CN100501357C - 一种测试插槽温度分布的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测试插槽温度分布的方法，该方法包含如下步骤：A.采用复数个温度探测点构成覆盖插槽中被测单板表面的二维矩阵；B.通过该二维矩阵上的温度探测点测量单板表面的空气薄层的温度测试数据，进而获得插槽的温度分布状况。本发明还提供了一种实现上述测试插槽温度分布方法的装置，该装置包含有与被测单板同样或类似尺寸的测试板，其中：该测试板包括：由总线式温度传感芯片构成的温度探测点阵列、温度分布测试控制电路；该温度探测点阵列分布在所述的测试板上与被测单板同侧，在所述测试板的另一侧面布设有该温度分布测试控制电路，该温度分布测试控制电路与外部的温度信号处理装置连接。

Description

一种测试插槽温度分布的方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域的测试技术，具体涉及一种测试插槽温度分布的方法和装置。

背景技术

大型通信产品的硬件结构目前都以机柜、插框、单板等构成形式为主，即一个机柜包含多个插框，一个插框可插入多块单板。由于设备的电路越来越复杂，而用户要求设备的体积越小越好，因此，每个插框中的单板数量很多，导致插槽间的间隙很小，而每块单板的器件密度和发热量都越来越高，这样，就对插框中单板的的散热问题提出了很高的要求。附图1即为一个插框在工作时单板的组成结构及散热的方式，图中，插框1中排列插入可插拔的单板A，插框1内的单板A之间有插槽间隙，图中没有显示。冷风由插框下进入，带走热量由插框上面排出。

另一方面，在通信产品的开发过程中需要进行大量的对实际工作中的单板及单板所处的插框的插槽内的环境空气温度进行测量。通过测量能够发现单板的全部或局部是否处于过热状态；单板所处的插槽内环境空气温度是否处于过热状态；插框内是否存在温度分布不均或散热死角；单板所处环境的自然对流散热或强制风冷散热的空气流场设计是否合理等等。测试的结果可以作为改进插框或单板热设计的依据，也可以作为热设计完成后的一种实际验证。

现有技术主要提出了四种解决方案，用于测试机柜插框内插槽温度分布，然而这四种解决方案都有诸多不足，下面分别进行介绍。

现有技术之一：通用的多点测温系统。

其对插槽或单板温度的测试，一般是通过通用的多路温度测试仪21，将多个温度探头用固定胶粘在被测单板的多个器件上，所有的探头连线通过两块单板的前面板拉手条之间有限的间隙引出，从而测试出探头所连部位的温度值，如图2所示。

该解决方案是一个通用的多路温度测试仪，其结构不适合对插箱中的插槽进行温度分布测试。具体有如下缺点：

1、温度探测点数量有限，无法反映出被测区域的温度分布。由于受到结构以及连接的限制，一般用这种方式测试，测试的点数有限，只能测试单板上几个点的温度，而无法掌握直观的温度分布，也无法了解单板表层空气流场的温度分布，而空气流场温度分布可反映出强迫风冷的空气对流状态，发现可能存在的散热死角。

2、其探头通常采用完成单纯的温度传感功能的热电偶，即把温度高低转换为相应的电信号，每个探头至少通过两根高温导线和控制仪相连，测试时必须涂上固定胶把探头固定在要测试的地方，对被测对象有一定的破坏性。

3、测试时温度探头固定和连接工作繁琐，在对不同的槽位和不同的单板测试时，需要重新进行探头的固定和连接，测试效率低。

现有技术之二：点阵式红外辐射测温技术，如TJ-200红外全视像超级测温仪。

该类测温仪由内置的温度测量部分与摄像部分组成，温度测量部分由64单元热敏元件阵列与硅透镜组成，摄像部分则配备有30万像素的CMOS彩色传感器。通过测温仪的3.8英寸液晶面板，可以将64个测量点对应显示到所拍摄的图像上，通过不同的颜色显示出每个测量点的温度，从而描绘出测定目标的温度分布图来。该产品将64个红外辐射热敏元件按纵8×横8排成64单元热敏元件阵列，可以同时测定64个探测点的温度。如果需要记录数据，只需轻轻按键，就可以将64个点的JPEC格式图像数据转换成CSV格式数据保存下来。

同样采用此类技术的相近的其它产品如MP50系列测温仪，MP50系列测温仪通过对每条扫描线上256个温度点的测量，可提供精确的边缘到边缘的温度监控。它对多点的温度测量是通过一个旋转的光学系统在90°的视场内收集红外辐射能量完成的。它同样采用红外辐射传感器件，所不同的是利用机械的扫描集合光学透镜来收集被测试点的温度辐射。

