一种内置水冷散热装置、控制系统及平板电脑的制作方法

本发明涉及散热控制，更具体地说，涉及一种内置水冷散热装置、控制系统及平板电脑。

背景技术：

1、便携式平板电脑在高负载运行场景下，内置液冷散热模块的u型流道内会因冷却介质局部受热析出或外部引入而携带离散气泡。当用户横握设备进行体感操作或赛车游戏等需要持续左右摇摆屏幕的操作时，平板电脑绕某一空间轴做旋转运动，气泡在离心力场作用下沿径向向外迁移，最终积聚于u型流道的弯折段或高位段，形成气塞。气塞导致流道有效流通截面积减小，冷却介质循环阻力增大，热源侧壁面温度波动加剧，散热性能衰减。

2、现有应对该问题的方式为在检测到气泡积聚后关闭主动排泡脉冲，将水泵转速锁定于恒定值，以避免脉冲诱发的压力波动与手持晃动产生的惯性力叠加导致气泡破碎为微气泡群。该手段的缺陷在于：完全抑制脉冲排泡使气泡持续驻留于流道弯折段，热源侧与冷却介质入口侧的温差标准差无法收敛，散热能力无法恢复；且旋转状态下离心力对气泡的约束效应未被利用，排泡时机与旋转运动之间不存在协同关系，控制策略与物理场之间处于割裂状态。鉴于此，我们提出一种内置水冷散热装置、控制系统及平板电脑。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种内置水冷散热装置、控制系统及平板电脑，以解决现有平板电脑在手持旋转操作时u型流道内气泡积聚形成气塞、而抑制排泡脉冲导致气泡驻留无法清除的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种内置水冷散热控制系统，包括：

3、运动状态识别模块，用于从平板电脑的惯性测量单元获取角速度数据与加速度数据，并依据所述角速度数据在滑动时间窗内的方向离散度以及所述加速度数据的瞬时峰值水平识别当前运动状态，所述当前运动状态至少包含稳定旋转状态与非稳定旋转状态；

4、旋转轴解析模块，用于在所述当前运动状态被识别为稳定旋转状态时，通过所述角速度数据的姿态增量解算确定瞬时旋转轴的空间指向；

5、气泡位置预测模块，用于调取预存的u型流道的节点坐标集，基于所述瞬时旋转轴与所述节点坐标集运算离心加速度场，结合预设的气泡等效直径及冷却介质的物性参量导出气泡迁移速率，并对所述气泡迁移速率实施时间积分以生成气泡在所述u型流道内的迁移位置序列；

6、脉冲驱动控制模块，用于在所述迁移位置序列表明气泡的推算位置进入所述u型流道内的缓冲区时，发送与所述瞬时旋转轴的旋转周期保持固定相位差的脉冲驱动指令，以驱使外置水冷箱向水冷模块供给脉冲流；并且在所述当前运动状态被识别为所述非稳定旋转状态时，禁止所述脉冲驱动指令的输出并将外置水冷箱的泵送流量锁定于预设的恒定运转值。

7、优选地，所述运动状态识别模块具体用于：

8、构造时长固定的滑动窗口截取角速度矢量片段，计算所述角速度矢量片段内各分量相对于其均值的角速度矢量离散量，并将所述角速度矢量离散量与第一判别边界对比；

9、计算同一滑动窗口内加速度模值的相邻偏差绝对值的最大值，并将所述相邻偏差绝对值的最大值与第二判别边界对比；

10、仅在所述角速度矢量离散量低于所述第一判别边界且所述相邻偏差绝对值的最大值低于所述第二判别边界时，判定进入所述稳定旋转状态。

11、优选地，所述气泡位置预测模块具体用于：

12、将所述瞬时旋转轴与所述节点坐标集中每一节点的径向矢量进行叉乘获得各节点的离心加速度矢量；

13、将所述离心加速度矢量的大小与所述气泡等效直径的平方以及冷却液与气泡的密度差相乘，再除以冷却液动力粘度得到所述气泡迁移速率的量值，所述气泡迁移速率的方向与所述离心加速度矢量的方向一致；

