轻，几乎不影响地球模拟器在转台上的使用，使应用在转台上的红外地球模拟器的工作精度得到了提高。

21、本发明不需要加装水循环的装置，避免了漏水对装置造成损害的可能性，制冷设备的成本低且装置简便。

22、本发明对不同种类、不同类型的地球模拟器，均可实现实时的温度检测和温度控制，尤其可在小空间内较好的完成冷板和热板温度差值的控制。

23、本发明可以完成在地球冷板和地球热板的温度不均匀性不大于±0.5℃。对应的控制方法操作简单，易得出半导体制冷片的制冷量q1和电加热膜的加热量q2。

技术特征：

1.一种红外地球模拟器温度控制装置，红外地球模拟器包括地球冷板、地球热板，其特征在于，所述红外地球模拟器温度控制装置包括电加热膜、半导体制冷片、温控仪、风扇、散热器以及pt100温度传感器；风扇和散热器贴在半导体制冷片的热端，半导体制冷片的冷端均匀贴在地球冷板的前表面上；电加热膜贴在地球热板的后表面；若干pt100温度传感器分别贴在地球冷板和地球热板上，用于对地球冷板和地球热板分别进行温度测试与温度设定；温控仪的制冷端连接半导体制冷片，温控仪的加热端连接电加热膜。

2.如权利要求1所述的一种红外地球模拟器温度控制装置，其特征在于，在所述地球冷板、地球热板上多个部位分别建立温度测试点，若干pt100温度传感器分别贴在各温度测试点上。

3.如权利要求1所述的一种红外地球模拟器温度控制装置，其特征在于，所述电加热膜均分成多个独立单元。

4.如权利要求1所述的一种红外地球模拟器温度控制装置，其特征在于，所述温控仪通过控制半导体制冷片对地球冷板进行制冷，通过控制电加热膜对地球热板加热。

5.如权利要求1所述的一种红外地球模拟器温度控制装置，其特征在于，所述地球冷板设置在红外地球模拟器准直光学系统的物方焦平面上，物方焦平面平行于位于红外地球模拟器顶端的准直透镜的第一平面，地球冷板和准直透镜都平行于地面；地球热板固定在地球冷板后方，地球热板放置在第三平面上，第三平面平行于所述第一平面；地球热板发出的热辐射先经过地球冷板的孔径再经过准直透镜，成为可以被红外地球敏感器所接收的准直光。

6.如权利要求1所述的一种红外地球模拟器温度控制装置的温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的一种红外地球模拟器温度控制装置的温度控制方法，其特征在于，所述步骤1中，地球冷板的温度设定值为20℃；地球热板的温度设定值为t0，t0范围为35℃～85℃。

8.如权利要求6所述的一种红外地球模拟器温度控制装置的温度控制方法，其特征在于，所述步骤3中，半导体制冷片的制冷量q1通过下式计算：

技术总结
本发明公开了一种红外地球模拟器温度控制装置及温度控制方法，温度控制装置包括电加热膜、半导体制冷片、温控仪、风扇、散热器以及PT100温度传感器；风扇和散热器贴在半导体制冷片的热端，半导体制冷片的冷端均匀贴在地球冷板的前表面上；电加热膜贴在地球热板的后表面；若干PT100温度传感器分别贴在地球冷板和地球热板上，用于对地球冷板和地球热板分别进行温度测试与温度设定；温控仪的制冷端连接半导体制冷片，温控仪的加热端连接电加热膜。本发明对不同种类、不同类型的地球模拟器，均可实现实时的温度检测和温度控制，尤其可在小空间内较好的完成冷板和热板温度差值的控制。

技术研发人员：王凌云,李家冲,郑茹,李光茜,穆思达
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15