该解决方案的缺点具体包括：

1、该技术适合对视角可见范围的物体或区域进行64点的温度分布测量，但因为插框内是一个封闭系统，其无法用于插框内插槽的温度分布测试。

2、探测点仅仅是8排8纵的64点方形矩阵，探测点数量不足以反映完整的温度分布。

3、该系统集温度分布测试与图像拍摄于一体，同时采用热聚焦的原理进行远程非接触探测，整个系统成本较高。

现有技术之三：红外热成像技术，如IR-100型红外热象仪。

该类热象仪是一种通用性的智能化热成象系统，其原理是采用高灵敏度红外探测器，通过光机扫描将景物的热辐射转换成图象信号，经过单片机处理后，最后在电视屏上显示物体的温度分布图象。其在工业上应用于温度监测与控制，生产过程中的设备热故障诊断，工程试验中的温度场测量，特殊材料的探伤等。在医学上应用于诊断乳腺癌、甲状腺癌等浅表肿瘤，脉管炎和脑血栓等血管疾病，中医经络气功研究等。同时也可用于工业、科学研究中对常温物体的温度测量。

现有技术之三的缺点具体包括：

1、其适合对视角可见范围的物体或区域进行温度分布测量，但因为插槽内是一个封闭系统，故无法用于插箱中插槽的温度分布测试，。

2、采用红外热像传感装置，成本高昂。

现有技术之四：德国威图公司的测试板技术

德国威图公司(其英文名RITTAL)为其机柜产品配套的一种测试板，这是一块和实际单板的尺寸相同的CPCI(Compact PeripheralComponent Interconnect：紧凑型外设部件互连)标准的测试单板，上面安放数个温度传感器、数个风速传感器以及一定量的发热电阻，通电后发热电阻模拟单板发热的情况，然后把与实际单板数量相当的许多块这样的测试板插在插框中，就可以测试出在机箱内的不同点的温度和风速，其目的是在CPCI机箱的结构设计中检验机箱的风道设计是否合理。

现有技术之四的缺点具体包括：

1、该测试板只能测试常规及标准设计情况下插箱整体的风道设计是否合理，实际的产品单板上由于元器件的布局各不相同，在每个插槽中的通风结构各不相同，该测试板不适合测试机柜插框内插槽温度分布。

2、该测试板的目的是了解在忽略单板实际结构差异的前提下进行的初步风道设计评估，对温度的测试，每个插槽只有几个探测点，因此并不能用作插槽的温度分布测试，也无法测试实际单板在槽位中时插槽内温度的分布情况。

3、该测试板将温度探头和风速传感器均安装在测试板的正面，均用于测试本槽位。

4、该测试板主要用于整个插箱的风道设计验证，测试时实际的产品单板并不参与，因此在使用时，必须将足够多的此种测试板插入插箱，才能构成测试环境，因此成本较高。

5、该测试单板只针对CPCI标准的插箱，适用性单一。

发明内容

本发明提出一种测试插槽温度分布的方法和装置，用以克服现有技术中存在的测试效率低、成本高的缺点。

本发明提供了一种测试插槽温度分布的方法，该方法包含如下步骤：

A、将温度分布测试板插入到机柜的插框中，其中，温度传感器阵列分布在所述测试板上与被测单板同侧，所述测试板的另一侧面布设有温度分布测试控制电路，通过所述温度传感器阵列形成复数个温度探测点，采用所述复数个温度探测点构成覆盖插槽中被测单板表面的二维矩阵；

B、通过该二维矩阵上的温度探测点测量单板表面的空气薄层的温度测试数据，进而获得插槽的温度分布状况，通过与所述温度分布测试控制电路连接的计算机显示出被测单板表面的空气薄层的温度分布状况。

其中，通过与所述温度分布测试控制电路连接的计算机显示出被测单板表面的空气薄层的温度分布状况，为：

C、所述温度分布测试控制电路通过串口或网口送到计算机，通过计算机显示出被测单板表面的空气薄层的温度分布状况。

所述步骤C中的显示是指采用数值显示法或采用色度显示法。

所述步骤C中的通过计算机显示出被测单板表面的空气薄层的温度分布具体为：

将所述的温度测试数据按所测试区域的坐标显示在相应的位置上，而两个温度探测点之间的区域可用内插算法作模糊处理，以减少因采样点不足造成的数值梯度。

本发明提供了一种实现上述测试插槽温度分布方法的装置，该装置包含有与被测单板同样或类似尺寸的测试板，其中：

该测试板包括：由总线式温度传感芯片构成的温度探测点阵列、温度分布测试控制电路；该温度探测点阵列分布在所述的测试板上与被测单板同侧，在所述测试板的另一侧面布设有该温度分布测试控制电路，该温度分布测试控制电路与外部的温度信号处理装置连接。

