CN214746569U - 一种基于半导体制冷方式的相机散热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种相机散热装置，具体涉及一种基于半导体制冷方式的相机散热装置，解决了散热装置结构复杂，以及成像质量不够稳定的问题。包括相机成像单元和半导体散热单元。相机成像单元包括相机壳体、相机后板、相机前板、镜头、镜头法兰、探测器电路板、探测器、第一电路板和第二电路板。相机前板、相机壳体与相机后板相互固定连接，形成空腔。半导体散热单元设置在空腔内，包括半导体制冷块、散热块、隔热垫圈和两个风扇。半导体制冷块冷端通过导热硅脂在探测器电路板的开孔处与探测器背部贴合，其热端与散热块通过导热硅脂贴合。探测器上安装温度感应器，根据所测量的温度，通过控制器调节半导体制冷块和风扇的运行模式。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种相机散热装置，具体涉及一种基于半导体制冷方式的相机散热装置。
背景技术
目前普通相机常用的散热方式有水冷、风冷、半导体制冷等。水冷散热占用体积重量过大；在风冷散热中，风道对散热效率的影响很大，风道堵塞，或者有直角拐弯产生涡旋都容易降低风冷散热的效果；和风冷或者水冷方式相比，半导体制冷可以通过施加在半导体两端的电压增加冷端和热端之间的温度势差，从而大幅度降低冷端温度，配合风冷/水冷对热端进行降温，可实现非常好的散热效果。和单一风冷或水冷方式相比，半导体制冷的制冷面不受环境温度或水温限制，更能保证对待降温表面的温度控制。半导体制冷虽然效果较好，但相比其他常见方式，其结构较为复杂。而且如果热端散热方式设计不理想的话，还会造成冷端结霜，导致探测器受潮等问题，影响相机探测器成像质量。
发明的内容
本实用新型的目的是解决利用半导体制冷方式的相机散热装置结构复杂，以及成像质量不够稳定的问题，而提供一种基于半导体制冷方式的相机散热装置。
为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案如下：
一种基于半导体制冷方式的相机散热装置，其特征之处在于：所述相机成像单元包括相机壳体、相机后板、相机前板、镜头、镜头法兰、探测器电路板、探测器、第一电路板和第二电路板；相机前板、相机壳体与相机后板相互固定连接，形成空腔，作为整个装置的支撑；
镜头、探测器沿光路传播方向依次设置，镜头通过镜头法兰固定在相机前板外，镜头法兰与相机前板之间设有修切垫；探测器电路板安装在相机壳体内，其上安装探测器，且两者接触区域设有开孔；第一电路板与第二电路板插装在探测器电路板两端；
所述半导体散热单元设置在所述空腔内，包括半导体制冷块、散热块和两个风扇；半导体制冷块安装在相机壳体内，其冷端通过导热硅脂在所述开孔处与探测器背部贴合，半导体制冷块的热端与散热块通过导热硅脂贴合；两个风扇安装在相机壳体上，将相机壳体内、外导通，并与第一电路板、第二电路板垂直，散热块放置在两个风扇与第一电路板、第二电路板构成的区域内；散热块沿风向设有梳齿状的通道；
所述探测器上安装温度感应器，根据所测量的温度，通过控制器调节半导体制冷块和风扇的运行模式。
进一步地，所述散热块上设有安装孔，通过紧固螺钉安装在相机壳体内的支架上，散热块与相机壳体之间设置有隔热垫圈；所述半导体制冷块固定在散热块与探测器电路板之间。
进一步地，两个风扇送风方向相同，一侧进风，一侧出风，穿过散热块梳齿状的通道，在相机内部形成一个风场，两个风扇采用同一控制器控制，运行模式保持一致。
进一步地，所述散热块沿风向横切面的上半部为半圆形结构，下半部为方形结构，散热块梳齿状的通道形成圆形轮廓，其直径与风扇直径相同。
