一种激光雷达热光学自动校正的装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于光学精密仪器温度控制技术领域，提供了一种激光雷达热光学自动校正的装置，包括风力发电机组、控温电箱、激光雷达探测器、控温回路、风机回路和重力环路热管；设置在激光雷达探测器外壳的加热膜与控温电箱连接构成控温回路；设置在激光雷达探测器内部且靠近光电发热器件的轴流风机与控温电箱连接构成风机回路；重力环路热管内置制冷剂进行相变流动散热循环。本发明专利技术通过控温回路控制激光雷达探测器外壳温度，通过风机回路控制激光雷达探测器内部温度，通过重力环路将内部温度与外部进行交换。对激光雷达探测器实现加热、散热、保温三种模式，确保探测性能不会随着野外气候环境的剧烈波动而退化，从而实现热光学的自动校正。

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达热光学自动校正的装置
本专利技术涉及光学精密仪器温度控制
，尤其涉及一种激光雷达热光学自动校正的装置。
技术介绍
近年来，社会的不断进步和经济的飞速发展加速了全球范围化石能源的快速和过度消耗，与此同时，带来严重的环境污染。风力发电作为清洁高效的可再生能源，为人类社会的能源变革提供了绿色解决方案。为了提高风力发电机组的效率，优化机组配置，需要在每一台风力发电机组上面安装风场探测设备，用于精确测量机组远处风向和风速，提前控制风力发电机组的叶轮调整到垂直迎风角度，也就是近年来逐渐普及的智能风力发电机组。目前，大部分风力发电机组采用基于相干测量技术的大功率激光雷达作为风场测量设备。但是，大功率激光雷达工作时内部光电器件发热密度大，且全年长时间开机，对散热条件和环境稳定度要求很高，而风力发电机组都安装在野外，全年绝大多数时间处于无人值守状态，不具备长时间人工维护的可能性。我国风力资源丰富的西部地区，全年室外温度波动很大，尤其是野外气候条件更加恶劣。据气象台记录，宁夏青海无人区的空气干球温度最低曾达到-30℃，最高曾到32℃，气温年较差达到26～31℃，且常年伴随着风沙。这种自然环境非常不利于激光雷达这类精密光学仪器的长时间安全、稳定运行，另外，环境温度的剧烈波动，会直接降低激光雷达对风场的探测精度。因此，如何实现对大功率激光雷达进行自动精密控温，在保证激光雷达长时间安全稳定运行前提下，确保其探测精度不发生明显下降，或者说，如何在常年无人值守的条件下实现对野外风场激光雷达的热光学自动校正，成为目前智能风力发电机组面临的亟待解决的技术难题。申请号为CN201910745648.4的专利名称为《散热器和激光雷达》的中国专利技术专利公开了一种翅片式热管散热结构，包括重力热管、翅片，以及填充在翅片之间的导热油。该专利针对激光雷达外壳旋转结构进行散热设计，外壳旋转部分(转子)与固定部分(定子)之间存在散热需求，一般需要将转子的热量散热至固定部分处，而固定部分和转子没有直接接触，故目前二者的热交换依靠空气对流，虽然也可以通过增大换热面积以及使用翅片结构来小幅度强化对流换热效果，但总的来说提升有限，对于需要大幅散热的器件而言，该专利设计了一个垂直重力热管，利用翅片和导热油，将外壳转子附近的热量向上传导至热管冷凝段，再通过空气与冷凝段翅片换热将热量带走，有效降低转子和定子之间的热阻，提升了外壳旋转部位的散热效果。但该方法仅用于增强激光雷达外壳转子与定子之间的散热，减少转动摩擦产生的热量积累，从实现目的上看，该专利并不是针对激光雷达内部光电组件和整体探测性能进行基于热光学准则的温度精确控制，既没有设置主动加热措施，也没有设置温度反馈和控制措施，也就没有实现在野外长时间无人值守状态下对激光雷达温度进行自动控制的目的和能力。
技术实现思路
本专利技术为了解决对野外风场激光雷达的热光学自动校正问题，提出了对激光雷达温度进行控制的一种激光雷达热光学自动校正的装置。为实现上述目的，本专利技术采用以下具体技术方案：一种激光雷达热光学自动校正的装置，包括：风力发电机组、控温电箱、激光雷达探测器、控温回路、第一温度传感器、风机回路、第二温度传感器和重力环路热管；所述激光雷达探测器设置在所述风力发电机组上；所述控温回路包括设置在所述激光雷达探测器的外壳表面的加热膜，所述加热膜与所述控温电箱连接；所述控温回路连接的所述第一温度传感器用以实时采集所述激光雷达探测器的外壳表面的温度数据，将所述外壳表面的温度数据送回至所述控温电箱，所述控温电箱控制所述加热膜的开关状态和加热时间；所述风机回路包括设置在所述激光雷达探测器内部且靠近所述激光雷达探测器的光电发热器件的轴流风机，所述轴流风机与所述控温电箱连接；所述风机回路连接的所述第二温度传感器实时采集所述光电发热器件的温度数据，将所述光电发热器件的温度数据送回至所述控温电箱，所述控温电箱控制所述轴流风机的开关状态和运行时间；所述重力环路热管包括液体管路、气体管路，置于所述激光雷达探测器内部的蒸发段和置于所述激光雷达探测器外部的冷凝段；所述蒸发段置于所述光电发热器件的下方，所述蒸发段的入口和所述冷凝段的出口通过穿过所述激光雷达探测器外壳的所述液体管路连接，所述蒸发段的出口和所述冷凝段的入口通过穿过所述激光雷达探测器外壳的所述气体管路连接；所述重力环路热管内置制冷剂；所述蒸发段的所述制冷剂吸收所述激光雷达探测器的热量后蒸发，制冷剂蒸气沿着所述气体管路进入所述冷凝段释放热量后变为液态后，又经过所述液体管路回流到所述蒸发段，进行相变流动散热循环。