制冷型红外光谱成像装置的散热结构及成像装置的制作方法

1.本技术涉及制冷型红外光谱成像装置的技术领域，尤其涉及一种制冷型红外光谱成像装置的散热结构及制冷型红外光谱成像装置。


背景技术：

2.随着国内化工园区生产规模的大型化，园区内的生产装置分布多且密集，生产加工的物料中易燃易爆的物品种类多，有毒、易燃、易爆气体泄漏事故频发，极易造成重大人员伤亡和财产损失。又因为这些气体在中波红外有特殊的光谱曲线，因此适用于化工厂区监控的防爆型制冷红外光谱成像装置应运而生，它能够快速、大范围监测气体泄漏，具备更高的灵敏度和成像信噪比，能够有效监测到更加轻微的泄漏点，具备更加广泛的应用价值。
3.制冷型红外光谱成像装置包括红外光谱成像系统和制冷电机。其中，红外光谱成像系统中包括用于将光谱信号转换为电信号的探测器，制冷电机用于为探测器形成一个合适的低温环境，以实现探测器的高灵敏度和成像信噪比。而防爆型制冷红外光谱成像装置，相比常规的制冷型红外光谱成像装置，还包括一壳体，该壳体前端对应红外光谱成像系统的镜头位置为防爆玻璃，该壳体形成密闭的腔体，将红外光谱成像系统和制冷电机密闭起来，以满足防爆的要求。
4.其中，当制冷电机在对探测器制冷时，制冷电机也会产生热量，如果不解决制冷电机散热的问题，会导致制冷电机对探测器制冷效果的降低，还会导致制冷型红外光谱成像装置成像质量的下降，或制冷电机寿命的缩短，或无法满足长期工作的需求。因此，解决制冷电机散热问题是一个很重要的环节。
5.目前，防爆型制冷红外光谱成像装置的常见的散热方案包括在密闭腔体内增加水冷来进行散热。但是，该水冷散热方案存在下述技术缺陷：
6.1）水冷散热装置中的水冷板需要与产生热量的制冷电机紧密接触，然后通过水路循环带走制冷电机上的热量，从而使得制冷电机长期稳定工作。当制冷电机在正常工作时会产生高频振动，但是水冷系统中的水冷板要与制冷电机紧密接触才能保证良好的制冷效果，这种结构会使水冷板对制冷电机产生应力，制冷电机在长期的工作中受这个应力影响，会导致电机内部多个结构件严重磨损，缩短使用寿命，导致维护成本的增加。
7.2）水冷散热装置里面含有冷却液，为了在低温下正常工作并且满足一定的散热能力，这些液体多为乙二醇与水的混合液体，有一定的腐蚀性，如果泄漏在密闭空间内会腐蚀电子元器件，影响电路的正常使用，泄漏的液体还会渗透进制冷电机内部损坏制冷电机。
8.3）水冷散热装置主要是针对制冷电机进行降温，但在整个密闭空间内的电路上也有一些其他芯片会产生热量，该方案无法对这些芯片进行降温，这些芯片长期运行在高温环境中会影响寿命。


技术实现要素：

9.本技术提供了一种制冷型红外光谱成像装置的散热结构及制冷型红外光谱成像
装置，通过风冷的方式解决背景技术中所提到的水冷方案所存在的技术问题。
10.为达到上述目的，本技术第一方面提供了一种制冷型红外光谱成像装置的散热结构，包括：位于制冷型红外光谱成像装置的壳体一端的外散热装置；位于壳体内的热电制冷器，其制热一面与外散热装置接触，其制冷一面与位于风道进风口的内散热装置接触；位于壳体内的风道，风道内安装有风扇，风道的出风口朝向壳体内的制冷电机；壳体与风道的外壁构成了回风风道；位于壳体内的挡风护罩，用于将壳体内的探测器与风道或回风风道隔离。
11.由上，所述提出的防爆型制冷红外光谱风冷外散热装置，它能解决背景技术中提到的水冷散热系统存在的各个问题，为化工安全生产提供了可靠的技术保障。具体来说，该风冷散热结构，通过风道把冷源端的冷气吹到制冷电机达到降温的目的，其中，风道不会与制冷电机有接触，所以不会对制冷电机产生任何方向和大小的应力，同时也可以对壳体内的电路散热，降低整个壳体内的腔体的温度，在安装和以后的维护过程中更加的便捷。另一方面，由于设置了挡风护罩，将壳体内的探测器与风道或回风风道隔离，降低了风道出风口的气流对探测器的气流等影响，相对背景技术的水冷方案可以提高探测器的成像效果。
12.作为第一方面的一种可能的实现方式，风道包括：依次连通的第一节风道与第二节风道，第一节风道与第二节风道相接处安装风扇。
13.由上，设置两节的风道便于维护，通过风扇驱动气体运动，使整个腔体内的风道和回风风道形成循环的气流，已达到降低制冷电机和壳体构成的封闭腔体内的电路的温度。
14.作为第一方面的一种可能的实现方式，还包括：设置于制冷电机表面的第一测温模块、设置于回风风道内的第二测温模块；与第一测温模块、第二测温模块及风扇电连接的控制模块。
