陀螺溫度控制裝置的製作方法

2024-02-02 15:22:15 1

專利名稱：陀螺溫度控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種陀螺溫度控制裝置。
技術背景慣性尋北技術是慣性技術領域的重要組成部分。隨著精確測量技術的發展，尋北定位 也出現了諸多方法如慣性法、天文觀測法、大地測量法、衛星定位法、參照物法等多種 高精度尋北方法。但是，在坑道、水下等複雜地形和複雜天候環境等特殊條件下，天文觀 測法，大地測量法、衛星定位法和參照物法都會受到不同程度的條件制約，或者精度低， 或者根本無法實施。只有慣性法才能不受自然條件或環境的幹擾，獨立完成尋北任務，而 且具有連續工作時間長、精度高等特點。因此，對慣性尋北方法的研究有它獨特的應用價 值。近年來，隨著導航技術的發展，低成本、快速、高精度陀螺尋北裝置以它獨特的優點 在許多領域得到了廣泛的應用，如遂道施工、礦山開採、大地測量、資源勘測等民用工程 領域中越來越顯示出廣闊的應用前景。因此，開展陀螺尋北裝置的研究有重要的意義。動調陀螺是一種高溫陀螺，工作環境溫度能直接影響其定位精度和定位時間。當工作環境溫度在73士o. rc時各項工作指標達到最優狀態。中國慣性技術學報第10巻第2期(2002年4月出版)公開了 "基於遺傳算法參數整 定的方位保持儀溫控系統"。該系統主要採用單片機作為控制器採集環境溫度信號，計算 控制量，並根據控制量輸出調寬波以控制加熱裝置對工作環境溫度進行調節。但是由於單 片機存在外圍電路複雜、採集模擬數據時抗幹擾性差、數據位數少、精度低、處理數度慢 等缺點，採用單片機作為控制器，電路結構複雜，溫度調節速度慢、精度低，陀螺工作環 境溫度穩定性差。實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種結構簡單，使陀螺工作環境溫度調節快速、 精度高、穩定性好的陀螺溫度控制裝置。為解決上述技術問題，本實用新型的陀螺溫度控制裝置包括傳感器，模數轉換模塊， 數位訊號處理器，繼電器，加熱器；模數轉換模塊接收傳感器輸出的與陀螺工作環境溫度 相關的模擬電壓信號並將其轉換為數位訊號輸出；數位訊號處理器對模數轉換模塊輸出的 數位訊號進行平滑濾波後計算陀螺工作環境溫度與標準工作溫度之間的差值，並根據該差 值計算控制量，調整輸出調寬波的佔空比；繼電器由數位訊號處理器輸出的調寬波控制其 通斷，以對加熱器的加熱時間進行調整。由於數位訊號處理器可以根據傳感器測量的環境溫度與標準工作溫度之間的差值調 整調寬波的佔空比，以對加熱器的加熱時間進行調整，陀螺開始工作前，其環境溫度較低， 數位訊號處理器輸出的調寬波佔空比較高，加熱速度快；隨著陀螺的工作環境溫度越來越 接近標準工作溫度，調寬波的佔空比逐漸降低，加熱速度逐漸減慢，因而工作環境溫度的 調節不會超調。陀螺的工作環境溫度達到標準工作溫度後，調寬波的佔空比能夠將陀螺的 工作環境溫度穩定在標準工作溫度，因而陀螺工作穩定性好、測量精度高。所述的數位訊號處理器包括採集溫度數據模塊；對溫度數據進行平滑濾波的模塊；計算溫度值的模塊;計算輸出控制量的模塊；根據控制量輸出調寬波的模塊。數位訊號處理器與模擬單片機相比數據位多，精度高，處理速度快，抗幹擾性強，與 外圍接口簡單，功能更強大。本實用新型採用數位訊號處理器作為控制器，電路結構簡單、快速性好、精度高、穩定性好，能夠使陀螺工作溫度穩定在73土o.rc範圍內，即保證了陀螺性能的穩定，又避免了陀螺羅盤工作環境溫度對陀螺常值漂移的影響。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細說明。


