密闭机箱内部可见光相机的散热解决方案

人间大圣人

　　在电磁兼容要求较高的机箱设计中，往往采用密闭的机箱结构。
　　密闭的机箱虽然保证了足够的电磁屏蔽效能，但是不利于内部发热器件的散热。可见光相机对温度敏感，当工作温度超出其使用温度范围时，导致图像质量下降。因此，本文将重点研究如何解决密闭机箱的散热问题。
　　1散热方案本文研究安装于密闭机箱内的可见光相机散热方案。设计的关键是将相机外壳的热量快速地传递到对温度不敏感的部位。
　　1.1热管热管是一种具有很高导热性能的传热元件。普通热管由管壳、起毛细作用的多孔结构物一一吸液芯，以及传递热能的工质构成。
　　沿轴向分为三段：蒸发段、绝热段和冷凝段。其工作原理是：外部热源通过蒸发段的管壁和浸工质吸液芯的导热使液体工质升温，液面蒸发，达到饱和蒸气压，在压差的作用下，蒸气流向低压且温度也较低的冷凝段，在气液界面上冷凝，放出潜热，传给管外冷源。冷凝的液体通过吸液芯回流到蒸发段，完成一个循环。
　　热管的特点：（1）相变传热，比金属的传热能力大得多；（2）具有优良的热响应性；（3）可从狭窄空间取出热量并远距离传递热量。
　　1.2两种散热方案（1）肋片散热器散热。采用热管将相机底部及两侧的热量传输到肋片散热器，通过自然对流和强迫对流（风扇）带走散热器上的热量。设计如-1所示，1-可见光相机，2-肋片散热器，3-散热器底座，4-热管。
　　-1 "热管+肋片散热器〃散热设计相机底部通过热管导热至肋片，相机侧面导热至肋片；温度较低时，自然对流散热，温度较高时，位于相机两侧的风扇开启，强迫对流散热。
　　（2）热管导热至机箱。利用热管将相机产生的热量导至机箱，机箱对温度不敏感，散热面积大，通过外部环境的自然对流散热。
　　设计如-2所示，1-机箱，2-机箱接触铜片，3-热管，4-相机接触铜片，5-可见光相机。
　　两块铜片增大了热管与相机和机箱接触面积，接触处有较高的粗糙度要求，并涂导热脂。
　　2基于AnsysWorkbench的散热效果对比为了检验两种散热方式的散热效果，采用Workbench进行稳态热分析，获得稳态温度场。温度场是一个时间函数，用于反映任意时刻-2通过热管将相机热量导入机箱任意点的温度值。当各点的温度不再随时间改变，便形成了稳态温度场。
　　简化模型，导入workbench.选择材料属性，赋予相应的元件，确定热载荷及热边界条件。经过计算，获得稳态温度场，如-1所示。
　　-1两种散热设计的稳态温度场-1（a），相机温升较小，稳态最高温度为50.3t，机箱内部温度为45t，温升为5.3t. -1（b），相机最高温度37.2t，机箱最低温度23.4t，温差为13.8t，由于自然对流换热能力较小且机箱内部温度为45t，温升较大。
　　3结论对比两种散热设计的温度场仿真数据，设计一中相机的温升较小，受机箱内部环境温度影响较大；设计二中，热量传递到外界环境，相机相对于机箱的温升较大，相机自身温度较低。两种设计各有优点：设计一适用于机箱内温度较低，且外部自然对流条件较差的情况下，其降温速度快，温升低。设计二适用于机箱内温度较高，外界温度较低且自然对流条件良好的情况。因此，在密闭机箱的相机散热设计要根据所处环境的历史统计数据，选择更适合的一种设计方法，或者将二者结合。