15.由上，可以通过接收的第一测温模块、第二测温模块及风扇的信息，控制热电制冷器、风扇的运行。例如控制热电制冷器的电流或电压，以控制其制冷量，又如控制风扇的启动、停止、转速等，实现制冷结构的自动运行控制。
16.作为第一方面的一种可能的实现方式，第二测温模块通过装配于第一节风道外壁的支架安装于回风风道内。
17.由上，通过悬空于第一节风道外壁，可以有效的测量回风风道内的温度，降低第一节风道外壁对第二测温模块的测温影响。
18.作为第一方面的一种可能的实现方式，外散热装置包括座体和位于座体上的散热鳍片；热电制冷器的制热一面与座体接触设置。
19.由上，通过设置散热鳍片可以加大散热面积，从而增大散热效率。
20.作为第一方面的一种可能的实现方式，还包括：位于壳体外侧、朝向散热鳍片的风扇。
21.由上，通过风扇，可以加快散热鳍片的热量的散发。
22.作为第一方面的一种可能的实现方式，外散热装置朝向所述热电制冷器的制热一面、所述内散热装置朝向所述热电制冷器的制冷一面，且热电制冷器未与所述外散热装置以及所述内散热装置接触的部位设置有隔热套。
23.由上，通过热电制冷器的制冷一面接触设置的内散热装置，利于热电制冷器的制冷一面与第一节风道内的空气的充分热交换，以将热电制冷器的制冷一面的冷量传递给第
一节风道内的空气。并且，通过该隔热套覆盖上述部位，以阻止外散热装置获取的热电制冷器的热量向壳体内的方向传递。
24.作为第一方面的一种可能的实现方式，热电制冷器的制热一面与座体接触设置，包括以下之一：制热一面通过热管与座体接触设置；制热一面与座体直接接触设置。
25.由上，可以根据热电制冷器、外散热装置的座体位置的需要，采用热管或直接接触方式装配。
26.作为第一方面的一种可能的实现方式，风道的进风口处设置有进风格栅。
27.由上，可以通过进风格栅对风道的进风口处的风向进行导向。
28.作为第一方面的一种可能的实现方式，进风格栅包括朝向热电制冷器的制冷一面的不同位置的若干导风部。
29.由上，可以实现进入进风口的风较均匀在分布到热电制冷器的制冷一面上，以被热电制冷器的制冷一面充分制冷。
30.本技术第二方面提供了一种制冷型红外光谱成像装置，包括：壳体，壳体内设置有制冷型红外光谱成像装置的探测器、制冷电机；上述第一方面提供的任一的制冷型红外光谱成像装置的散热结构。
附图说明
31.图1为本技术实施例提供的制冷型红外光谱成像装置的散热结构的示意图；
32.图2为本技术实施例提供的制冷型红外光谱成像装置的散热结构控制原理示意图；
33.图3a为本技术实施例提供的制冷型红外光谱成像装置的具体散热结构的第一示意图；
34.图3b为本技术实施例提供的制冷型红外光谱成像装置的具体散热结构的第二示意图；
35.图3c为本技术实施例提供的制冷型红外光谱成像装置的具体散热结构的第三示意图；
36.图3d为本技术实施例提供的制冷型红外光谱成像装置的具体散热结构的第四示意图。
37.应理解，上述结构示意图中，各框图的尺寸和形态仅供参考，不应构成对本技术实施例的排他性的解读。结构示意图所呈现的各框图间的相对位置和包含关系，仅为示意性地表示各框图间的结构关联，而非限制本技术实施例的物理连接方式。
38.附图标记：
39.外散热装置301，热电制冷器302，第一节风道303，第二测温模块304，风扇305，第二节风道306，控制模块307，第一测温模块308，制冷电机309，挡风护罩310，探测器311，壳体312，隔热套313，内散热装置314，进风口3031。
具体实施方式
40.下面结合附图并举实施例，对本技术提供的技术方案作进一步说明。应理解，本技术实施例主要是为了说明本技术的技术方案的可能的实施方式，不应被解读为对本技术的
技术方案的唯一限定。
41.制冷型红外光谱成像装置包括红外光谱成像系统和制冷电机。如图1为制冷型红外光谱成像装置的散热结构的示意图，图1中还示意性示出了所述红外光谱成像系统的探测器311、壳体312，所述散热结构的包括：位于壳体312一端的外散热装置301，位于壳体312内的热电制冷器302，第一节风道303，第二测温模块304，风扇305，第二节风道306，控制模块307，第一测温模块308，制冷电机309，挡风护罩310。下面进行详述：
42.外散热装置301安装在法兰盘上，本实施例中，该法兰盘与外散热装置301一体设置，作为外散热装置301的座体的一部分。外散热装置301可以包括所述座体外，还包括位于其上的散热鳍片。其中，座体同时起到热传递的作用。其中，散热鳍片可以加大散热面积使得增大散热效率。在一些实施例中，在散热鳍片外侧，还可以设置朝向散热鳍片的风扇，以加快散热鳍片的热量的散发。