所述的温度信号处理装置指是计算机或者其他文字图象输出装置。

所述的测试板是具有和被测单板同样结构和尺寸的印制板，采用和被测单板一样的标准印制板尺寸和面板拉手条，温度传感器件为大小类似于普通单板背面的表贴滤波电容的高度很低的表贴器件，所述温度分布测试控制电路通过设置在测试板表面拉手条上的串口、网口与计算机连接。

所述的温度探测点阵列的实现方案是：采用一种只有一根输入/输出口线的并联式总线结构，即一线式总线结构的温度传感数字芯片，或其它较易进行级联设计的总线结构的温度传感数字芯片构成温度检测点阵列。

本发明装置在使用时可以采用单板报替代的方法，即测试右侧单板的槽位空气温度时，需要把左侧单板替换为本发明的温度分布测试板。

当然，实现本发明所述方法也可以在温度分布测试板上只保留温度探测点阵列，将控制电路移到单板以外，并减少检测点的个数，这样，温度测试板就可以做得很薄，并把单板的空余部分挖空，就可不必采用单板替代的方法而直接将此测试薄板放置在两块单板之间。但在目前技术条件下这样做有很多缺点，一是采样点过少，不足以反映温度分布，二是对插槽的空气流场影响较大，三是固定不便，同时需要拆除被测槽位单板的面板拉手条，四是两单板之间的间隙太小时无法应用。如果技术进步能实现测试板和探测点及总线超薄化和超微型化，上述缺点将会被克服。

本发明所述的温度分布测试装置被设计成一块与标准尺寸的单板大小相同或类似的插板，同时将数量众多的温度探测点排列成矩阵安放在测试板的背面，通过槽位替代的方法进行测试，即在测试目标槽位时，其相邻的槽位被这块温度分布测试板所代替，因此温度分布测试板上温度探测点所处的位置正好位于被测试槽位的空气夹层中。因为采用了足够数量的温度探测点构成了二维的矩阵，因此，测试的结果可以反映出被测槽位的温度分布。采用本方案的温度分布测试板，成本低廉，并适用于采用同样标准结构的所有产品，因此有较高的性价比和较强的通用性。当将其用于采用另一种标准尺寸的插框的测试时，只要改变印制板的尺寸和探测点矩阵的排列以适配该类机框即可，本发明可以适用于几乎所有插框式结构的产品。

具体而言，其有如下优点：

1、使针对插框内插槽这一狭小空间的温度分布测试易于实现；

2、通过足够多的采样点，达到测试被测区域温度分布的功能；

3、测试环境构建便捷，便于进行重复性的测试，也便于在任意槽位进行测试，同时不会破坏原来的散热及风道结构；

4、采用低成本方式实现温度分布的测试。

附图说明

图1是现有技术中插框在工作时单板的组成结构及散热方式的示意图；

图2是现有技术中多点测温系统的结构示意图；

图3是本发明方法的流程图；

图4A是本发明实施例所述温度分布测试板的立体示意图；

图4B是本发明系统工作时两块单板之间构成的空气夹层的示意图；

图5是本发明实施例所述温度分布测试板的电气结构示意图；

图6是本发明实施例所述温度分布测试板的使用状态参考示意图；

图7是本发明实施例所述温度分布测试板的背面结构示意图。

具体实施方式

如图3所示是本发明实施例所述方法的流程图，其首先通过本发明实施例装置所述的温度分布测试板插入到机柜的插框中，形成了足够数量的温度探测点构成覆盖插槽中被测单板表面的二维矩阵；然后通过该二维矩阵上的温度探测点测量单板表面的空气薄层的温度测试数据，据此获得插槽的温度分布状况；最后将获取的温度测试数据，通过串口或网口送到用于温度分布显示的计算机，通过计算机显示出与被测单板表面的空气薄层的温度分布状况。

图4A是本发明实施例所述温度分布测试板的立体示意图；图4B是本发明系统工作时两块单板之间构成的空气夹层的示意图。图中标号表示：A1是单板正面，A2是单板背面，A3是拉手，A4是单板正面的器件；B1中的不同色块代表空气夹层中不同的温度分布。