进一步地，所述散热块与第一电路板、第二电路板之间均设有挡风板，挡风板固定在相机后板两侧。
进一步地，两侧挡风板中间设有拱桥状的后盖，后盖高于散热块。
进一步地，第一电路板与第二电路板通过铜柱固定在相机壳体上。
本实用新型的有益效果是：
1.结构紧凑简单，给散热留出空间，散热效果好。探测器电路板在与探测器背部的接触区域开孔，保证半导体制冷块与探测器背部充分接触，最大限度地导出探测器产生的热量。该散热装置的半导体制冷配合风冷，对半导体制冷块的热端进行降温，实现非常好的散热效果。另外，第一电路板与第二电路板均插装在探测器电路板两端，并与两个风扇垂直，在实现必须功能的同时，给半导体散热单元留有空间。
2.成像质量好。该散热装置在探测器上设有温度传感器，根据所测量的温度，通过控制器调节半导体制冷块和风扇的运行模式，使探测器工作在相对稳定的温度环境下，提高成像信噪比。
3.优化风道，最大限度地发挥风扇的作用。该散热装置设有两个独立风扇，安装在相机壳体上，将相机壳体内、外导通，达到一侧送风一侧出风的效果，并且两个风扇采用同一控制器，通过控制风扇的功率，达到控制风速和风量的目的。另外，根据风扇的送风范围，将散热块进行独特设计，散热块沿风向横切面的上半部为半圆形结构，下半部为方形结构，散热块沿风向设有梳齿状的通道，保证了风冷的作用效果。此外，风道的上侧也采用拱桥设计，左右两侧分别设有挡风板，防止热风吹到第一电路板与第二电路板上，增加其电路热量。整个风道从进风到出风，除散热块凸起的鳞片外，没有多余的阻碍。
附图说明
图1是本实用新型一种基于半导体制冷方式的相机散热装置实施例的结构图；
图2是本实用新型一种基于半导体制冷方式的相机散热装置实施例的部分内部结构图；
附图标记如下：
1-镜头法兰，2-探测器电路板，3-半导体制冷块，4-隔热垫圈，5-第一电路板，6-相机壳体，7-风扇，8-相机后板，9-第二电路板，10-散热块，11-探测器，12-相机前板，13-镜头，14-修切垫，15-挡风板，16-后盖。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1、图2所示，一种基于半导体制冷方式的相机散热装置，包括相机成像单元和半导体散热单元。其中，半导体散热单元位于相机成像单元内部，控制成像探测器11的温度。
相机成像单元包括相机壳体6、相机后板8、相机前板12、镜头13、镜头法兰1、探测器电路板2、探测器11、第一电路板5和第二电路板9。相机前板12、相机壳体6与相机后板8通过螺钉相互固定，形成空腔，作为整个装置的支撑。
镜头13、探测器11按照光路传播方向依次设置，镜头13通过镜头法兰1固定在相机前板12外，镜头法兰1与相机前板12之间设有修切垫14，通过改变修切垫14的厚度，调节镜头13与探测器11的相对距离。
探测器电路板2与探测器11安装在所述空腔内，探测器电路板2利用紧固螺钉安装在相机壳体6上，探测器电路板2上焊接探测器11。为了便于散热，探测器电路板2与探测器11接触区域设有开孔。第一电路板5与第二电路板9竖插在探测器电路板2两端的插销内，在实现必要功能的同时，给散热留有空间。为了电路板稳定，第一电路板5与第二电路板9通过4根铜柱固定在相机壳体6上。
