CN111024973A - 一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构 - Google Patents

Abstract

一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构，涉及惯性测量装置机械结构设计领域，主要用于航空、航天领域的高精度惯性导航。本发明将加热棒设置于温控体中心，测温传感器设置在温控体上，实现温控体加温和温度监测；将半导体底板压在台体安装面上，温控体压在半导体底板之上，其作用是通过半导体底板单向传热功能对温控体进行制冷降温；挡风壳外表面设置半导体壳板，将温控体、石英加速度计、加热棒、测温传感器包在壳内，避免台体周围空气扰动影响，利用半导体壳板对挡风壳进行制冷降温，保证温控体的温度稳定性及快速性；在挡风壳与台体之间的间隙内充入良导热气体氦气，降低温控体与挡风壳之间的间隙热阻，提高温控体的散热能力。

Description

一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构

技术领域

本发明涉及惯性测量装置机械结构设计领域，特别涉及一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构，主要用于航空、航天领域的高精度惯性导航。

背景技术

惯性稳定平台系统一般采用三只正交安装的高精度石英加速度计作为测量组合，测量载体在导航坐标系内的线加速度，通过2次积分获得载体速度和位置，实现导航功能。高精度石英加速度计测量组合的测量精度直接影响系统导航精度，而高精度石英加速度计测量组合温度稳定性是影响其测量精度的重要因素。传统的惯性稳定平台是将石英加速度计和机械陀螺仪直接安装于台体上，通过台体温控保证石英加速度计和机械陀螺仪的温度稳定性。然而，由于台体组件结构紧凑，石英加速度计和机械陀螺仪距离较小，在机械陀螺仪向台体散热过程中，容易引起台体局部温度波动，使得石英加速度计温度稳定性变差。另一方面，传统惯性平台台体上安装的石英加速度计一般半裸露于台体之外，容易受到基座上离心风扇引起的空气扰动，使得石英加速度计温度稳定性变差。

目前，解决该问题的方法主要为：通过设计隔热罩，将台体组件(包含石英加速度计和机械陀螺仪)包裹在密闭空间内，隔绝空气扰动，削弱机械陀螺仪向台体散热。但该方法的缺点是当环境温度升高或机械陀螺仪发热量增大时，容易引起台体上石英加速度计超温。参见国家发明专利“一种球形惯性稳定平台，专利号201510945612.2，公布日为2016年04月”和“一种惯性平台球形台体多功能结构，专利号201810227486.0，公布日为2018年09月”。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构，通过将半导体底板设置在温控体和台体之间，利用半导体底板的单向传热功能实现温控体及其上安装的石英加速度计的散热和阻热，避免石英加速度计超温。同时，通过挡风壳将温控体、石英加速度计包在其内，壳内充入良导热气体氮气，加强温控体向挡风壳散热，在挡风壳外表面设置半导体壳板，利用半导体壳板的单向传热功能，加强挡风壳散热，间接促进温控体散热，并避免空气扰动影响。此种结构安装简单，可靠性高，温度稳定性好，主动散热快，可以为石英加速度计提供良好的温度稳定环境，提高测量精度。

本发明的技术解决方案是：一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构，包括温控体、测温传感器、半导体壳板、石英加速度计、加热棒、半导体底板、挡风壳、密封压圈；