圖l為本實用新型結構示意圖。圖中l為傳感器，ll第一熱敏電阻，12第二熱敏電阻， 2模數轉換模塊，21第一A/D轉換器，22第二A/D轉換器，3數位訊號處理器，4繼電器，41 第一繼電器，42第二繼電器，5加熱器，51第一加熱片，52第二加熱片。圖2為數位訊號處理器3內部程序流程圖。
具體實施方式
本實用新型採用兩級溫控方式，陀螺殼體內部的溫度控制在73土o. rc，陀螺殼體與 陀螺罩之間環境的溫度控制在65土o. rc。所述的傳感器l包括第一熱敏電阻ll和第二熱敏 電阻12;模數轉換模塊2包括第一A/D轉換器21和第二A/D轉換器22;繼電器4包括第一繼電 器41和第二繼電器42;加熱器5包括第一加熱片51和第二加熱片52。第一熱敏電阻ll和第 一加熱片51為陀螺自身所有，第一熱敏電阻ll用於檢測陀螺殼體內部的溫度，第一加熱片 51對陀螺殼體內部的溫度進行調解；第二熱敏電阻12貼於陀螺殼體的外部，第二加熱片52 貼於陀螺罩的內部，第二熱敏電阻12用於檢測陀螺殼體與陀螺罩之間環境的溫度，第二加 熱片52對陀螺殼體與陀螺罩之間環境的溫度進行調解。第一A/D轉換器21接收第一熱敏電 阻ll的與溫度相關的模擬電壓信號並將其轉換為數位訊號輸出；第二A/D轉換器22接收第 二熱敏電阻12的與溫度相關的模擬電壓信號並將其轉換為數位訊號輸出。數位訊號處理器 3分別對第一A/D轉換器21和第二A/D轉換器22輸出的數位訊號進行平滑濾波後，計算陀螺 殼體內部的溫度與73土0. rC之間的差值和陀螺殼體與陀螺罩之間環境的溫度與65士0. 1 'C之間的差值，並根據兩個差值分別調整輸出到第一繼電器41和第二繼電器42的調寬波的 佔空比；第一繼電器41和第二繼電器42由數位訊號處理器3輸出的調寬波控制其通斷，以 分別調整第一加熱片51和第二加熱片52的加熱時間。控制器內部程序流程包括下列步驟開始；初始化；採集第一A/D轉換器輸出的溫度數據；採集第二A/D轉換器輸出的溫度數據； 對第一A/D轉換器輸出的溫度數據進行平滑濾波； 對第二A/D轉換器輸出的溫度數據進行平滑濾波；計算陀螺殼體內部的溫度值；計算陀螺殼體與陀螺罩之間環境的溫度值；計算輸出到第一繼電器的調寬波的控制量；計算輸出到第二繼電器的調寬波的控制量；根據控制量向第一繼電器輸出調寬波；根據控制量向第二繼電器輸出調寬波；為了保證陀螺工作的各項性能指標，使陀螺工作環境溫度保持在73士o. rc，本發明裝置採用兩級溫度控制，即分別對陀螺殼體內外均固定加熱片，通過溫度控制算法程序根 據環境溫度對加熱片進行控制，並通過溫度傳感器1實時測定加熱時的溫度變化，程序按照反饋回的溫度值對加熱方式進行控制調節。保證陀螺內部工作溫度穩定在73±o. rc範圍內，即保證了陀螺性能的穩定，又避免了陀螺羅盤工作環境溫度對陀螺常值漂移的影響。 第一熱敏電阻11和第二熱敏電阻12採用NTC熱敏電阻；第一A/D轉換器21和第二A/D轉 換器22採用ADS8322;數位訊號處理器3採用TMS320F2407;第一繼電器41和第二繼電器42 採用直流固體繼電器JGX-51FA-7A;第一加熱片51和第二加熱片52採用薄膜加熱片。
