一种基于密闭伺服腔的激光测风雷达传热方法与装置制造方法及图纸

基于密闭伺服腔的激光测风雷达传热方法，激光测风雷达伺服系统内的激光光源与放大器、线性电源、高速采集卡、探测器电路中的发热电子元件工作时的热量采用三重散热结构设计，组合实现散热功能；在发热电子元件的伺服系统壳后壁设有散热器，散热器紧贴壳后壁，且为环绕翅片结构，增大与空气接触面积，增加散热效率，壳后壁制作材料为铝合金；利用均热板与壳后壁(盖)相紧贴，连接将内部各发热源紧贴均热板，将内部热量能及时的通过壳后壁盖传出；服系统壳为一体式的铝合金铸件，铸件腔内所有元器件支架与具有散热结构的后壳一体化成型，发热元器件内嵌其中。器件内嵌其中。器件内嵌其中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于密闭伺服腔的激光测风雷达传热方法与装置


[0001]本专利技术涉及一种激光测风雷达的传热方法设计，能够有效地对小密闭腔大功率激光雷达的温度进行传导，使种子光源与放大器等元器件都能够拥有适宜其工作的温度环境。本次设计的传热方法和装置能够满足功率最大150W的激光器和尺寸约为200mm
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200mm
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58mm和240mm
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170mm
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40mm的散热需求。使得激光雷达探测距离更远，但是尺寸更小。

技术介绍

[0002]激光测风雷达是使用激光作为探测介质、相干检测作为鉴频手段、光纤作为各个器件间光通道、以大气中气溶胶粒子或气溶胶粒子为探测目标，遥感大气风场信息的探测系统。激光测风雷达需要进行一维或者二维扫描，以获得指定方向的径向风速或者反演三维风廓线，实施气象监测、航空服务等。
[0003]激光雷达本身就针对户外场景进行设计，可能遇到潮湿空气、沙尘、盐雾等情况，因此设计一般需要密闭腔室的设计。
[0004]激光测风雷达通常可将种子光源与放大器、线性电源、高速采集卡、探测器、望远镜等集成在一个机箱内，机箱保持固定，望远镜垂直指向天顶方向，镜头上方设计有二维伺服机构，通过镜头旋转实现对天空的扫描，进而反演三维风廓线、机场下滑道迎头风廓线等。
[0005]二维伺服机构有两种解决方案，一是采用2个45
°
反射镜将激光光路进行反射，伺服转动机构使两反射镜分别绕轴转动，进而实现连续扫描、全半球扫描、用户自定义扫描等方式。其中高精度定位控制与面型装调是关键技术。可采用装有精密编码器的交流伺服电机，保证高精度的转台定位精度，同时反馈获取转台的角度信息。另外，一方面采用精密的加工工艺减小传动装置的传动误差，另一方面通过电机控制可对传动误差进行修正，以实现最终的高精度转台定位和控制。为避免内部反射镜和出射窗口内壁上有水凝物，在玻璃上设计有加热装置；为避免出射窗口外有水凝物，设计有吹风装置。这种二维伺服机构设计难度较大，装调要求高，工作一段时间后可能出现精度下降，不利于使用在高速机动、船载等场景使用。
[0006]第二种方式是采用市售技术成熟的二维扫描伺服系统，将种子光源与放大器、线性电源、高速采集卡、探测器、望远镜等集成在该扫描伺服系统内，直接驱动望远镜扫描天空。该方式安装要求低，系统集成度极高，稳定性好，伺服系统环境适应性优良，体积小机动性强。但这种方式需要将扫描伺服机构进行密封，以满足光机电元器件使用环境要求。但同时，光机电器件产生的大量热量需要及时传递到伺服系统外壁上，通过与外界大气的热交换进行降温，传热设计是关键技术之一。雷达内部的封装层采用耐高温树脂层或玻璃密封的惰性气体。惰性气体隔绝水汽、浮尘杂质等对光机电器件的影响。
[0007]在第二种二维扫描伺服系统中，目前比较普遍用的激光雷达采用的散热方式：
[0008]之前短程低功耗的雷达采用是将发射光源、感光元件等元件设置在PCB板上，PCB再接散热部件连接。发射光源、感光元件产生的热量经PCB板，散热部件散发。这种各元件都
通过PCB板再向散热部件传导的方式，散热效率低，不能满足大功率、小密闭空间的需求。激光雷达腔内温度高于65℃时，激光器种子源就不能启动工作。
[0009]之前未有过这样的大功率小密闭空间的散热需求，而传统的风冷和水冷也不能满足需求：因为腔室为密闭空间，所以不能使用传统的风冷。风扇能够带来帮助内部的气流循环，但是风扇本身的热量也无法散出，会导致密闭腔内温度更高。水冷的话，利用水传导热量，若存在水路破裂，雷达的安全难以保证，可能造成难以挽回的损伤。