所述半导体底板压在台体安装面上，温控体压在半导体底板上，并通过螺钉紧固于台体上；

所述温控体上设有沉孔，用于安装石英加速度计、用于为温控体加温的加热棒和用于监测温控体温度的测温传感器安装在温控体上；

所述的挡风壳构成密封腔体，石英加速度计、加热棒、测温传感器、温控体和半导体底板位于所述密封腔体内；

所述的半导体壳板安装于挡风壳外表面，用于挡风壳制冷降温；

所述密封压圈设于挡风壳与台体之间。

进一步地，所述半导体底板为半导体制冷片，在其与温控体和台体接触面上涂抹有导热硅脂，厚度为0.5～1mm。

进一步地，所述温控体上表面、右表面、顶面均设有沉孔，所述石英加速度计分别位于温控体上表面、右表面、顶面的沉孔内。

进一步地，所述石英加速度计的安装面和加热棒的安装面均设有沉孔，所述测温传感器位于石英加速度计的安装面的沉孔内，测温传感器均位于加热棒的安装面的沉孔内。

进一步地，所述半导体壳板为半导体制冷片，在其与挡风壳的接触面上均涂有导热硅脂，厚度为0.5～1mm。

进一步地，所述半导体壳板分别位于挡风壳的上表面、右表面、下表面、左表面、顶面。

进一步地，所述温控体为多孔实体结构，材料为铝合金或铝基复合材料。

进一步地，所述挡风壳内部填充氦气，用于降低挡风壳与温控体之间的热阻；所述挡风壳材料为铝合金、镁合金或铝基复合材料。

进一步地，所述测温传感器为光纤测温传感器，与温控体接触面上涂抹有导热硅脂，厚度为0.5～1mm。

进一步地，所述加热棒为微型加热棒，其与温控体接触面上涂抹有导热硅脂，厚度为0.5～1mm。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提出了一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构，所述的石英加速度计半导体散热结构通过设置加热棒和光纤测温传感器，实现温控体和石英加速度计加温及测温，并将半导体底板设置在温控体和台体之间，利用半导体底板的单向传热功能实现温控体及其上安装的石英加速度计的散热和阻热，避免环境温度升高或机械陀螺仪向台体散热引起的石英加速度计超温；

(2)在本发明采用的石英加速度计半导体散热结构中，通过挡风壳将温控体、石英加速度计包在其内，壳内充入良导热气体氮气，加强温控体向挡风壳散热，并在挡风壳外表面设置半导体壳板，利用半导体壳板的单向传热功能，加强挡风壳散热，间接促进温控体散热，并克服空气扰动影响，提高石英加速度计的温度稳定性。

附图说明

图1为本发明的石英加速度计半导体散热结构示意图。

图2为本发明的石英加速度计半导体散热结构侧视图。

图中，1-温控体；2-测温传感器；3-半导体壳板；4-石英加速度计；5-测温传感器；6-测温传感器；7-石英加速度计；8-半导体壳板；9-加热棒；10-半导体壳板；11-半导体底板；12-半导体壳板；13-石英加速度计；14-螺钉；15-挡风壳；16-密封压圈；17-半导体壳板；18-换气孔；19-密封接插件。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进行进一步解释和说明。

一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构，

如图1，为本发明的石英加速度计半导体散热结构示意图，即本发明的基本形式，它主要包括石英加速度计4，7，13、加热棒9、测温传感器2，5，6、温控体1、半导体底板11、半导体壳板3，8，10，12，17、挡风壳15、密封压圈16，在惯性平台台体安装面上均匀涂抹一薄层导热硅脂，将所述的半导体底板11压在导热硅脂层上，压好后在所述的半导体底板11上表面涂抹一薄层导热硅脂，将所述的温控体1压在半导体底板11上表面的导热硅脂层上，通过4个螺钉将半导体底板11和温控体1紧固于台体上，4个紧固螺钉配套弹平垫用于防松，此种设计的目的是利用半导体底板11单向传热功能实现温控体1散热和阻热。

所述的温控体1设置沉孔，将三只石英加速度计4，7，13、加热棒9、测温传感器2，5，6通过螺钉紧固于温控体1上，三只石英加速度计4，7，13的安装精度通过精密加工实现温控体1上相应安装面间的平行度或垂直度在1角秒以内，保证安装精度。所述的温控体1材料采用高杨氏弹性模量、高导热系数的铝合金或铝基复合材料。所述的加热棒9用于实现温控体1的加温和调温功能，安装时，在加热棒9外表面均匀涂抹一薄层导热硅脂，使得加热棒9装入温控体1后无间隙热阻，提高加热效率。所述的加热棒9选用微型加热棒。所述的测温传感器2，5，6用于温控体1的温度监测，以三只测温传感器2，5，6的监测温度的算术平均值作为温控体1的温度，其主要通过环氧树脂胶固定于温控体1上，并分别布置在三只石英加速度计安装孔侧面，安装时，在与温控体1接触面上涂抹一薄层导热硅脂，消除间隙热阻，提高测温传感器测温准确性。所述的测温传感器2，5，6选用光纤测温传感器。

如图2，为本发明的石英加速度计半导体散热结构侧视图，所述的挡风壳15将石英加速度计4，7，13、加热棒9、测温传感器2，5，6、温控体1、半导体底板11包在壳内，避免惯性平台内空气扰动影响，将挡风壳15压在密封压圈16上，通过螺钉、弹垫、平垫紧固于台体上，形成内部密封结构，通过挡风壳15上的换气孔18将良导热气体氦气充入壳内，置换壳内空气后，对充气孔进行密封，其作用是减小温控体1与挡风壳15之间的气体热阻，加强换热。所述的挡风壳15材料选用高导热系数的铝合金、镁合金或铝基复合材料。