43.热电制冷器302的制热一面与外散热装置301接触，在一些实施例中，热电制冷器302的制热一面可以通过热管方式与该外散热装置301接触，具体来说，热管的一端与热电制冷器302的制热一面接触，热管的另一端与外散热装置301接触设置。在另一些实施例中，热电制冷器302的制热一面也可以直接与外散热装置301的座体相接触设置。
44.另外，外散热装置301的座体与热电制冷器302相接触时，对应接触的一面，当外散热装置301座体的该接触面的面积大于热电制冷器302的该接触面时，还可设置有隔热套313，该隔热套313覆盖外散热装置301的座体的所述接触面上的未与热电制冷器302接触的部位，以阻止外散热装置301获取的热电制冷器302的热量向壳体312内的方向传递。
45.热电制冷器302的制冷一面位于第一节风道303进风口3031内，当热电制冷器302开启时能将回流到第一节风道303进风口3031内的空气制冷。热电制冷器302的制冷一面的表面设置有内散热装置314，例如可以为散热片，从而可以增大热电制冷器302制冷一面的散热面积，以利于热电制冷器302的制冷一面与第一节风道303内的空气的充分热交换，提高换热效率。
46.第一节风道303和第二节风道306构成风道，风道用于实现风的导向，具体的，将经过热电制冷器302的制冷一面制冷后的风导向制冷电机309，以对制冷电机309进行降温。在一些实施例中，可以是对制冷电机309的散热部件进行降温。另外，壳体312与第一节风道303和第二节风道306外壁构成了回风风道，对制冷电机309进行降温后（即从制冷电机309吸热升温后）的风经回风风道进入第一节风道303的进风口3031进入后，进入第一节风道303。另一方面，位于壳体312的所述风道、或回风风道内的电路等，也会被所述风进行降温。
47.风扇305安装在所述风道内，本实施例中，安装在第一节风道303和第二节风道306中间，主要作用是将进入第一节风道303的风经由风扇305再通过第二节风道306送到制冷电机309，并且使整个腔体内的风道和回风风道形成循环的气流，已达到降低制冷电机309和壳体312构成的封闭腔体内的电路的温度。
48.连通第一节风道303与上述回风风道的进风口3031处还可以设置进风格栅。在一些实施例中，进风格栅可以为若干通孔，如条状通孔。在另一些实施例中，为了将通过进风格栅进入第一节风道303的风较均匀在分布到热电制冷器302的制冷一面或内散热装置314上，进风格栅可以包括若干片状导风部，这些片状导风部可以朝向热电制冷器302的制冷一面或内散热装置314的不同位置，以将回风导向热电制冷器302的制冷一面或内散热装置
314的不同位置。
49.第二测温模块304设置在上述回风风道内，用于测量腔体的温度。在一些实施例中，可以通过支架悬空于第一节风道303外壁设置，具体的，该支架一端装配在第一节风道303外壁，一端装配第二测温模块304。
50.第一测温模块308设置于制冷电机309表面，用于测量制冷电机的温度。
51.如图2所示，控制模块307与第二测温模块304、第一测温模块308以及风扇305电连接，用于接收第二测温模块304测量的腔体温度、第一测温模块308测量的制冷电机温度信息，还可以接收风扇305的实时风速信息，并根据接收的所述信息控制热电制冷器302、风扇305的运行。例如控制热电制冷器302的电流或电压，以控制其制冷量，又如控制风扇305的启动、停止、转速等。
52.挡风护罩310用于将所述壳体内的探测器与所述风道或所述回风风道隔离，具体的，可以用于隔断第二节风道306出风口的气流对探测器311周围空气的直接冲击。在一些实施例中，挡风护罩310安装于制冷电机309和探测器311之间的位置。在另一些实施例中，挡风护罩310可以罩住探测器311安装。挡风护罩310的目的是：由于制冷型探测器311的高灵敏特性，探测器311周围的环境变化如气流、振动等因素都会对其成像效果产生影响，因此设置挡风护罩310以隔断第二节风道306出风口的气流对探测器311周围空气的直接冲击。在一些实施例中，挡风护罩310朝向第二节风道306出风口的一面也可以为斜面或曲面，以形成对第二节风道306出风口所出风的导向，以及降低第二节风道306出风口所出风对挡风护罩310的正面冲击。
