CN111414025A - 一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置及方法，半导体导热模块的热端散热板与视觉传感器内部元件连接，半导体导热模块的冷端导热板通过冷媒传输管与冷却机连接，冷媒传输管内装有冷媒介质，加热模块与视觉传感器的热敏元件连接，温度传感模块与主控模块输入端连接，主控模块输出端与加热模块和冷却机连接，通过冷却机控制冷媒介质在冷却机与半导体导热模块之间循环，产生热交换。本发明提供的用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置及方法，过热时，箱体内部核心部件通过半导体导热模块将热量导出，实现降温，过冷时，加热模块启动，提升箱体内部温度，实现自主温控，保证户外复杂环境下视觉传感器可靠工作，安全系数高。

Description

一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置及方法

技术领域

本发明属于智能控制技术领域，具体涉及一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置及方法。

背景技术

受户外复杂环境下安装空间受限、潮湿、易腐蚀、高低温、灰尘、雨水等环境因素的影响和制约，常规视觉传感器难以满足户外应用需求。在恶劣的工作环境应用时，如在过热或过冷的情况下极易影响户外视觉传感器的电器元件的性能及寿命，造成视觉传感器测量精度下降和元器件损坏等。现有方法中的风冷方法由于在户外条件下受灰尘、雨水等因素影响，同时因密封性导致无法空气对流，使其无法适用于户外传感器的散热。半导体散热装置具有效率高的特点，但当传感器为密封结构且工作在户外环境时，传感器外部散热装置容易受灰尘等的影响，严重降低了散热效率，同时还需要人工频繁维护，成本较高。为此，设计一种用于户外复杂环境下的视觉传感器自主温控装置显得非常必要。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置及方法，可随着外界温度改变自动进行调整箱体内部温度，克服传统视觉传感器温度调节效率低、无法进行自主温控的不足。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置，包括温度传感模块、散热模块、加热模块和主控模块，散热模块包括半导体导热模块、冷媒传输管和冷却机，半导体导热模块包括相连通的冷端导热板和热端散热板，半导体导热模块的热端散热板与视觉传感器内部电元件连接，半导体导热模块的冷端导热板通过冷媒传输管与冷却机连接，冷媒传输管内装有冷媒介质，加热模块与视觉传感器的热敏元件连接，温度传感模块与主控模块输入端连接，主控模块输出端与加热模块和冷却机连接并控制加热模块和冷却机的启闭，通过冷却机控制冷媒介质在冷却机与半导体导热模块之间循环，产生热交换，实现降温。

进一步的，所述半导体导热模块还包括半导体器件，位于冷端导热板和热端散热板之间，且与冷端导热板和热端散热板连通，通过冷媒介质在冷却机和半导体导热模块之间的循环流动实现冷端导热板和热端散热板之间的温差，将热端散热板热量传导至冷端导热板，实现与视觉传感器的电元件之间的热交换，起到降温作用。

进一步的，所述热端散热板上布有若干个导热管，冷端导热板和导热管连通。

进一步的，所述温度传感模块、加热模块、半导体导热模块和主控模块设置于视觉传感器箱体内部，视觉传感器箱体外部设置冷却机，视觉传感器箱体的后盖上设置若干个水冷接口，冷媒传输管一端连接冷却机，冷媒传输管另一端穿过水冷接口接入半导体导热模块。

进一步的，所述水冷接口设有两个，冷媒传输管包括分别与两个水冷接口适配并连接的进水管和出水管，冷媒传输管的进水管和出水管分别穿过两个水冷接口接入半导体导热模块和冷却机。

进一步的，所述进水管和出水管外部由内向外依次包覆隔热材料层、柔性金属铠装层和耐腐蚀橡胶层。

进一步的，所述加热模块为电加热管。

进一步的，包括以下步骤：

通过温度传感模块实时采集视觉传感器箱体内的实际温度数据并传输至主控模块处理；

主控模块对接收的实际温度数据与预设温度阀值进行分析和比对，根据分析结果驱动散热模块或加热模块启动；

若实际温度数据超出预设温度阀值，主控模块控制散热模块启动，通过半导体导热模块将视觉传感器内部热量传导至热端散热板，在冷却机的作用下低温的冷媒介质通过冷媒传输管传输至热端散热板，冷媒介质与热端散热板完成热交换；在冷却机的作用下，冷媒介质经过热端散热板和冷端导热板将热量传输至视觉传感器外侧，直至冷却机完成降温，再通过冷却机将低温冷媒介质传输至热端散热板，通过冷媒介质的循环流动将视觉传感器内部热量导出至外界，实现视觉传感器内部降温；

