CN111124009A - 深空能量粒子探测仪器在轨运行时的自主温度控制*** - Google Patents

深空能量粒子探测仪器在轨运行时的自主温度控制*** Download PDF

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张海燕
胡向宇
李存惠
赵振栋
毛俊程
赵椿芳
王鹢
于海军
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    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
    • G05D23/24—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature the sensing element having a resistance varying with temperature, e.g. a thermistor

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Abstract

本发明公开了一种深空能量粒子探测仪器在轨运行时的自主温度控制***，包括温度传感器、温度监测采集模块、控制模块、温度控制模块；温度传感器安装于探测仪器的温度敏感器件上；温度监测采集模块采集温度信号并将其转换为电信号；控制模块根据该电信号判断是否需要控制温度控制模块对探测仪器加热；本发明能够改善传统主动式控温***电路复杂、可靠性低的现状，并且控温范围满足工作需求。

Description

深空能量粒子探测仪器在轨运行时的自主温度控制***
技术领域
本发明属于深空物理探测的技术领域，具体涉及一种深空能量粒子探测仪器在轨运行时的自主温度控制***。
背景技术
航天器运行在地球大气层以外的深空环境，在地火转移轨道和火星环绕轨道运行过程中，所搭载的探测仪器会背向太阳而经受-40℃的极低温度环境。在极低温度下许多对温度敏感的仪器会出现不同程度的探测性能的改变甚至失效。火星能量粒子分析仪探头***由两个硅探测器、一个CsI(Tl)探测器和反符合探测器组成，硅探测器本身以及用于CsI(Tl)和反符合探测器的信号读出器件PD和SiPM均属于温度敏感器件。为了保证火星能量粒子探测仪器在轨运行期间传感器探头部分的探测数据不受温度变化影响，需要设计自主温控***，保证仪器工作在正常的温度区间。
考虑到深空探测任务对探测器的重量、功耗等严格限制，所需的自主温控***应尽可能结构简单，在保证体积功耗限制的情况下满足实际的探测需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种深空能量粒子探测仪器在轨运行时的自主温度控制***，能够改善传统主动式控温***电路复杂、可靠性低的现状，并且控温范围满足工作需求。
实现本发明的技术方案如下：
一种深空能量粒子探测仪器在轨运行时的自主温度控制***，包括温度传感器、温度监测采集模块、控制模块、温度控制模块；
温度传感器安装于探测仪器的温度敏感器件上；温度监测采集模块采集温度信号并将其转换为电信号；控制模块根据该电信号判断是否需要控制温度控制模块对探测仪器加热。
进一步地，当控制模块接收到的电信号表征温度敏感器件上的温度低于-15℃时，控制模块控制温度控制模块的电路导通，使得温度控制模块中的加热片开始加热，使得探测仪器整机温度开始回升；
当控制模块接收到的电信号表征温度敏感器件上的温度高于-5℃时，控制模块控制温度控制模块的电路断开，温度控制模块中的加热片停止加热。
有益效果：
本发明设计的自主温控***结构简单，具有控制稳定、安全有效的特点，在保证体积功耗限制的情况下能够满足实际的探测仪器温控需求。
附图说明
图1为本发明自主温度控制***示意图。
图2为本发明温度监测采集模块示意图。
图3为本发明温度控制模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种深空能量粒子探测仪器在轨运行时的自主温度控制***，如图1所示，包括温度传感器、温度监测采集模块、控制模块、温度控制模块。
传统的航天器控温***通常选用被动式的，简单易行但控温范围窄。部分航天器上携带的温控***采用主动式的，但是控制电路复杂，可靠性低，不适用于深空探测过程中的复杂、恶劣的热环境。本发明采用温度采集、监测和温控模块局部分布，既解决了被动式控温***温控范围窄的缺陷又改善了传统主动式控温***电路复杂、可靠性低的现状。
温度监测和采集电路图如附图2所示。火星能量粒子分析仪上温度监测采用温度贴点的方式，在硅探测器、CsI(Tl)探测器和反符合探测器的每个SiPM和PD附近安装温度传感器(热敏电阻MF501)，温度传感器探测到的数据通过运算放大器转换为电压信号输出至ADC中，再经过FPGA转换为数字信号输出每个探测器的实时温度信息。
FPGA判断探头部分探测到的温度信息是否低于温度下限-15℃，若低于温度下限，FPGA会自主启动温度控制电路，其电路图如附图3所示，温度控制电路启动后继电器闭合，加热片开始工作，温度监测和采集电路继续向FPGA提供实时的探头温度信息，若采集到的温度达到-5℃(±0.5℃)时，FPGA向温度控制电路发送停止工作的信息，此时温度继电器断开，自主温控电路停止工作。火星能量粒子分析仪在轨运行期间，自主温控***不断实现以上的温度控制循环工作，确保整个探测***的温度在-15℃以上。
自主温度控制***包括温度继电器和2个并联的加热片，加热片粘贴于火星能量粒子分析仪中支架表面，每片阻值为210Ω±2％，等效阻值为105Ω，加热功率为29×29V/105Ω＝8.00W，具体见附图3所示。温控过程为：当温度低于-15℃时，温度继电器闭合，温控电路导通，加热片开始加热，此时火星能量粒子分析仪整机温度开始回升；当整体温度回升到-5℃时，温度继电器断开，加热片停止加热，属于自主温控循环过程。整个温度监测和采集电路的温差以及温控温差在±0.5℃。采用温度继电器、加热片和电源构成主动式温控***的闭合回路，温度继电器可根据实际任务选型，灵活方便，通用性强，而加热片的参数根据自主温控回路进行定制，其个数、连接方式和尺寸的选择与任务实际需求贴合，既避免了阻值太大温控范围不精确的问题也降低了不必要的回路功耗，保证仪器在安全可靠的温度区域工作。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种深空能量粒子探测仪器在轨运行时的自主温度控制***，其特征在于，包括温度传感器、温度监测采集模块、控制模块、温度控制模块；
温度传感器安装于探测仪器的温度敏感器件上；温度监测采集模块采集温度信号并将其转换为电信号；控制模块根据该电信号判断是否需要控制温度控制模块对探测仪器加热。
2.如权利要求1所述的一种深空能量粒子探测仪器在轨运行时的自主温度控制***，其特征在于，当控制模块接收到的电信号表征温度敏感器件上的温度低于-15℃时，控制模块控制温度控制模块的电路导通，使得温度控制模块中的加热片开始加热，使得探测仪器整机温度开始回升；
当控制模块接收到的电信号表征温度敏感器件上的温度高于-5℃时，控制模块控制温度控制模块的电路断开，温度控制模块中的加热片停止加热。
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