下面介绍该单板的基本情况，每块单板A的左侧，即单板正面A1为主要的器件面，所有的大规模芯片及体积较大的器件A4都集中在这面上，单板的热量主要从这面发出，因此在每块单板A都位于插框内时，左侧单板的背面A2和右侧相邻单板的正面A1之间就构成了右侧单板主要的散热通道B，图4B描绘的空气夹层就是指的右侧单板所处槽位的空气环境。本发明要所达到的目的，就是测试这一空气环境在长宽方向的温度分布，因实际上这一空气薄层的厚度很小，因此，三维的温度分布在此处被简化为平面二维的温度分布，同时使测试方便、快捷并且成本低廉。

如图5所示是本发明实施例所述温度分布测试板的电气结构示意图；图中标号表示：4、温度分布测试板，5、温度传感阵列，8、控制总线，9、温度采集控制器(CPU系统)，10、串口电路，11、串口线，12、网口电路，13网口线、14、计算机，15、供电及其它辅助电路。右侧最大方框内的框图即为温度分布测试板4的电路结构示意图，该温度分布测试板4包括：温度传感阵列5、温度分布测试控制电路；而该温度传感阵列5分布在所述的测试板上与被测单板同侧，在所述测试板的另一侧面布设有该温度分布测试控制电路，该温度分布测试控制主要由温度采集控制器9(其实际上就是一个CPU控制系统)、串口电路10、网口电路12、供电及辅助电路15、总线8、温度传感阵列5等部分构成；温度数据通过串口线11或网口线13传送给计算机14显示温度分布状况。

其中该总线式温度传感阵列5由10排20列的温度传感数字芯片7通过总线8并联方式构成，其为可组网的一线式总线温度传感数字芯片。温度采集控制器9一方面完成对温度传感阵列5进行数据采集的功能，另一方面完成通过串口10及网口12和后台计算机14进行数据传送的功能。而电源及辅助电路15完成测试板的供电功能以及保证测试板运行稳定的基本功能。

温度分布测试板4主要完成对机框内温度测试数据的获取，获取的全部温度测试数据，通过串口10或网口12送到用于温度分布显示的计算机14，通过计算机显示出与单板实际布局所对应区域的温度分布。温度分布显示采用两种方式，分别为数值显示法和色度显示法，数值显示法即将温度分布测试板4所检测到的温度值按所测试区域的坐标显示在相应的位置上，而两个监测点之间的区域可用内插算法作模糊处理(如相邻两个测试点测到的温度分别是25度和27度，则在两点所对应坐标的中间位置，可内插中间值26度作为该点的温度)，以减少因采样点不足造成的数值梯度。根据所显示的温度数值分布，可反映出实际的插槽内温度分布状况及空气流场的走向。色度显示法则用不同的色度来代表不同的温度值，两个检测点之间的区域也可通过内插算法作模糊处理，色度显示法使温度分布的显示更为直观和感性。

图6是本实施例所述温度分布测试板的使用状态参考示意图，其采用测试板替代待测槽位相邻位置的单板的方法进行温度分布测试。图中标号表示为：61a、插框正面，61b、插框背面，62、插框内的单板，4、温度分布测试板，63、温度分布测试板上控制电路，5、温度传感数字芯片构成的温度传感器阵列，64、测试板面板拉手条上设置的网口和串口，用于将温度测试数据送往计算机进行温度分布显示。图7是温度分布测试板4背面的示意图，图中标号表示为：5、温度传感器阵列，7、表面贴装的一线式总线温度传感数字芯片。

本实施例中，被测试的槽位是6#槽位，如图6所示，因此5#槽位的单板已经从插槽中拔出，而取代它的是具有同样尺寸和面板拉手条的温度分布测试板4，从图4A中看出，因有相同尺寸的印制板和面板拉手条，温度分布测试板4插入后，保证了原有的槽位散热结构不被破坏，即被测槽位的散热空间和风道结构并不因为温度分布测试板4的存在、或者因为5#槽位单板的拔除而发生较大的改变。从图5中还可看到，温度分布测试板4的左边(即其正面)为控制电路63，右边(即其背面)是由温度传感数字芯片构成的探测点阵列5，由于所用的温度传感数字芯片是小型表面贴装器件7，其高度和被替代单板安放在背面的表面贴装滤波电容相近，因而也不会对原有的散热环境产生大的影响。温度测试板所采集的数据，通过前部面板拉手条上的串口和网口连接器64引出，其数据传入计算机后，由计算机再进行温度分布的显示。