若实际温度数据低于预设温度阀值，主控模块控制加热模块启动，开始加热，提高视觉传感器箱体内的温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开了一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置及方法，包括温度传感模块、散热模块、加热模块和主控模块，散热模块包括半导体导热模块、冷媒传输管和冷却机，半导体导热模块包括相连通的冷端导热板和热端散热板，半导体导热模块的热端散热板与视觉传感器内部电元件连接，半导体导热模块的冷端导热板通过冷媒传输管与冷却机连接，冷媒传输管内装有冷媒介质，加热模块与视觉传感器的热敏元件连接，温度传感模块与主控模块输入端连接，主控模块输出端与加热模块和冷却机连接并控制加热模块和冷却机的启闭，通过冷却机控制冷媒介质在冷却机与半导体导热模块之间循环，产生热交换，实现降温。本发明提供的用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置及方法，箱体内设置加热模块、散热模块、主控模块等，能够对视觉传感器的热敏器件进行可控加热，在一定温度区间内具有一定的恒温控制功能，过热时，箱体内部核心部件通过半导体导热模块将热量导出，并经冷媒介质传输至外界，实现降温、散热目的，过冷时，箱体内部加热模块启动，提升箱体内部温度，实现视觉传感器内的温度自主控制，确保了箱体内部温度恒定，有效保证户外复杂环境下视觉传感器能够可靠工作，安全系数高，经过环境测试效果表明可保证视觉传感器工作温度范围：-30℃～+60℃，相对湿度：不大于(93±3)％、(40±2)℃。

附图说明

图1为本发明的视觉传感器箱体内部结构示意图；

图2为本发明的视觉传感器箱体后盖结构示意图；

图3为本发明的视觉传感器箱体侧视图；

图4为本发明的冷却机的结构示意图；

图5为本发明的冷媒传输管的结构示意图；

其中，1-冷端导热板；2-视觉传感器；3-控制航插；4-热端散热板；5-水冷接口；6-冷媒传输管；7-冷却机；8-进水管；9-出水管；10-隔热材料层；11-柔性金属铠装层；12-耐腐蚀橡胶层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1-5所示，一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置，包括温度传感模块、散热模块、加热模块和主控模块，散热模块包括半导体导热模块、冷媒传输管6和冷却机7，温度传感模块、加热模块、半导体导热模块、主控模块和视觉传感器2设置于视觉传感器箱体内部，视觉传感器箱体外部设置冷却机7，半导体导热模块包括相连通的冷端导热板1和热端散热板4，半导体导热模块的热端散热板4与视觉传感器2内部核心元件连接紧固，保证二者良好热交换效率，半导体导热模块的冷端导热板1通过冷媒传输管6与冷却机7连接，冷媒传输管6内装有冷媒介质(冷却液)，加热模块与视觉传感器2内的热敏元件连接，温度传感模块与主控模块输入端连接，主控模块输出端与加热模块和冷却机7连接并分别控制加热模块和冷却机7的启闭，为了保证测量视频传感器在高温条件下正常工作，当测量到视频传感器箱体内部的温度反馈值大于设定温度时，主控模块控制启动散热模块运行，将箱体内部核心部件的热量通过半导体导热模块经冷媒介质传导到箱体外部的冷却机7，通过冷却机7控制冷媒介质在冷却机7与半导体导热模块和散热模块之间循环流动，产生热量交换，带走箱体内部热量，降温效果良好，若检测到的温度小于设定温度时，主控模块控制加热模块加热，热敏元件升温，提高视觉传感器箱体内部温度，使视觉传感器2在寒冷条件下能够正常工作。

半导体导热模块还包括半导体器件，半导体器件有导热作用，其与冷端导热板1和热端散热板4连通且位于冷端导热板1和热端散热板4之间，通过冷媒介质在冷却机7、冷端导热板1、半导体器件和热端散热板4之间的循环流动实现冷端导热板1和热端散热板4之间的温差，将热端散热板4热量传导至冷端导热板1，实现与视觉传感器2的电元件之间的热交换。

热端散热板4上布有若干个导热管，冷端导热板1和导热管连通，内部流动着冷媒介质。

视觉传感器箱体的后盖上设置若干个水冷接口5，冷媒传输管6一端连接冷却机7，冷媒传输管6另一端穿过水冷接口5接入半导体导热模块，冷媒传输管6包括分别与水冷接口5适配并连接的进水管8和出水管9，冷媒传输管6的进水管8和出水管9分别穿过水冷接口5接入半导体导热模块和冷却机7，进水管8和出水管9外部由内向外依次包覆隔热材料层10、柔性金属铠装层11和耐腐蚀橡胶层12，进水管8和出水管9采用耐腐蚀多层防护设计，不会受户外腐蚀、太阳热晒等因素影响，可长期稳定工作。