技术实现思路

[0010]本专利技术目的是，提出一种基于密闭伺服腔的激光测风雷达传热方法与装置，主要涉及激光测风雷达密闭腔内的传热方法与装置的设计，保证激光雷达长时间工作后，种子光源与放大器、线性电源、高速采集卡、探测器等元器件均仍能够在自己适宜的工作温度范围内，解决了光机电器件产生的大量热量的热传导问题。
[0011]本专利技术的技术方案是，一种基于密闭伺服腔的激光测风雷达传热方法，伺服系统内的激光光源与放大器、线性电源、高速采集卡、探测器电路中的发热电子元件工作时的热量采用三重散热结构设计，组合实现散热功能；在发热电子元件的伺服系统壳后壁设有散热器，散热器紧贴壳后壁，且为环绕翅片结构，增大与空气接触面积，增加散热效率，壳后壁制作材料为铝合金，导热系数较结构钢大3～4倍。后盖壁设计3mm，利于热传导至外界。如附图1所示。
[0012]二是利用均热板与壳后壁(盖)相紧贴，连接将内部各发热源，如种子光源与放大器、线性电源的散热端等紧贴均热板，与壳后壁(盖)相紧贴，将内部热量能及时的通过壳后壁盖传出，见附图2。
[0013]三是伺服系统壳为一体式的铝合金铸件，铸件腔内所有元器件支架与具有散热结构的后壳一体化成型，发热元器件内嵌其中，这样的方式可以利用所有腔内一切支撑架作为导热系统，可以均匀的将热量全部集中在后壳上，利用后壳较大的散热面积进行热交换，消除了因接接触不良导致散热效率降低的问题。集中换热板2、发热元器件罩壳1、导热系统(热管/均热板)3。
[0014]腔内发热源激光光源与线性放大器安装在上述图中发热元器件罩壳中，所述发热器件罩壳材料为0.5mm
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1mm厚度的紫铜材质，发热器件完全嵌套在罩壳之中，接触面采用高导热系数含银硅脂、或液态金属填充缝隙，采用4周完全包裹的方式，可将热源全部热量集中在罩壳上，很难向腔内空气辐射热量。所述发热元器件罩壳外表面四周(上下左右面)焊接有导热铜管热管或铝制均热板，焊接的方式使接触面可以良好接触，增加散热效率，且在复杂的运动中，焊接的方式可以保证良好的机械连接性能，导热系统的热导率约为纯铝的1000倍，可以快速将上述步骤中发热元器件罩壳上积累的热量导走，导热系统的另外一端连接一个片式集中换热板，材料为3
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5mm厚的铸铝或铝镁合金，铸铝或铝镁合金在金属中有较大的热容，选用较大热容的材料可增加被动散热的冗余度。集中换热板使用螺纹连接固定在后壳上，接触面同样采用高导热率的含银硅脂或液态金属。
[0015]三重散热结构包括发热元器件罩壳、导热系统、集中换热板，一是要解决如何将伺服系统内部的热量能尽可能快的传出。在伺服系统的壳后壁(主要的发热电子元件或与散热片贴装壳后壁)设有散热器，散热器紧贴壳后壁，且为环绕翅片结构；环绕翅片结构主要
通过扩大换热面积进行换热。
[0016]设有散热热管及热管(均热板)散热，连接将内部各发热源，如种子光源与放大器、线性电源的散热端等紧贴中散热管，与壳后壁(盖)相紧贴。
[0017]用一体式的铝合金铸件(图1
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2所示)，利用铝合金高的导热率、支撑强度来保证整个腔室的高散热效率和稳定结构。
[0018]当然为了保证激光雷达的稳定运行，内部还集成有加热模块、同时结合温湿度传感器具有智能控制和自诊断功能，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于密闭伺服腔的激光测风雷达传热方法，其特征是，激光测风雷达伺服系统内的激光光源与放大器、线性电源、高速采集卡、探测器电路中的发热电子元件工作时的热量采用三重散热结构设计，组合实现散热功能；在发热电子元件的伺服系统壳后壁设有散热器，散热器紧贴壳后壁，且为环绕翅片结构，增大与空气接触面积，增加散热效率，壳后壁制作材料为铝合金；利用均热板与壳后壁盖相紧贴，连接将内部各发热源紧贴均热板，将内部热量能及时的通过壳后壁盖传出；服系统壳为一体式的铝合金铸件，铸件腔内所有元器件支架与具有散热结构的后壳一体化成型，发热元器件内嵌其中。2.根据权利要求1所述的基于密闭伺服腔的激光测风雷达传热方法，其特征是，所述发热器件罩壳材料为0.5mm
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1mm厚度的紫铜材质，发热器件完全嵌套在罩壳之中，接触面采用高导热系数含银硅脂、或液态金属填充缝隙。3.根据权利要求2所述的基于密闭伺服腔的激光测风雷达传热方法，其特征是，采用四周完全包裹的方式，将热源全部热量集中在罩壳上，所述发热元器件罩壳外表面四周...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵世军，张虞，单雨龙，倪荣萍，田树银，尹志军，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：