图7显示的探测点阵列5可以实现大采样点的温度分布测试以及免去复杂的测试环境的搭建，使测试易于快速实现并可重复进行。

本发明实施例装置中，对温度分布测试板内部传感器件的替代，即可用其它总线结构的温度传感数字芯片或其他形式的温度传感器来构成温度探测点阵列。温度分布测试板与后台计算机之间控制方式，还可以采用离线运行的温度分布测试板方案，即温度分布的测试过程中不需要后台计算机的参与，可以脱离后台计算机而单独运行，在完成测试后，可再将温度分布测试板与计算机相联，将测试的结果通过计算机显示或打印。

本发明实施例技术方案实现了发明目的，并带来有益的效果：

1、因为采用了数量众多的温度探测点构成了探测矩阵，因此可以较好地测试出单板与单板之间空气夹层的温度分布，从而对整个单板的温度分布情况有较直观的掌握，可以发现系统的散热死角，可以掌握单板上温度敏感器件是否处于安全的工作环境。因此可以降低因热设计问题带来的设备寿命和安全上的风险。

2、通过对夹层空气温度分布的掌握，可以了解到被测试槽位的空气流场走向是否合理，从而使热设计得到较好的验证，提高了设计的准确性和减少返工的风险。

3、因插板式结构使测试非常方便，可以提高测试的覆盖率和全面性以及测试效率，如覆盖到各个槽位，或在单板及结构发生细微变化时，也可随时进行测试。减少了以往只对关键位置或重大改动才做测试而可能导致的风险，而提升产品的可靠性。

Claims (8)

1、一种测试插槽温度分布的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

A、将温度分布测试板插入到机柜的插框中，其中，温度传感器阵列分布在所述测试板上与被测单板同侧，所述测试板的另一侧面布设有温度分布测试控制电路，通过所述温度传感器阵列形成复数个温度探测点，采用所述复数个温度探测点构成覆盖插槽中被测单板表面的二维矩阵；

B、通过该二维矩阵上的温度探测点测量单板表面的空气薄层的温度测试数据，进而获得插槽的温度分布状况，通过与所述温度分布测试控制电路连接的计算机显示出被测单板表面的空气薄层的温度分布状况。

2、如权利要求1所述的测试插槽温度分布的方法，其特征在于，通过与所述温度分布测试控制电路连接的计算机显示出被测单板表面的空气薄层的温度分布状况，为：

C、所述温度分布测试控制电路通过串口或网口送到计算机，通过计算机显示出被测单板表面的空气薄层的温度分布状况。

3、如权利要求2所述的测试插槽温度分布的方法，其特征在于，所述步骤C中的显示是指采用数值显示法或采用色度显示法。

4、如权利要求2所述的测试插槽温度分布的方法，其特征在于，所述步骤C中的通过计算机显示出被测单板表面的空气薄层的温度分布具体为：

将所述的温度测试数据按所测试区域的坐标显示在相应的位置上，而两个温度探测点之间的区域可用内插算法作模糊处理，以减少因采样点不足造成的数值梯度。

5、一种实现如权利要求1所述的测试插槽温度分布方法的装置，该装置包含有与被测单板同样或类似尺寸的测试板，其特征在于：

该测试板包括：由总线式温度传感芯片构成的温度探测点阵列、温度分布测试控制电路；该温度探测点阵列分布在所述的测试板上与被测单板同侧，在所述测试板的另一侧面布设有该温度分布测试控制电路，该温度分布测试控制电路与外部的温度信号处理装置连接。

6、如权利要求5所述的测试插槽温度分布的装置，其特征在于：所述的温度信号处理装置指计算机。

7、如权利要求6所述的测试插槽温度分布的装置，其特征在于：所述的测试板是具有和被测单板同样结构和尺寸的印制板，采用和被测单板一样的标准印制板尺寸和面板拉手条，温度传感器件为大小类似于普通单板背面的表贴滤波电容的高度很低的表贴器件，所述温度分布测试控制电路通过设置在测试板表面拉手条上的串口、网口与计算机连接。

8、如权利要求5所述的测试插槽温度分布的装置，其特征在于：所述的温度探测点阵列的实现方案是，采用一种只有一根输入/输出口线的并联式总线结构，即一线式总线结构的温度传感数字芯片，或级联设计的总线结构的温度传感数字芯片构成温度检测点阵列。

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