本发明的视觉传感器2是指激光器和相机等的总称，视觉传感器箱体后盖上还设置若干个控制航插3，用于将视觉传感器2等元器件与电控制器之间连接，加热模块为电加热管，温度传感模块为温度传感器，均可采用现有技术，在此不做赘述。

一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控方法，包括以下步骤：

视觉传感器箱体温度监测由分布在其内部的温度传感模块获得，根据内部组件的表面温度变化分段控制，通过温度传感模块实时采集视觉传感器箱体内的实际温度数据并传输至主控模块处理；

主控模块对接收的实际温度数据与预设温度阀值(或设定温度)进行分析和比对，根据分析结果驱动散热模块或加热模块启动，具体为：

若实际温度数据超出预设温度阀值，主控模块控制散热模块启动，通过半导体导热模块将视觉传感器2内部热量传导至热端散热板4，在冷却机7的作用下低温的冷媒介质通过冷媒传输管6和冷端导热板1传输至热端散热板4，冷媒介质与热端散热板4完成热交换；在冷却机7的作用下，冷媒介质经过热端散热板4和冷端导热板1将热量传输至视觉传感器箱体外侧，直至冷却机7完成降温，再通过冷却机7将低温冷媒介质传输至热端散热板4，冷却机7控制冷媒介质在冷端导热板1、热端散热板4、冷媒传输管6之间循环流动，将视觉传感器箱体内部热量导出至外界，实现视觉传感器箱体内部降温；

若实际温度数据低于预设温度阀值，主控模块控制加热模块启动，开始加热，提高视觉传感器箱体内的温度。

实施例1

如图1-5所示，一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置，包括温度传感模块、散热模块、加热模块和主控模块，散热模块包括半导体导热模块、冷媒传输管6和冷却机7，半导体导热模块包括相连通的冷端导热板1和热端散热板4，半导体导热模块的热端散热板4与视觉传感器2的电元件连接，半导体导热模块的冷端导热板1通过冷媒传输管6与冷却机7连接，冷媒传输管6内装有冷媒介质，加热模块与视觉传感器2的热敏元件连接，温度传感模块与主控模块输入端连接，主控模块输出端与加热模块和冷却机7连接，通过冷却机7控制冷媒介质在冷却机7与半导体导热模块之间循环，产生热交换。

半导体导热模块还包括半导体器件，与冷端导热板1和热端散热板4连通且位于冷端导热板1和热端散热板4之间，通过冷媒介质在冷却机7、冷端导热板1和热端散热板4之间的循环流动实现冷端导热板1和热端散热板4之间的温差，将热端散热板4热量传导至冷端导热板1，实现与视觉传感器2的电元件之间的热交换。

热端散热板4上布有若干个导热管，冷端导热板1和导热管连通。

加热模块为电加热管，加热后，提高视觉传感器箱体内部温度，使视觉传感器2在寒冷条件下能够正常工作。

温度传感模块、加热模块、半导体导热模块、主控模块和视觉传感器2设置于视觉传感器箱体内部，视觉传感器箱体外部设置冷却机7，视觉传感器箱体的后盖上设置若干个水冷接口5，冷媒传输管6一端连接冷却机7，冷媒传输管6另一端穿过水冷接口5接入半导体导热模块。

水冷接口5设有两个，冷媒传输管6包括分别与两个水冷接口5适配并连接的进水管8和出水管9，冷媒传输管6一端的进水管8和出水管9分别通过对应的水冷接口5接入散热模块，冷媒传输管6另一端的进水管8和出水管9连接冷却机7上的接口，冷媒传输管6采用多层防护隔热结构，不会受户外腐蚀、太阳热晒等因素影响，可长期稳定工作，两端均为一体式接头，进水管8和出水管9外部由内向外依次包覆隔热材料层10、柔性金属铠装层11和耐腐蚀橡胶层12。

一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控方法，包括以下步骤：

视觉传感器箱体内的温度监测由分布在其内的温度传感模块获得，根据内部组件的表面温度变化分段控制。通过温度传感模块实时采集视觉传感器箱体内的实际温度数据并传输至主控模块处理；