进一步的，所述冷凝段和所述蒸发段存在高度差，用以所述冷凝段被冷凝的液态制冷剂在重力的作用下克服流动阻力流回所述蒸发段。进一步的，覆盖所述激光雷达探测器外壳的多个所述控温回路连同每个所述控温回路对应连接的第一温度传感器形成电加热系统。进一步的，所述激光雷达探测器内部的多个所述风机回路连同每个所述风机回路对应连接的第二温度传感器形成对流散热系统。进一步的，所述控温电箱是独立的供电和控制驱动电路系统，用以实时接收和记录任一所述第一温度传感器或任一所述第二温度传感器送回的温度数据，并根据预设的控温算法，独立控制对应的任意一所述加热膜的开关、加热时间和加热功率，以及独立控制对应的任意一所述轴流风机的开关和运行时间。进一步的，所述控温电箱连接有蓄电池，所述风力发电机组为所述蓄电池提供电能。进一步的，当需要对所述光电发热器件散热时，启动所述风机回路和所述重力环路热管，所述制冷剂在所述重力环路热管内部进行气液相变循环；当需要对所述激光雷达探测器整体进行保温时，关闭所述风机回路，所述重力环路热管触发自锁，所述制冷剂停止相变循环。当需要对所述激光雷达探测器加热时，关闭所述风机回路，所述重力环路热管触发自锁，制冷剂停止相变循环，开启所述控温回路，对所述激光雷达探测器外壳和内部进行加热控温。进一步的，当任一所述第二温度传感器故障时，所述风机回路和所述重力环路热管正向联动，所述重力环路热管启动时，所述风机回路启动；当所述重力环路热管自锁时，所述风机回路关闭。进一步的，当任一所述第一温度传感器故障时所述控温回路和所述重力环路热管反向联动，当所述重力环路热管启动时，所述控温回路关闭；当所述环路热管自锁时，所述控温回路启动。进一步的，所述制冷剂采用R134a。进一步的，所述气体管路和所述液体管路包裹多层的热包覆隔热组件。进一步的，所述重力环路热管具备自启动功能，在所述蒸发段的温度高于所述冷凝段的温度，且温度差处于第一预设温度范围时，所述制冷剂自动开始所述相变散热循环。进一步的，所述重力环路热管具备自锁功能，在所述蒸发段的温度高于所述冷凝段的温度，且温度差处于第二预设温度范围时，或所述蒸发段的温度低于所述冷凝段的温度的情况下，所述制冷剂自动停止所述相变散热循环。本专利技术能够取得以下技术效果：1、该装置对野外恶劣自然环境本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达热光学自动校正的装置，其特征在于，包括：风力发电机组(1)、控温电箱(4)、激光雷达探测器(2)、控温回路、第一温度传感器(12)、风机回路、所述激光雷达探测器(2)内部的光电发热器件(6)、第二温度传感器(15)和重力环路热管；/n所述激光雷达探测器(2)设置在所述风力发电机组(1)上；/n所述控温回路包括设置在所述激光雷达探测器(2)的外壳表面的加热膜(11)，所述加热膜(11)与所述控温电箱(4)连接；/n所述控温回路连接的所述第一温度传感器(12)实时采集所述激光雷达探测器(2)的外壳表面的温度数据，将所述外壳表面的温度数据送回至所述控温电箱(4)，所述控温电箱(4)控制所述加热膜(11)的开关状态和加热时间；/n所述风机回路包括设置在所述激光雷达探测器(2)内部的轴流风机(5)，所述轴流风机(5)与所述控温电箱(4)连接；/n所述风机回路连接的所述第二温度传感器(15)实时采集所述光电发热器件(6)的温度数据，将所述光电发热器件(6)的温度数据送回至所述控温电箱(4)，所述控温电箱(4)控制所述轴流风机(5)的开关状态和运行时间；/n所述重力环路热管包括液体管路(10)、气体管路(9)、置于所述激光雷达探测器(2)内部的蒸发段(7)和置于所述激光雷达探测器(2)外部的冷凝段(8)；/n所述蒸发段(7)置于所述光电发热器件(6)的下方，所述蒸发段(7)的入口和所述冷凝段(8)的出口通过穿过所述激光雷达探测器(2)的外壳的所述液体管路(10)连接，所述蒸发段(7)的出口和所述冷凝段(8)的入口通过穿过所述激光雷达探测器(2)的外壳的所述气体管路(9)连接；/n所述蒸发段(7)内置制冷剂；/n所述蒸发段(7)的所述制冷剂吸收所述激光雷达探测器(2)的热量后蒸发，形成制冷剂蒸气；所述制冷剂蒸气沿着所述气体管路(9)进入所述冷凝段(8)释放热量后变为液态制冷剂后，又经过所述液体管路(10)回流到所述蒸发段(7)，进行相变散热循环。/n...