14、以所述气泡迁移速率的量值对时间步长累加生成所述迁移位置序列。

15、优选地，所述脉冲驱动控制模块还用于：

16、在所述稳定旋转状态下，获取所述外置水冷箱的泵送响应延迟与所述惯性测量单元的数据传输延迟之和作为时基补偿量；

17、将气泡中心抵达所述缓冲区几何中心的推算时刻减去所述时基补偿量得到脉冲触发时刻，并在所述脉冲触发时刻输出单次矩形压力脉冲；

18、所述单次矩形压力脉冲的持续时长小于气泡穿过所述缓冲区所需时长的二分之一。

19、优选地，所述脉冲驱动控制模块还用于：

20、在完成预定次数的脉冲周期后，采集所述水冷模块的下壳外壁面温度与所述水冷模块的进水接口内壁面温度的差值序列；

21、计算所述差值序列的滑动标准差，当所述滑动标准差相对于脉冲施加前的基准标准差的下降比率低于预设比率时，判定排泡无效，并将触发本次脉冲的旋转状态的特征参量记入抑制无效记录表。

22、优选地，所述脉冲驱动控制模块还用于：

23、在后续运行中再次出现匹配所述抑制无效记录表中所述特征参量的旋转状态时，增大所述脉冲驱动指令的幅值或切换至所述非稳定旋转状态的控制逻辑；

24、所述特征参量包括所述瞬时旋转轴的方位角、所述旋转周期的数值以及所述缓冲区的标识符。

25、优选地，所述气泡等效直径的初始赋值依据所述平板电脑历史运行时段中记录的热源温度波动序列的傅里叶变换主频分量进行标定，计算公式为：

26、；

27、其中，为气泡等效直径，为参考直径，为该热源温度波动序列经傅里叶变换后提取的主频，为标定基准频率。

28、一种内置水冷散热装置，包括：

29、水冷模块，内部构造有供冷却介质循环的u型流道，所述u型流道的顶部弯折段或竖直高位段设有缓冲区；

30、外置水冷箱，通过水管与所述水冷模块连接，用于储存和冷却冷却介质并提供泵送动力；

31、所述内置水冷散热控制系统与所述外置水冷箱通信连接，以向所述外置水冷箱输出所述脉冲驱动指令。

32、优选地，所述缓冲区为所述u型流道的至少一处横截面积增大的扩张段，所述扩张段的等效水力直径不低于相邻主流道等效水力直径的两倍，且所述扩张段的入口区域与出口区域分别通过曲率连续变化的过渡段与相邻主流道连接。

33、一种平板电脑，包括：

34、中央处理器、存储器以及内置水冷散热装置；

35、所述水冷模块固定于所述平板电脑的机体内；

36、所述存储器内存储有机器可读指令，所述中央处理器调用并执行所述机器可读指令以实现所述内置水冷散热控制系统的功能，并向所述外置水冷箱输出所述脉冲驱动指令。

37、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

38、1、本发明通过惯性测量单元输出的角速度矢量离散度与加速度峰值水平双重判据，将手持旋转操作从普通抖动中分离出来，识别为稳定旋转状态，在该状态下，瞬时旋转轴的空间指向被姿态增量解算精确确定，离心加速度场的分布得以计算，由此，气泡在流道各节点处的迁移速率与迁移位置序列被定量预测，脉冲驱动指令的释放时刻与旋转周期保持固定相位差，使脉冲压力梯度与离心力方向在气泡处于缓冲区的时间窗口内同向叠加，实现旋转辅助排泡，消除气塞对流传热面积的缩减效应，实现对流传热面积的恢复。

39、2、本发明基于旋转辅助排泡对流传热面积的恢复，本控制系统在脉冲周期结束后采集水冷模块下壳外壁面温度与进水接口内壁面温度的差值序列，计算其滑动标准差相对于脉冲施加前基准标准差的下降比率，当下降比率达到或超过预设阈值时，判定排泡有效，热源侧与冷却介质侧之间的热阻已降低至正常运行水平，控制系统维持当前脉冲参数，该反馈机制将排泡动作的物理排泡效果量化为可在线计算的温差波动收敛指标，为脉冲策略的持续执行提供了可量化验证的终止条件。

40、3、本发明还基于上述温差波动收敛指标对排泡效果的量化验证，本控制系统在下降比率低于预设阈值时将触发本次脉冲的旋转状态的特征参量记入抑制无效记录表，该特征参量包括瞬时旋转轴的方位角、旋转周期数值及缓冲区标识符，后续运行中再次出现匹配该特征参量的旋转状态时，控制系统增大脉冲驱动指令的幅值或切换至非稳定旋转状态的控制逻辑，在后续运行中，若当前旋转状态的所述特征参量与所述抑制无效记录表中存储的特征参量匹配，则所述脉冲驱动控制模块执行增大脉冲驱动指令幅值的操作或切换至所述非稳定旋转状态的控制逻辑。