CN111474967A - 用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置 - Google Patents

用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置，该装置的导热部件的前表面与数字微镜后传热面贴合固定；温度传感器固定于导热部件上靠近于数字微镜的位置；半导体制冷片设置在导热部件与散热机构之间；温度传感器的输出端连接控制器的数据输入端，当温度传感器检测到的温度值高于设定的温度上限时，控制器输出控制信号使驱动器正向驱动半导体制冷片使其靠近导热部件的一面为冷面，靠近散热机构的一面为热面；当温度传感器检测到的温度值低于设定的温度下限时，控制器输出控制信号使驱动器反向驱动半导体制冷片使其靠近导热部件的一面为热面，靠近散热机构的一面为冷面。本发明能够保证数字微镜在高温及低温环境都能正常工作。

Description

用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置
技术领域
本发明属于数字微镜温控技术领域，涉及一种可以用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置。
背景技术
数字微镜(DMD)是一种可以调制入射光幅度，方向和相位的空间照明调制器，微镜数可达上百万，广泛应用于各种工业，医疗，军事等高精度成像领域。
由于数字微镜的环境适应温度工作范围较窄即10～65℃，此范围很难满足工业-40℃～85℃和军品级-55℃～125℃应用条件。从而限制了数字微镜的应用，目前的解决方案多是增加环境温度控制，但控制环境温度存在响应速度慢浪费能源大等缺点。
授权公告号为“CN206819039U”的中国专利，公开了一种用于投影机DMD芯片的散热装置，其包括半导体制冷元件、复数根导热管以及至少一片散热片，半导体制冷元件通过导热管连接到散热片，半导体制冷元件设于DMD芯片的一侧，且半导体制冷元件一侧面贴着DMD芯片的侧面，半导体制冷元件将DMD芯片所产生的热量通过导热管传至散热片进行，并通过散热片将冷气通过导热管传送给半导体制冷元件，使DMD芯片的温度降低。申请公布号“CN 108681192A”的中国专利申请，公开了一种可应用于DMD芯片散热的液冷型散热器，包括散热器、水泵和换热器，散热器主要由上盖、散热基板和吸热凸台组成，上盖和吸热凸台分别固设在散热基板的两侧，上壳与散热基板中共设有水道，水道具有进液口和出液口，水道的进液口通过管道与水泵连接，水道的出液口通过管道与换热器的进液口连接，换热器的出液口通过管道与水泵连接。吸热凸台贴在DMD芯片的侧面去吸收DMD芯片的热量，液体在***中不停地循环，最终把DMD芯片的温度降下来。对于以上两个专利申请有两个问题需要指出，第一是以上两个专利申请的DMD在散热过程中半导体制冷片冷面完全裸漏在空气中，当半导体制冷面工作时冷面温度降低必然会产生冷凝水，由于DMD为精密的电子元件产生的冷凝水对DMD有致命损伤并会大大降低其使用寿命。申请公布号“CN 108681192A”的中国专利申请又存在结构复杂且增加了水冷***漏水的可能性，一但漏水对整个***的影响是致命的。第二是以上的两个方案都只解决了DMD的散热问题而并未解决DMD低温时如何升温使DMD正常工作的问题，也就是说以上两个专利是在解决散热问题并非是在解决DMD的环境适应性的问题，
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置，从而扩大数字微镜的应用范围。
为了解决上述技术问题，本发明的用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置包括导热部件，温度传感器，半导体制冷片，散热机构，控制器和驱动器；所述的导热部件的前表面与数字微镜后传热面贴合固定；温度传感器固定于导热部件上靠近于数字微镜的位置；半导体制冷片设置在导热部件与散热机构之间；温度传感器的输出端连接控制器的数据输入端，当温度传感器检测到的温度值高于设定的温度上限时，控制器输出控制信号使驱动器正向驱动半导体制冷片使其靠近导热部件的一面为冷面，靠近散热机构的一面为热面；当温度传感器检测到的温度值低于设定的温度下限时，控制器输出控制信号使驱动器反向驱动半导体制冷片使其靠近导热部件的一面为热面，靠近散热机构的一面为冷面。