所述的半导体壳板3，8，10，12，17通过螺钉、弹垫、平垫紧固于挡风壳15外表面，并在其与挡风壳15接触面上涂抹一薄层导热硅脂，消除间隙热阻。利用半导体壳板3，8，10，12，17的单向传热功能实现挡风壳15的制冷降温，间接促进温控体散热。

所述的半导体底板11和半导体壳板3，8，10，12，17选用半导体制冷片，用于温控体1的散热和阻热。所述的半导体底板11和半导体壳板3，8，10，12，17的具体控制方法如下：

当环境温度升高或台体上机械陀螺仪发热量大时，温控体1温度相对温控点T0超过规定温度△T时，半导体底板11和半导体壳板3，8，10，12，17通电，利用其单向传热功能促使温控体1向台体和惯性平台空气域散热，直至温控体1的温度恢复至温控点T0；

当环境温度降低时，温控体1温度相对温控点T0降低规定温度△T时，半导体底板11通电，半导体壳板3，8，10，12，17不通电，利用其单向传热功能促使台体向温控体1传热，直至温控体1的温度恢复至温控点T0。

所述的石英加速度计4，7，13、加热棒9、测温传感器2，5，6上的线缆焊接在挡风壳15上密封接插件19上，其信号通过密封接插件19与台体上安装的电气系统进行传递。

所述密封压圈16为O型密封圈，材料为氟橡胶、丁晴橡胶、硅胶、乙丙橡胶或双氟橡胶。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构，其特征在于：包括温控体(1)、测温传感器(2，5，6)、半导体壳板(3，8，10，12，17)、石英加速度计(4，7，13)、加热棒(9)、半导体底板(11)、挡风壳(15)、密封压圈(16)；

所述半导体底板(11)压在台体安装面上，温控体(1)压在半导体底板(11)上，并通过螺钉紧固于台体上；

所述温控体(1)上设有沉孔，用于安装石英加速度计(4，7，13)、用于为温控体(1)加温的加热棒(9)和用于监测温控体(1)温度的测温传感器(2，5，6)安装在温控体(1)上；

所述的挡风壳(15)构成密封腔体，石英加速度计(4，7，13)、加热棒(9)、测温传感器(2，5，6)、温控体(1)和半导体底板(11)位于所述密封腔体内；

所述的半导体壳板(3，8，10，12，17)安装于挡风壳(15)外表面，用于挡风壳(15)制冷降温；

所述密封压圈(16)设于挡风壳(15)与台体之间。

2.根据权利要求1所述的一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构，其特征在于：所述半导体底板(11)为半导体制冷片，在其与温控体(1)和台体接触面上涂抹有导热硅脂，厚度为0.5～1mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构，其特征在于：所述温控体(1)上表面、右表面、顶面均设有沉孔，所述石英加速度计(4，7，13)分别位于温控体(1)上表面、右表面、顶面的沉孔内。

4.根据权利要求3所述的一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构，其特征在于：所述石英加速度计(4)的安装面和加热棒(9)的安装面均设有沉孔，所述测温传感器(2)位于石英加速度计(4)的安装面的沉孔内，测温传感器(5，6)均位于加热棒(9)的安装面的沉孔内。

5.根据权利要求1所述的一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构，其特征在于：所述半导体壳板(3，8，10，12，17)为半导体制冷片，在其与挡风壳(15)的接触面上均涂有导热硅脂，厚度为0.5～1mm。

6.根据权利要求1所述的一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构，其特征在于：所述半导体壳板(3，8，10，12，17)分别位于挡风壳(15)的上表面、右表面、下表面、左表面、顶面。

7.根据权利要求1所述的一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构，其特征在于：所述温控体(1)为多孔实体结构，材料为铝合金或铝基复合材料。

8.根据权利要求1所述的一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构，其特征在于：所述挡风壳(15)内部填充氦气，用于降低挡风壳(15)与温控体(1)之间的热阻；所述挡风壳(15)材料为铝合金、镁合金或铝基复合材料。

9.根据权利要求1所述的一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构，其特征在于：所述测温传感器(2，5，6)为光纤测温传感器，与温控体(1)接触面上涂抹有导热硅脂，厚度为0.5～1mm。

10.根据权利要求1所述的一种用于惯性平台的石英加速度计半导体散热结构，其特征在于：所述加热棒(9)为微型加热棒，其与温控体(1)接触面上涂抹有导热硅脂，厚度为0.5～1mm。

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