[发明专利]一种用于MEMS重力仪测试的恒温装置

说明书

本发明公开了一种用于MEMS重力仪测试的恒温装置，包括由内到外依次嵌套的三级恒温单元，各级恒温单元的温控区域由外到内依次减小，且最外层采用真空腔作为被控腔体，减小了热对流和热传导对MEMS重力仪的影响，并抑制了空气浮力，能够大大提高温度的控制精度；另外，由于各级温控单元的温控点由内到外依次递减，形成了一条由内到外的散热通道，使得本发明在无需外加其他散热装置的前提下能够通过主动温控和被动温控相结合的方式控制各级恒温单元的温度，以维持装置内温度的动态平衡，在MEMS重力仪测试过程中避免引入振动噪声，抗外界干扰能力较强，能够以较小的体积、较低的成本以及较高的抗外界干扰能力为MEMS重力仪提供高精度的恒温环境。

技术领域

本发明属于温度控制领域，更具体地，涉及一种用于MEMS重力仪测试的恒温装置。

背景技术

重力仪是一种对重力加速度进行测量的仪器，被广泛应用于地球物理、石油和矿产勘探、惯性导航、地震学等领域。传统的商用重力仪用途广泛，但因高昂的成本和较大的体积，使其在许多场景下应用受到限制。MEMS重力仪是一种新型相对重力仪，参见中国专利CN107092038A，其具有体积小、质量轻、成本低的优点，有望在未来丰富重力仪的应用场景。

MEMS重力仪的核心单元为重力传感器，该重力传感器为一种基于硅结构的弹簧振子单元。通过MEMS工艺制备能够实现具有较高灵敏度的硅基弹簧-振子结构，并在重力测量中实现数十到百μGal级的分辨率。然而，硅材料的杨氏模量对温度变化敏感，温度改变带来杨氏模量的变化会直接贡献到重力仪的输出，从而影响仪器的稳定性。为保证仪器的高灵敏度和长期稳定性，需要为其提供高精度恒温环境。

现有的用于MEMS重力仪测试的恒温装置主要依靠主动加热和主动散热的方式来实现恒温温控，并且直接将MEMS重力仪作为温控对象，控温区域较大，温控精度较低。另外，现有技术多通过在装置内部安装如风扇、TEC等的散热装置来实现主动散热，体积较大；并且通过风扇来进行散热的方式还会带来额外的振动，影响MEMS重力仪的使用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种用于MEMS重力仪测试的恒温装置，用以解决现有技术无法在满足具有较小的体积、较高的抗外界干扰能力的前提下为MEMS重力仪提供高精度的恒温环境的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于MEMS重力仪测试的恒温装置，包括温度控制模块和多级恒温模块；

多级恒温模块包括由内到外依次嵌套的第一级恒温单元、第二级恒温单元、第三级恒温单元和隔热防风单元；MEMS重力仪放置在第一级恒温单元的内部；

温度控制模块用于分别对各级恒温单元，当其内部的温度低于其对应的温控点时，对其进行加热，以将第一级恒温单元、第二级恒温单元和第三级恒温单元内部的温度分别控制在对应的温控点上；各级温控单元的温控点由内到外依次递减，以形成由内到外的散热通道；

各级温控单元通过主动加热和自然散热的方式维持其内部的温度平衡；其中，第三级恒温单元内部为真空腔，以为第一级恒温单元和第二级恒温单元提供真空的恒温环境，以减小热对流和热传导对MEMS重力仪的影响，同时抑制空气浮力对MEMS重力仪的影响；

隔热防风模块用于过滤外部环境中的温度波动。

进一步优选地，温度控制模块包括第一温度控制单元、第二温度控制单元和第三温度控制单元；

第一温度控制单元与第一级恒温单元相连，用于当第一级恒温单元内部的温度低于第一温控点时，对第一级恒温单元进行加热，以将第一级恒温单元内部的温度控制在第一温控点上；

第二温度控制单元与第二级恒温单元相连，用于当第二级恒温单元内部的温度低于第二温控点时，对第二级恒温单元进行加热，以将第二级恒温单元内部的温度控制在第二温控点上；