进一步，本发明还包括屏蔽仓；屏蔽仓通过胶封的方式与数字微镜的后表面及散热机构的前表面密封连接；导热部件位于屏蔽仓内，且屏蔽仓内充氮气。
所述温度传感器的导线通过屏蔽仓上的通孔穿出，并且导线与通孔之间通过密封胶密封。
所述的导热部件采用铜块或者石墨烯块。
所述的散热机构包括换热器和换热风扇，换热风扇固定在换热器的后面。
所述的散热机构还可以采用水冷型散热器。
所述的导热部件的前表面通过导热胶垫与数字微镜后传热面粘接固定；温度传感器通过导热硅脂粘接固定于导热部件靠近于数字微镜的孔内；半导体制冷片的前表面和后表面分别通过导热硅胶垫与导热部件的后表面和换热器的前表面粘接固定。
所述的驱动器包括第一、第二、第三、第四四个开关；正向驱动半导体制冷片时，第一开关、半导体制冷片和第四开关串接在正电压与电源地之间；反向驱动半导体制冷片时，第三开关、半导体制冷片和第二开关串接在正电压与电源地之间；控制器的控制引脚分别连接四个开关管基极。
所述的四个开关均采用场效应管；第一开关场效应管的漏极连接正电压VCC，源极连接第二开关场效应管的漏极，第二开关场效应管的源极接电源地；第三开关场效应管的漏极连接正电压VCC，源极连接第四开关场效应管的漏极，第四开关场效应管的源极接电源地；控制器的控制引脚分别连接四个开关场效应管栅极。
所述的控制器根据温度传感器检测的温度值，利用PID算法控制半导体制冷片正向驱动和反向驱动的时间。
本发明通过驱动器驱动半导体制冷片工作，当温度传感器检测到的温度值高于设定的温度上限时，半导体制冷片靠近导热部件的一面为冷面，靠近散热机构的一面为热面；当温度传感器检测到的温度值低于设定的温度下限时，半导体制冷片靠近导热部件的一面为热面，靠近散热机构的一面为冷面，能够提高数字微镜环境适应性；屏蔽仓内充氮气，能够解决半导体制冷片冷面低温产生冷凝水的问题。本发明能够保证数字微镜在高温及低温环境都能正常工作。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明实施例1的主视图。
图2是本发明实施例1的正等轴测图。
图3是本发明的电控部分结构框图。
图4是本发明实施例1的驱动器原理图。
图5是本发明实施例2的主视图。
图6是本发明实施例2的正等轴测图。
图7是本发明实施例2的驱动器原理图。
1.数字微镜；2.屏蔽仓；3.导热胶垫；4.导热部件；5.温度传感器；6.半导体制冷片；7.导热硅胶垫；8.换热器；9.换热风扇；10.控制器；11.驱动器；T11.第一开关三极管；T12.第二开关三极管；T13.第三开关三极管；T11.第四开关三极管；T21.第一开关场效应管；T22.第二开关场效应管；T23.第三开关场效应管；T24.第四开关场效应管。
具体实施方式
实施例1
如图1、2、3所示，本发明的提高数字微镜环境适应性的动态温控装置包括屏蔽仓2，导热部件4，温度传感器5，半导体制冷片6，散热机构，控制器10和驱动器11；所述的散热机构包括换热器8和换热风扇9；导热部件4的前表面通过导热胶垫3与数字微镜1后传热面粘接固定；温度传感器5通过导热硅脂粘接固定于导热部件4靠近于数字微镜1的孔内，用于检测数字微镜1的温度；半导体制冷片6的前表面和后表面分别通过导热硅胶垫7与导热部件4的后表面和换热器8的前表面粘接固定；屏蔽仓2通过胶封的方式与数字微镜1的后表面及换热器8的前表面密封连接，屏蔽仓2上装有两个用于充放氮气的气嘴，屏蔽仓2内充氮气；导热部件4位于屏蔽仓2内；温度传感器5的导线通过屏蔽仓2上的通孔穿出，并且导线与通孔之间通过密封胶密封；换热风扇9通过螺钉固定在换热器8的后面。
如图3所示，所述的温度传感器5的输出端连接控制器10的数据输入端，控制器10的控制端连接驱动器11，驱动器11的驱动信号输出端连接半导体制冷片6的正、负极。
如图4所示，所述的驱动器11包括第一、第二、第三、第四四个开关；所述的四个开关采用三极管；第一开关三极管T11的发射极连接正电压VCC，集电极连接第二开关三极管T12的发射极，第二开关三极管T12的集电极接电源地；第三开关三极管T13的发射极连接正电压VCC，集电极连接第四开关三极管T14的发射极，第四开关三极管T14的集电极接电源地；所述的控制器10采用单片机；单片机的IO控制引脚分别连接四个开关管的基极。
所述的导热部件4可以采用铜块、石墨烯块等导热材料。
所述的散热机构还可以采用水冷型散热器。