半导体散热单元设置在所述空腔内，包括半导体制冷块3、散热块10和两个风扇7。半导体制冷块3安装在相机壳体6内，其冷端通过导热硅脂在探测器电路板2上的开孔处与探测器11背部贴合，半导体制冷块3的热端与散热块10通过导热硅脂贴合。由于探测器电路板2与探测器11接触区域设有开孔，保证半导体制冷块3冷端与探测器11背部充分接触，最大限度地导出探测器11产生的热量，也方便半导体制冷块3的安装。两个风扇7安装在相机壳体6上，且与第一电路板5、第二电路板9垂直。散热块10放置在两个风扇7与第一电路板5、第二电路板9构成的区域内。散热块10沿风向设有梳齿状的通道。半导体制冷块3本身没有安装位置，通过散热块10与探测器电路板2的位置固定半导体制冷块3，散热块10上设置有安装孔，通过紧固螺钉安装在相机壳体6内的支架上，且散热块10与相机壳体6之间设有隔热垫圈4，防止散热块的热量传输到相机壳体上。为保证导热硅脂均匀分布，散热块10安装时，要求各个安装孔均匀受力，在固定过程中，要适度把握施加于散热块10上紧固螺钉的力，保证导热硅脂的厚度，太厚或者太薄都不利于散热。
探测器11上安装温度感应器，根据所测量的温度，通过控制器调节半导体制冷块3和风扇7的运行模式，以获得稳定温度的调节效果。两个风扇7送风方向相同，一侧进风，一侧出风，在相机内部形成一个风场，两个风扇7采用同一控制器，运行模式保持一致。
为保证风道散热效果，对风道进行特殊设计，根据选择风扇7的尺寸及转速，利用fluent软件对其进行流场分析，确定各转速下风扇7产生空气扰动的强度及范围，在此基础上，对散热块10和风道进行设计。散热块10上半部为半圆形结构，下半部为方形结构，散热块10梳齿状的通道形成圆形轮廓，其直径与风扇7相同，保证风扇7产生最高强度的风均从散热块10上的多条通道经过，并且没有多余空间，不会导致风吹方向的散热效果下降。然后对风道进行封闭设计，原则是保证空气尽可能都从一侧风扇7进入而从另一侧风扇7吹出，散热块10两侧采用封闭设计，保证受热空气不会跑到第一电路板5与第二电路板9。散热块10与第一电路板5、第二电路板9之间设有挡风板15，挡风板15固定在相机后板8两侧，两侧挡风板15中间设有拱桥状的后盖16，后盖16高于散热块10，两侧挡风板15与后盖16形成封闭的散热导风槽。后盖16采用拱形设计，减少直角拐弯处造成漩涡从而导致空气能量损失。同时，采用一侧进气一侧出气的风扇7设计，增强空气对流，提高温度控制效果。
具体温控过程如下：
(1)探测器11热量向散热块10传输。探测器电路板2与探测器11接触区域设有开孔，保证半导体制冷块3冷端与探测器11背部充分接触，最大限度地导出探测器11产生的热量，半导体制冷块3热端通过导热硅脂与散热块10接触，将探测器11上的热量导向散热块10。
(2)散热块10热量散出。该散热装置对风道进行了特殊设计，首先该散热装置设有两个独立风扇7，分别置于相机壳体6两侧，达到一侧送风一侧出风的效果，并且风扇7采用同一控制器控制，通过控制风扇7的运行模式，达到控制风速和风量的目的。其次，根据风扇7的送风范围，将散热块10进行独特设计，散热块10上半部为半圆形结构，下半部为方形结构，且散热块10中间设有多条梳齿状的通道，该通道形成圆形轮廓，其直径与风扇7直径相同，保证风冷的作用效果。同时，优化设计风道，在散热块10与第一电路板5、第二电路板9之间均设有挡风板15，防止热风吹到两侧电路板，增加电路热量，且两侧挡风板15之间设有拱桥状的后盖16。整个风道从进风到出风，除散热块10凸起的鳍片外，没有多余的阻碍，并且优化风道，最大限度地发挥了风扇7的作用，防止漩涡、漏风等现象的出现。
(3)测温和控温。根据半导体制冷块的制冷原理，当半导体制冷块热端温度较高时，其冷端温度也会较高，并且随热端温度升高而逐渐升高；当半导体制冷块热端温度较低时，冷端温度就会非常低，甚至低于0℃，造成凝霜等问题。因此，为保证散热效果同时又不至于凝霜，使探测器11工作在相对稳定的温度环境下，就需要对散热块10进行温控设计。