航空重力仪恒温系统研制

【摘要】航空重力仪在地质普查、石油勘探、矿产勘探等领域有十分广泛的应用。加速度计作为航空重力核心传感器，它的分辨率、精度和稳定性决定了航空重力仪的测量精度，而加速度计的标度因数和零偏受温度变化的影响很大。因此，为了保证航空重力的测量精度，需要对加速度计进行恒温控制。目的是完成加速度计两级温控系统的研制，保障重力仪加速度计工作在均方误差为0.01℃的恒定温度下，从而确保重力仪的测量精度可以达到0.5mGal。恒温系统包含两级恒温控制，由硬件电路、软件以及恒温平台三部分组成。硬件电路部分包括测温电路、加热电路、电源电路。测温电路共包含8个PT1000铂电阻温度传感器，每一个铂电阻与三个精密电阻构成四臂电桥桥式电路，获取电压差，通过AD转换后由核心处理器STM32进行后续数据处理。加热电路由两路模拟PI加热控制电路和两路数字PID加热控制电路组成，每一级恒温控制系统均采用一路模拟加热和一路数字加热联合控制，使用镍铬电阻丝对系统进行加热。模拟PI加热控制电路使用PT1000与一个精密电阻构成单臂电桥，获取电压值，通过后续的精密比较、滤波、PI调节等处理，最终控制MOS管的开断，在系统温度达到预设值时停止加热，反之开启加热，保证可靠性；数字PID加热控制电路接收STM32输出的PWM波，通过比较器控制MOS开关加热频率，在越靠近系统设定的恒温值时加热频率越缓慢，保证系统高精度的温度控制，且防止温度过冲。电源部分使用DC/DC模块将28V外部输入转换为+9V电压，再进行后续的电压转换，实现了6路稳定电压输出，整体最大功耗为30w。软件的核心处理器为STM32，能够采集和处理测温数据，对第二级恒温控制系统进行精密控温，实现数据的永久保存、触控显示，以及串口与网口等通信功能。恒温平台由紫铜与不锈钢加工而成，内部具有两级平台，每一级上使用两路镍铬电阻丝缠绕进行加热，每一级平台上均进行保温。在恒温平台的底座使用L型的过孔与外部温度控制系统进行通信，尽可能减少散热。恒温系统在室内和室外环境下的测试结果为：在环境温度变化18℃（峰峰值）内，恒温精度为0.0098℃（均方误差），优于设计指标。
【作者】邓肖丹；
【导师】侯胜利；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】航空重力仪；恒温；两级温控；STM32；PID；

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