53.下面，进一步结合图3a
‑
图3d示出的实施例，对本技术实施例提供的制冷型红外光谱成像装置的散热结构进行详细说明：
54.该实施例中，热电制冷器302采用半导体制冷器（tec），其具有控制简单效率高等特点。
55.第二测温模块304、第一测温模块308选用数字温度传感器，其具有体积小，抗干扰能力强，精度高等特点。第二测温模块304通过第一节风道303外壁的支架悬空的装配在回风风道内。第一测温模块308紧贴制冷电机309设置。
56.风扇305采用四线pwm控速风扇，能够实时的反馈风扇转速，并可以受控制模块307控制。
57.控制模块307采用低功耗嵌入式微控制处理器，如微控制单元(microcontroller unit，mcu，又称单片微型计算机(single chip microcomputer )或者单片机)，支持数字信号输入并有实时处理能力。
58.其中，当第一测温模块308测得的值达到预设值x1时，控制模块307控制风扇305工作，当第一测温模块308测得的值低于预设值x2时，控制模块307控制风扇305停止工作，使设备处于低功耗的状态。为使风扇305控制状态更为稳定，x1与x2的值一般不同，且通常情况下x1大于x2。
59.控制模块307会根据第一测温模块308的温度数值变化率来实时调整风扇305的转速，变化率越大转速越高，变化率越小转速越小，从而实现自适应的调整风扇305风速。
60.当第一测温模块308测得的值达到更高的预设值x3时，控制模块307开启tec，反之当测得的值低于预设值x4时关闭tec。为使tec控制状态更为稳定，x3与x4的值一般不同，且
通常情况下x3大于x4。此时第二测温模块304将实时温度传给控制模块307，控制模块307通过对第一测温模块308和第二测温模块304实时温度数值变化率的对比来控制风扇305的转速。
61.本技术实施例还提供了一种制冷型红外光谱成像装置，其包括壳体，壳体内设置有所述制冷型红外光谱成像装置的探测器、制冷电机、上述任一实施例所描述的制冷型红外光谱成像装置的散热结构以及其各可选实施例。其中，该制冷型红外光谱成像装置可以是防爆型制冷红外光谱成像装置，在一些实施例中，可以是防爆型制冷红外光谱相机，防爆型制冷红外光谱摄像机等。
62.其中，说明书和权利要求书中的词语“第一、第二、第三等”或模块a、模块b、模块c等类似用语，仅用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本技术实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
63.说明书和权利要求书中使用的术语“包括”不应解释为限制于其后列出的内容；它不排除其它的元件或步骤。因此，其应当诠释为指定所提到的所述特征、整体、步骤或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多其它特征、整体、步骤或部件及其组群。因此，表述“包括装置a和b的设备”不应局限为仅由部件a和b组成的设备。
64.本说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意味着与该实施例结合描述的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的用语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指同一实施例，但可以指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，能够以任何适当的方式组合各特定特征、结构或特性，如从本公开对本领域的普通技术人员显而易见的那样。
65.注意，上述仅为本技术的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本技术不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本技术的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本技术进行了较为详细的说明，但是本技术不仅仅限于以上实施例，在不脱离本技术的构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，均属于本技术的保护范畴。