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达热光学自动校正的装置，其特征在于，包括：风力发电机组(1)、控温电箱(4)、激光雷达探测器(2)、控温回路、第一温度传感器(12)、风机回路、所述激光雷达探测器(2)内部的光电发热器件(6)、第二温度传感器(15)和重力环路热管；
所述激光雷达探测器(2)设置在所述风力发电机组(1)上；
所述控温回路包括设置在所述激光雷达探测器(2)的外壳表面的加热膜(11)，所述加热膜(11)与所述控温电箱(4)连接；
所述控温回路连接的所述第一温度传感器(12)实时采集所述激光雷达探测器(2)的外壳表面的温度数据，将所述外壳表面的温度数据送回至所述控温电箱(4)，所述控温电箱(4)控制所述加热膜(11)的开关状态和加热时间；
所述风机回路包括设置在所述激光雷达探测器(2)内部的轴流风机(5)，所述轴流风机(5)与所述控温电箱(4)连接；
所述风机回路连接的所述第二温度传感器(15)实时采集所述光电发热器件(6)的温度数据，将所述光电发热器件(6)的温度数据送回至所述控温电箱(4)，所述控温电箱(4)控制所述轴流风机(5)的开关状态和运行时间；
所述重力环路热管包括液体管路(10)、气体管路(9)、置于所述激光雷达探测器(2)内部的蒸发段(7)和置于所述激光雷达探测器(2)外部的冷凝段(8)；
所述蒸发段(7)置于所述光电发热器件(6)的下方，所述蒸发段(7)的入口和所述冷凝段(8)的出口通过穿过所述激光雷达探测器(2)的外壳的所述液体管路(10)连接，所述蒸发段(7)的出口和所述冷凝段(8)的入口通过穿过所述激光雷达探测器(2)的外壳的所述气体管路(9)连接；
所述蒸发段(7)内置制冷剂；
所述蒸发段(7)的所述制冷剂吸收所述激光雷达探测器(2)的热量后蒸发，形成制冷剂蒸气；所述制冷剂蒸气沿着所述气体管路(9)进入所述冷凝段(8)释放热量后变为液态制冷剂后，又经过所述液体管路(10)回流到所述蒸发段(7)，进行相变散热循环。


2.根据权利要求1所述的一种激光雷达热光学自动校正的装置，其特征在于，所述冷凝段(8)和所述蒸发段(7)存在高度差，使所述液态制冷剂在重力的作用下流回所述蒸发段(7)。


3.根据权利要求1所述的一种激光雷达热光学自动校正的装置，其特征在于，所述装置还包括电加热系统；
所述激光雷达探测器(2)的外壳表面划分为多个控温区域，每个所述温控区域设置有一个所述控温回路；
多个所述控温回路连同每个所述控温回路对应连接的所述第一温度传感器(12)形成所述电加热系统。


4.根据权利要求1所述的一种激光雷达热光学自动校正的装置，其特征在于，所述装置还包括对流散热系统；
所述激光雷达探测器(2)的内部划分为多个风机区域，每个所述风机区域设置有一个所述风机回路；
多个所述风机回路连同每个所述风机回路对应连接的所述第二温度传感器(15)形...

【专利技术属性】
技术研发人员：田浩，黄勇，杨家良，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22