探测器11上设有温度传感器，温控的原则是根据实际测量的温度控制输出到风扇7的功率，比如设定探测器11表面温度为20±3℃，刚开始探测器11温度没有高于23℃时，无需为半导体制冷块3通电，随着探测器11温度的增加，逐渐超过预设温度，此时为半导体制冷块3通电，当温度继续上升，需要散出半导体制冷块3热端热量时，为风扇7供电，通过调节风扇7功率，即可控制散热效率，为减轻程序负担，间隔时间采集探测器11表面温度，然后进行调节，直至温度稳定。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、同等替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于半导体制冷方式的相机散热装置，其特征在于：包括相机成像单元和半导体散热单元；
所述相机成像单元包括相机壳体(6)、相机后板(8)、相机前板(12)、镜头(13)、镜头法兰(1)、探测器电路板(2)、探测器(11)、第一电路板(5)和第二电路板(9)；相机前板(12)、相机壳体(6)与相机后板(8)相互固定连接，形成空腔，作为整个装置的支撑；
沿光路传播方向依次设置镜头(13)、探测器(11)，镜头(13)通过镜头法兰(1)固定在相机前板(12)外，镜头法兰(1)与相机前板(12)之间设有修切垫(14)；探测器电路板(2)安装在相机壳体(6)内，其上安装探测器(11)，且两者接触区域设有开孔；第一电路板(5)与第二电路板(9)插装在探测器电路板(2)两端；
所述半导体散热单元设置在所述空腔内，包括半导体制冷块(3)、散热块(10)和两个风扇(7)；半导体制冷块(3)安装在相机壳体(6)内，其冷端通过导热硅脂在所述开孔处与探测器(11)背部贴合，半导体制冷块(3)的热端与散热块(10)通过导热硅脂贴合；两个风扇(7)安装在相机壳体(6)上，将相机壳体(6)内、外导通，并与第一电路板(5)、第二电路板(9)垂直，散热块(10)放置在两个风扇(7)与第一电路板(5)、第二电路板(9)构成的区域内；散热块(10)沿风向设有梳齿状的通道；
所述探测器(11)上安装温度感应器，根据所测量的温度，通过控制器调节半导体制冷块(3)和风扇(7)的运行模式。
2.根据权利要求1所述的一种基于半导体制冷方式的相机散热装置，其特征在于：所述散热块(10)上设有安装孔，通过紧固螺钉安装在相机壳体(6)内的支架上，散热块(10)与相机壳体(6)之间设置有隔热垫圈(4)；所述半导体制冷块(3)固定散热块(10)与探测器电路板(2)之间。
3.根据权利要求2所述的一种基于半导体制冷方式的相机散热装置，其特征在于：两个风扇(7)送风方向相同，一侧进风，一侧出风，穿过散热块(10)梳齿状的通道，在相机内部形成一个风场，两个风扇(7)采用同一控制器控制，运行模式保持一致。
4.根据权利要求3所述的一种基于半导体制冷方式的相机散热装置，其特征在于：所述散热块(10)沿风向横切面的上半部为半圆形结构，下半部为方形结构，散热块(10)梳齿状的通道形成圆形轮廓，其直径与风扇(7)直径相同。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种基于半导体制冷方式的相机散热装置，其特征在于：所述散热块(10)与第一电路板(5)、第二电路板(9)之间均设有挡风板(15)，挡风板(15)固定在相机后板(8)两侧。
6.根据权利要求5所述的一种基于半导体制冷方式的相机散热装置，其特征在于：两侧挡风板(15)中间设有拱桥状的后盖(16)，后盖(16)高于散热块(10)。
7.根据权利要求6所述的一种基于半导体制冷方式的相机散热装置，其特征在于：第一电路板(5)与第二电路板(9)通过铜柱固定在相机壳体(6)上。
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