主控模块对接收的实际温度数据与25℃预设温度阀值进行分析和比对，根据分析结果驱动散热模块或加热模块启动，具体为：

若实际温度数据超出25℃，主控模块控制散热模块启动，通过半导体导热模块将视觉传感器2内部热量传导至热端散热板4，在冷却机7的作用下低温的冷媒介质通过冷媒传输管6传输至冷端导热板1再达到热端散热板4，冷媒介质与热端散热板4完成热交换；在冷却机7的作用下，冷媒介质经过热端散热板4和冷端导热板1将热量传输至视觉传感器箱体外侧，直至冷却机7完成降温，再通过冷却机7将低温冷媒介质传输至热端散热板4，通过冷却机7控制冷媒介质在冷却机7与散热模块之间循环流动，将箱体内部热量导出至冷却机7，完成散热，实现箱体内部温度恒温可控；

为了保证视觉传感器在低温条件下正常工作，若实际温度数据低于25℃，主控模块控制加热模块启动，开始加热，提高视觉传感器箱体内的温度，使视觉传感器正常测量。

冷媒介质允许工作温度范围为-30℃～60℃，能够实现温度自动调节，确保视觉传感器箱体内部温度恒定，可适用于户外环境。

通过外界液冷装置(冷却机7)用于对视觉传感器中导出的热量进行降温，其中冷却液允许工作温度：-30～60℃；最大允许传输高度：35m；流速：200mL/min。

本发明不会由于传感器外部电子元器件而导致电火花和爆炸，安全系数较高。需要指出的是，工作时，冷却机7与控制机柜安装在一起，体积小，不会对视觉传感器2造成额外安装空间。

本发明未详细说明的部分采用现有技术即可实现，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置，其特征在于，包括温度传感模块、散热模块、加热模块和主控模块，散热模块包括半导体导热模块、冷媒传输管和冷却机，半导体导热模块包括相连通的冷端导热板和热端散热板，半导体导热模块的热端散热板与视觉传感器内部电元件连接，半导体导热模块的冷端导热板通过冷媒传输管与冷却机连接，冷媒传输管内装有冷媒介质，加热模块与视觉传感器的热敏元件连接，温度传感模块与主控模块输入端连接，主控模块输出端与加热模块和冷却机连接并控制加热模块和冷却机的启闭，通过冷却机控制冷媒介质在冷却机与半导体导热模块之间循环，产生热交换，实现降温。

2.根据权利要求1所述的一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置，其特征在于，所述半导体导热模块还包括半导体器件，位于冷端导热板和热端散热板之间，且与冷端导热板和热端散热板连通，通过冷媒介质在冷却机和半导体导热模块之间的循环流动实现冷端导热板和热端散热板之间的温差，将热端散热板热量传导至冷端导热板，实现与视觉传感器的电元件之间的热交换，起到降温作用。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置，其特征在于，所述热端散热板上布有若干个导热管，冷端导热板和导热管连通。

4.根据权利要求1所述的一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置，其特征在于，所述温度传感模块、加热模块、半导体导热模块和主控模块设置于视觉传感器箱体内部，视觉传感器箱体外部设置冷却机，视觉传感器箱体的后盖上设置若干个水冷接口，冷媒传输管一端连接冷却机，冷媒传输管另一端穿过水冷接口接入半导体导热模块。

5.根据权利要求4所述的一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置，其特征在于，所述水冷接口设有两个，冷媒传输管包括分别与两个水冷接口适配并连接的进水管和出水管，冷媒传输管的进水管和出水管分别穿过两个水冷接口接入半导体导热模块和冷却机。

6.根据权利要求5所述的一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置，其特征在于，所述进水管和出水管外部由内向外依次包覆隔热材料层、柔性金属铠装层和耐腐蚀橡胶层。

7.根据权利要求1所述的一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置，其特征在于，所述加热模块为电加热管。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种用于户外复杂环境的视觉传感器自主温控装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过温度传感模块实时采集视觉传感器箱体内的实际温度数据并传输至主控模块处理；

主控模块对接收的实际温度数据与预设温度阀值进行分析和比对，根据分析结果驱动散热模块或加热模块启动；

若实际温度数据超出预设温度阀值，主控模块控制散热模块启动，通过半导体导热模块将视觉传感器内部热量传导至热端散热板，在冷却机的作用下低温的冷媒介质通过冷媒传输管传输至热端散热板，冷媒介质与热端散热板完成热交换；在冷却机的作用下，冷媒介质经过热端散热板和冷端导热板将热量传输至视觉传感器外侧，直至冷却机完成降温，再通过冷却机将低温冷媒介质传输至热端散热板，通过冷媒介质的循环流动将视觉传感器内部热量导出至外界，实现视觉传感器内部降温；

若实际温度数据低于预设温度阀值，主控模块控制加热模块启动，开始加热，提高视觉传感器箱体内的温度。

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