当温度传感器5检测到数字微镜温度时将温度信号传递给控制器10，当控制器10判断温度高于65℃时，通过IO控制引脚控制驱动器11的第一、第四开关三极管T11、T14的基极A、D为高电平，第二、第三开关三极管T12、T13的基极C、B为低电平正向驱动半导体制冷片6使其工作，即靠近导热部件4的一面为冷面，靠近换热器8的一面为热面，将数字微镜1上的热量通过导热部件4传递到半导体制冷片6，再通过半导体制冷片6将热量传递到换热器8，最后通过换热器8和换热风扇9将热量传递到空气当中从而实现数字微镜1的降温。
当单片机判断温度低于10℃时，控制器10通过IO控制引脚控制驱动器11的第一、第四开关三极管T11、T14的栅极A、D为低电平，第二、第三开关三极管T12、T13的栅极C、B为高电平反向驱动半导体制冷片6使其工作，即靠近导热部件4的一面为热面靠近换热器8的一面为冷面，换热器8和换热风扇9将空气中的热量传递到半导体制冷片6，此时半导体制冷片6会将消耗的电能转化为热能，并将热能通过导热部件4传递到数字微镜1，从而实现数字微镜1的升温。
所述的控制器10采集温度传感器5检测的温度值，利用PID算法通过控制半导体制冷片6的正向驱动和反向驱动的时间从而实现数字微镜温度的动态温控。
实施例2
如图5、6所示，本发明的提高数字微镜环境适应性的动态温控装置包括导热部件4，温度传感器5，半导体制冷片6，散热机构，控制器10和驱动器11；所述的散热机构包括换热器8和换热风扇9；导热部件4的前表面通过导热胶垫3与数字微镜1后传热面粘接固定；温度传感器5通过导热硅脂粘接固定于导热部件4靠近于数字微镜1的孔内，用于检测数字微镜1的温度；半导体制冷片6的前表面和后表面分别通过导热硅胶垫7与导热部件4的后表面和换热器8的前表面粘接固定；换热风扇9通过螺钉固定在换热器8的后面。
如图3所示，所述的温度传感器5的输出端连接控制器10的数据输入端，控制器10的控制端连接驱动器11，驱动器11的驱动信号输出端连接半导体制冷片6的正、负极。
如图7所示，所述的驱动器11包括第一、第二、第三、第四四个开关；所述的四个开关均采用场效应管；第一开关场效应管T21的漏极连接正电压VCC，源极连接第二开关场效应管T22的漏极，第二开关场效应管T22的源极接电源地；第三开关场效应管T23的漏极连接正电压VCC，源极连接第四开关场效应管T24的漏极，第四开关场效应管T24的源极接电源地；所述的控制器10采用单片机；单片机的IO控制引脚分别连接四个开关场效应管栅极。
所述的导热部件4可以采用导热铜块、石墨烯等导热材料。
所述的散热机构还可以采用水冷型散热器。
所述的控制器还可以采用CPU或者AMT等。
当温度传感器5检测到数字微镜温度时将温度信号传递给控制器10，当控制器10判断温度高于65℃时，通过IO控制引脚控制驱动器11的第一、第四开关场效应管T21、T24的基极A、D为高电平，第二、第三开关场效应管T22、T23的基极C、B为低电平正向驱动半导体制冷片6使其工作，即靠近导热部件4的一面为冷面，靠近换热器8的一面为热面，将数字微镜1上的热量通过导热部件4传递到半导体制冷片6，再通过半导体制冷片6将热量传递到换热器8，最后通过换热器8和换热风扇9将热量传递到空气当中从而实现数字微镜1的降温。
当单片机判断温度低于10℃时，控制器10通过IO控制引脚控制驱动器11的第一、第四开关场效应管T21、T24的基极A、D为低电平，第二、第三开关场效应管T22、T23的基极C、B为高电平反向驱动半导体制冷片6使其工作，即靠近导热部件4的一面为热面靠近换热器8的一面为冷面，换热器8和换热风扇9将空气中的热量传递到半导体制冷片6，此时半导体制冷片6会将消耗的电能转化为热能，并将热能通过导热部件4传递到数字微镜1，从而实现数字微镜1的升温。
所述的控制器10采集温度传感器5检测的温度值，利用PID算法通过控制半导体制冷片6的正向驱动和反向驱动的时间从而实现数字微镜温度的动态温控。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
本发明的一种用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置及控制方法，通过半导体制冷片的正反接特性仅通过一套装置实现数字微镜高低温控制扩大了其环境适应性能同时本***又装有氮气屏蔽仓将半导体制冷片冷面填充氮气解决半导体制冷片制冷过程中产生的冷凝水对DMD的致命损伤。

