[发明专利]一种多物理场耦合环境模拟装置

摘要

一种多物理场耦合环境模拟装置，它包括辐照发生装置、环境模拟温箱、高压电场控制模块、温度场控制模块、电磁场控制模块和中央控制单元；该辐照发生装置用来产生辐照场，该环境模拟温箱放置在辐照场中，其他部分放置在非辐照区，该环境模拟温箱通过电缆与高压电场控制模块和电磁场控制模块相连接，通过气体管路与温度场控制模块相连接，该高压电场控制模块与温度场控制模块和电磁场控制模块通过RS485总线与中央控制单元连接形成通讯。本发明不同于传统的环境模拟装置，不仅能够实现产品的辐照试验，而且可以同时实现动态的高压电场环境模拟、温度场环境模拟和电磁场环境模拟。

主权项

一种多物理场耦合环境模拟装置，其特征在于：它包括辐照发生装置、环境模拟温箱、高压电场控制模块、温度场控制模块、电磁场控制模块和中央控制单元；该辐照发生装置用来产生辐照场，该环境模拟温箱放置在辐照场中，其他部分放置在非辐照区，该环境模拟温箱通过电缆与高压电场控制模块和电磁场控制模块相连接，通过气体管路与温度场控制模块相连接，该高压电场控制模块与温度场控制模块和电磁场控制模块通过RS485总线与中央控制单元连接形成通讯；所述的辐照发生装置由专门的具有资质的辐照场所提供；所述的环境模拟温箱为铝合金箱体，箱体内部放有用来产生高压电场的铜极板以及用于产生电磁场的正方形Helmholtz线圈，并连接有能够与温度场控制模块进行气体交换的气体循环管路，将其放置在辐照场中，能模拟辐照环境、高压电场环境、温度场环境和磁场环境；该铜极板为高压电场控制模块的两块铜极板，二者平行放置于环境模拟温箱内的上、下表面；该正方形Helmholtz线圈为电磁场控制模块的正方形Helmholtz线圈，正放于环境模拟温箱内；该气体循环管路为温度场控制模块的气体循环管路，二者外接于环境模拟温箱的前表面；所述的高压电场控制模块包括单片机控制电路A、高压升压逆变电路、高压整流滤波电路和高压电场铜极板；单片机控制电路A通过RS485总线与中央控制单元连接形成通讯，并且通过导线与高压升压逆变电路相连接，高压升压逆变电路通过并联的方式与高压整流滤波电路相连接，高压整流滤波电路输出的两根导线分别接在两块高压电场铜极板上；该单片机控制电路A包括MC9S12XEP100MAL单片机A、D/A转换电路A和A/D转换电路A；该高压升压逆变电路包括220V/50Hz工频交流电输入、整流滤波电路A、IGBT全桥逆变电路和升压变压器；220V/50Hz工频交流电输入至整流滤波电路A，整流滤波电路A的输出端与IGBT全桥逆变电路并联，IGBT全桥逆变电路与升压变压器原边并联，升压变压器副边与高压整流滤波电路内的高压整流电路并联；该高压整流滤波电路包括高压整流电路和高压滤波电路，高压整流电路的输入端与升压变压器副边并联，高压整流电路的输出端与高压滤波电路并联，高压滤波电路的输出端直接连接在两块高压电场铜极板上；所述的温度场控制模块由制冷/加热温箱、防冻液循环管路、气液两相换热温箱、气体循环管路和温度传感器A组成，制冷/加热温箱通过防冻液循环管路与气液两相换热温箱相连，气液两相换热温箱通过气体循环管路与环境模拟温箱相连，温度传感器A置于环境模拟温箱之中，温度传感器A输出线通过RS485总线与中央控制单元连接；该制冷/加热温箱包括防冻液、制冷机组和制冷控制电路、加热棒和逆变调功加热电路、温度传感器B和单片机控制电路B，单片机控制电路B通过RS485总线与中央控制单元连接，并通过导线与制冷控制电路、逆变调功加热电路和温度传感器B相连接，温度传感器B与防冻液相接触，制冷控制电路通过导线与制冷机组相连，控制制冷机组的开关，实现对防冻液制冷；逆变调功加热电路通过导线与加热棒相连，控制加热棒对防冻液加热；该制冷机组为四组丹佛斯冷柜压缩机，该制冷控制电路为继电器‑接触器控制电路，该加热棒为9根功率为200W的封装在不锈钢钢管内电阻丝；该逆变调功加热电路由空气断路器、整流滤波电路B和Buck电路所组成，AC220V/50Hz工频交流电连接至空气断路器，空气断路器输出端与整流滤波电路B并联，整流滤波电路B的输出端与Buck电路并联，经Buck电路后再连接至加热棒，形成加热回路；该单片机控制电路B以MC9S12XEP100MAL单片机B为核心，该防冻液循环管路包括两根内径为8mm，外径为12mm，长度为10m的塑料管，以及防冻液循环泵；其中，一根塑料管路的一端连接至制冷/加热温箱的回水口，另一端连接至气液两相换热温箱内部的换热器一端；另一根塑料管路一端连接至制冷/加热温箱的进水口，一端与防冻液循环泵的一端相连，防冻液循环泵的另一端连接至气液两相换热温箱内部的气液两相换热器的另一端；该气液两相换热温箱包括气液两相换热器和换热风机；气液两相换热器一端与制冷/加热温箱的回水口管路相连接，另一端与防冻液循环泵相连接；换热风机放置于气液两相换热温箱的出风口；该气体循环管路为两根内径为44mm，外径为54mm，长度为2.5m的硅胶管；其中，一根硅胶管路一端与气液两相换热温箱的出气口连接，另一端与环境模拟温箱进气口连接；另一根硅胶管路一端与气液两相换热温箱回气口连接，另一端与环境模拟温箱出气口连接；所述的电磁场控制模块包括单片机控制电路C、恒流源电路、电磁场极性切换电路和正方形Helmholtz线圈，单片机控制电路C通过导线与恒流源电路以及电磁场极性切换电路相连接，实现信号的传递，并通过RS485总线与中央控制单元连接，形成通讯；恒流源电路并联接在电磁场极性切换电路输入端，电磁场极性切换电路的两根输出线与正方形Helmholtz线圈相连，形成回路；该单片机控制电路C包括MC9S08DZ60CLC单片机C、D/A转换电路B、A/D转换电路B和A/D转换电路C；该恒流源电路采用HY‑750A恒流源，输出0～20A恒定电流；该电磁场极性切换电路为由继电器组成的全桥电路，通过控制继电器的开通和关断来改变电流方向；该正方形Helmholtz线圈为一对匝数、边长、高度和厚度相同的共轴平行放置的正方形线圈；所述的中央控制单元包括工控机、工业显示器、RS‑485通讯卡，RS485通讯卡插在工控机的PCI插槽中，通讯接口通过通讯线分别与高压电场控制模块、温度场控制模块和电磁场控制模块相连，工控机通过VGA视频线与工业显示器相连；该工控机为研华工控机；该工业显示器为奇彩创晶嵌入式工业液晶显示器，该RS‑485通讯卡为研华8端口通用PCI通讯卡。