[发明专利]基于TEC的微型传感器温控系统

说明书

技术领域

本发明属于微型传感器的温度控制技术领域，涉及基于TEC的微型传感器温控系统。

背景技术

TEC是利用半导体材料的Peltier效应制成的既能制冷又能加热的电子器件。Pelitier效应是指直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象。在TEC的制冷量和制热量足够大时，可以调节通过TEC的电流值大小保持一端温度在一定范围内保持恒定。TEC以其体积小、响应快、精度高、无振动噪声、无运动部件、无磨损、控制灵活等优势，广泛应用于具有空间有限和高可靠性要求的场合，诸如激光器的温控，PCR的温控，甚至LED的温控。

随着新兴设计、制造、封装技术的出现，微机电陀螺仪等微型传感器的集成度越来越高，热密度急剧升高，由此而产生的热处理问题亟待解决。微型传感器对工作环境的温度有很高的要求，恶劣的温度工作环境严重影响其工作性能甚至导致其不能正常工作，所以维持微型传感器工作环境温度的稳定性是是保证其正常工作的基础，高精度的温度控制系统显得十分重要。

微机电陀螺仪在实际的工作过程中，除了承受内部的的热荷载，还要面对外界的温度环境，结合传感器的自身特点与工况，将TEC应用于微机电陀螺仪的温度控制是极好的选择，基于此，本专利发明了基于TEC的微机电陀螺仪的温控装置。

发明内容

本发明的目的在于提供基于TEC的微机电陀螺仪温控系统装置，可以为微机电陀螺仪(或其它微型传感器)提供高低成本、尺寸小、无振动噪声、集成化、控制精度高、高可靠性的温控系统，使其能够在稳定的最优温度环境下工作，从而保证其性能稳定和优良。

本发明所采用的技术方案是包括TEC和微型传感器热封装模块，TEC和微型传感器热封装模块一端分别与MOS管Q1的源级、MOS管Q3的漏极连接在一起，TEC和微型传感器热封装模块的另一端分别与MOS管Q2的源级和MOS管Q4的漏极连接在一起，MOS管Q1的漏极、MOS管Q2的漏极连接8V外接电源，MOS管Q3的源级和MOS管Q4的源级直接接地，MOS管Q1的基极连接第一放大电路，MOS管Q3的基极连接第二放大电路，MOS管Q2的基极连接第三放大电路，MOS管Q4的基极连接第四放大电路，第一放大电路、第二放大电路、第三放大电路和第四放大电路分别连接6V外接电源，第一放大电路、第二放大电路、第三放大电路和第四放大电路分别连接ARM控制模块，ARM控制模块连接TEC和微型传感器热封装模块。

进一步，所述第一放大电路、第二放大电路、第三放大电路和第四放大电路结构相同；放大电路连接结构为电阻R1一端连接ARM控制模块，另一端连接三极管M1的基极，三极管M1的集电极、电阻R2的一端、三极管M2的基极、三极管M3的基极连接在一起，电阻R2的另一端和三极管M3的集电极连接6V外接电源，三极管M3的发射极、三极管M2的集电极、电阻R3的一端连接在一起，三极管M1的发射极、三极管M2的发射极和电阻R4的一端连接在一起并且接地，电阻R3的另一端、电阻R4的另一端和MOS管的基极连接在一起。

进一步，所述TEC和微型传感器热封装模块的结构有两种：

第一种：金属外壳由侧壁和底面组成的一面开口的壳体，金属外壳壳体内部侧壁涂有一层绝热胶，PCB板被铆钉固定在壳体内部底面、且PCB板与壳体内部底面之间涂覆有绝热胶，PCB板上安装有微型传感器，微型传感器接触TEC的一面、且接触面之间涂覆薄的导热胶，TEC另一面接触铝制热沉或铜质热沉、且接触面之间涂覆薄的导热胶，铝制热沉或铜质热沉将金属外壳的开口封闭、且铝制热沉或铜质热沉与金属外壳顶端接触面之间由绝热胶隔离；导热胶的作用是减小热阻，使TEC产生的热更加有效地传递到空气环境中；绝热胶的作用是隔离两侧的热交换，使环境中的热量不能传递到模块内部，增强TEC这温控效果。

第二种：金属外壳由侧壁构成两端开口的壳体，壳体内部涂有一层绝热胶，金属外壳两面开口均被铝制热沉或铜质热沉封闭，接触面之间涂覆有绝热胶，两面的铝制热沉或铜质热沉分别接触TEC，其中一面的TEC接触PCB板的一面，PCB板的另一面接触微型传感器一端，微型传感器另一端接触另一面的TEC，接触面之间涂覆有导热胶。

进一步，所述TEC和微型传感器热封装模块中封装的微型传感器，包括微型陀螺仪，微型加速度计，微型压力计。

进一步，所述ARM控制模块采用芯片型号为STM32F103V；控制算法可以是PID-PWM，也可以是Fuzzy-PWM；

本发明的有益效果是具模块集成、响应快、控制精度高等优点。

附图说明