Claims (10)

1.一种用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置，其特征在于包括导热部件(4)，温度传感器(5)，半导体制冷片(6)，散热机构，控制器(10)和驱动器(11)；所述的导热部件(4)的前表面与数字微镜(1)后传热面贴合固定；温度传感器(5)固定于导热部件(4)上靠近于数字微镜(1)的位置；半导体制冷片(6)设置在导热部件(4)与散热机构之间；温度传感器(5)的输出端连接控制器(10)的数据输入端，当温度传感器(5)检测到的温度值高于设定的温度上限时，控制器(10)输出控制信号使驱动器(11)正向驱动半导体制冷片(6)使其靠近导热部件(4)的一面为冷面，靠近散热机构的一面为热面；当温度传感器(5)检测到的温度值低于设定的温度下限时，控制器(10)输出控制信号使驱动器(11)反向驱动半导体制冷片(6)使其靠近导热部件(4)的一面为热面，靠近散热机构的一面为冷面。
2.根据权利要求1所述的用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置，其特征在于还包括屏蔽仓(2)；屏蔽仓(2)通过胶封的方式与数字微镜(1)的后表面及散热机构的前表面密封连接；导热部件(4)位于屏蔽仓(2)内，且屏蔽仓(2)内充氮气。
3.根据权利要求2所述的用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置，其特征在于所述温度传感器(5)的导线通过屏蔽仓(2)上的通孔穿出，并且导线与通孔之间通过密封胶密封。
4.根据权利要求1所述的用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置，其特征在于所述的导热部件(4)采用铜块或者石墨烯块。
5.根据权利要求1所述的用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置，其特征在于所述的散热机构包括换热器(8)和换热风扇(9)，换热风扇(9)固定在换热器(8)的后面。
6.根据权利要求1所述的用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置，其特征在于所述的散热机构采用水冷型散热器。
7.根据权利要求5所述的用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置，其特征在于所述的导热部件(4)的前表面通过导热胶垫(3)与数字微镜(1)后传热面粘接固定；温度传感器(5)通过导热硅脂粘接固定于导热部件(4)靠近于数字微镜(1)的孔内；半导体制冷片(6)的前表面和后表面分别通过导热硅胶垫与导热部件(4)的后表面和换热器(8)的前表面粘接固定。
8.根据权利要求1所述的用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置，其特征在于所述的驱动器(11)包括第一、第二、第三、第四四个开关；正向驱动半导体制冷片(6)时，第一开关、半导体制冷片(6)和第四开关串接在正电压与电源地之间；反向驱动半导体制冷片(6)时，第三开关、半导体制冷片(6)和第二开关串接在正电压与电源地之间；控制器(10)的控制引脚分别连接四个开关管基极。
9.根据权利要求1所述的用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置，其特征在于所述的四个开关均采用场效应管；第一开关场效应管(T21)的漏极连接正电压VCC，源极连接第二开关场效应管(T22)的漏极，第二开关场效应管(T22)的源极接电源地；第三开关场效应管(T23)的漏极连接正电压VCC，源极连接第四开关场效应管(T24)的漏极，第四开关场效应管(T24)的源极接电源地；控制器(10)的控制引脚分别连接四个开关场效应管栅极。
10.根据权利要求1所述的用于提高数字微镜环境适应性的动态温控装置，其特征在于所述的控制器(10)根据温度传感器(5)检测的温度值，利用PID算法控制半导体制冷片(6)正向驱动和反向驱动的时间。
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Inventor after: Ding Jinyang

Inventor after: Sun Jinxia

Inventor after: Qu Feng

Inventor before: Ding Jinyang

Inventor before: Wang Jian

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Application publication date: 20200731

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