權利要求1、一種陀螺溫度控制裝置，其特徵在於包括傳感器(1)，模數轉換模塊(2)，數位訊號處理器(3)，繼電器(4)，加熱器(5)；模數轉換模塊(2)接收傳感器(1)輸出的與陀螺工作環境溫度相關的模擬電壓信號並將其轉換為數位訊號輸出；數位訊號處理器(3)對模數轉換模塊(2)輸出的數位訊號進行平滑濾波後計算陀螺工作環境溫度與標準工作溫度之間的差值，並根據該差值計算控制量，調整輸出調寬波的佔空比；繼電器(4)由數位訊號處理器(3)輸出的調寬波控制其通斷，以對加熱器(5)的加熱時間進行調整。
2、根據權利要求l所述的陀螺溫度控制裝置，其特徵在於所述的傳感器(1)包括 第一熱敏電阻(11)和第二熱敏電阻(12);模數轉換模塊(2)包括第一A/D轉換器(21) 和第二A/D轉換器(22);繼電器(4)包括第一繼電器(41)和第二繼電器(42);加熱器 (5)包括第一加熱片(51)和第二加熱片(52);第一熱敏電阻(11)和第一加熱片(51)為陀螺 自身所有，第二熱敏電阻(12)貼於陀螺殼體的外部，第二加熱片(52)貼於陀螺罩的內部； 第一A/D轉換器(21)接收第一熱敏電阻(11)的與溫度相關的模擬電壓信號並將其轉換為數 字信號輸出；第二A/D轉換器(22)接收第二熱敏電阻(12)的與溫度相關的模擬電壓信號並 將其轉換為數位訊號輸出；數位訊號處理器(3)分別對第一A/D轉換器(21)和第二A/D轉換 器(22)輸出的數位訊號進行平滑濾波後，計算陀螺殼體內部的溫度與73士0. rC之間的差值和陀螺殼體與陀螺罩之間環境的溫度與65土o. rc之間的差值，並根據兩個差值分別調整輸出到第一繼電器(41)和第二繼電器(42)的調寬波的佔空比；第一繼電器(41)和第二繼 電器(42)由數位訊號處理器(3)輸出的調寬波控制其通斷，以分別調整第一加熱片(51)和 第二加熱片(52)的加熱時間。
3、根據權利要求2所述的陀螺溫度控制裝置，其特徵在於第一熱敏電阻(ll)和第二熱 敏電阻(12)採用NTC熱敏電阻；第一A/D轉換器(21)和第二A/D轉換器(22)採用ADS8322;數 字信號處理器(3)採用TMS320F2407;第一繼電器(41)和第二繼電器(42)採用直流固體 繼電器JGX-51FA-7A;第一加熱片(51)和第二加熱片(52)採用薄膜加熱片。
專利摘要本實用新型涉及一種陀螺溫度控制裝置，該裝置包括傳感器，模數轉換模塊，數位訊號處理器，繼電器，加熱器；傳感器採集並經模數轉換模塊變換的與陀螺工作環境溫度相關的信號輸入到數位訊號處理器，數位訊號處理器對其進行平滑濾波後計算陀螺工作環境溫度與標準工作溫度之間的差值，並根據該差值計算控制量，調整輸出調寬波的佔空比，通過繼電器對加熱器的加熱時間進行調整，使陀螺工作環境溫度穩定在標準工作溫度。本實用新型採用數位訊號處理器作為控制器，電路結構簡單、快速性好、精度高、穩定性好，能夠使陀螺工作溫度穩定在73±0.1℃範圍內，既保證了陀螺性能的穩定，又避免了陀螺羅盤工作環境溫度對陀螺常值漂移的影響。
文檔編號G05D23/20GK201097241SQ20072009457
公開日2008年8月6日 申請日期2007年11月12日 優先權日2007年11月12日
發明者暢 劉, 李建榮, 杜璧秀, 沈鋮武, 王志乾, 雁 趙, 高峰端 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所