RU218684U1 - Устройство теплоотвода матрицы ИК-фотоприёмника тепловизора - Google Patents
Устройство теплоотвода матрицы ИК-фотоприёмника тепловизора Download PDFInfo
- Publication number
- RU218684U1 RU218684U1 RU2023109907U RU2023109907U RU218684U1 RU 218684 U1 RU218684 U1 RU 218684U1 RU 2023109907 U RU2023109907 U RU 2023109907U RU 2023109907 U RU2023109907 U RU 2023109907U RU 218684 U1 RU218684 U1 RU 218684U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photodetector
- matrix
- heat sink
- composite material
- diamond
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Полезная модель относится к области электроники, в частности к охлаждению компонентов электронных приборов, включая тепловизоры, и может быть использована для охлаждения матрицы ИК-фотоприёмника. Задачей полезной модели является создание устройства теплоотвода матрицы ИК-фотоприёмника тепловизора. Техническим результатом заявляемой полезной модели является исключение образования конденсата влаги из воздуха на оптическом стекле матрицы ИК-фотоприёмника тепловизора от воздействия нагревания термоэлектрического охладителя на эффекте Пельтье. Технический результат достигается путём введения конструктивного решения с использованием алмаз-медного композиционного материала с коэффициентом теплопроводности от 
и вынесением элемента Пельтье за корпус матрицы ИК-фотоприёмника, что приводит к исключению появления конденсации влаги из воздуха, при сохранении её охлаждения до необходимой температуры.
Description
Полезная модель относится к области электроники, в частности к охлаждению компонентов электронных приборов, включая тепловизоры, и может быть использована для охлаждения матрицы ИК-фотоприёмника.
Известен термоэлектрический модуль, представленный в патенте «Термоэлектрический модуль, термоэлектрический элемент и заготовка для изготовления термоэлектрических элементов» (Патент РФ №111354, МПК H01L 35/32, опубл.:10.12.2011, бюл. №34). В термоэлектрическом модуле, содержащем термоэлектрические элементы p-типа, имеющие каждый эквидистантные торцевые поверхности и перпендикулярную им боковую поверхность, имеющую грани, термоэлектрические элементы n-типа, имеющие каждый эквидистантные торцевые поверхности и перпендикулярную им боковую поверхность, имеющую грани, и электроды, соединенные с указанными торцевыми поверхностями термоэлектрических элементов, согласно изобретению количество граней боковых поверхностей термоэлектрических элементов кратно шести. Каждый термоэлектрический элемент может быть составлен из нескольких частей, имеющих боковую поверхность с несколькими гранями, образующими часть боковой поверхности термоэлектрического элемента.
Недостатком этого технического решения является то, что при работе в охлаждающем режиме возможно образование конденсации влаги из воздуха, который при попадании на оптические и электронные компоненты охлаждаемых элементов, такие как оптические элементы датчиков или печатная плата, может привести к ухудшению точностных характеристик оптики (запотевание) или короткому замыканию выводов микросхемы установленной на печатной плате.
Известна статья «Современная технология охлаждения элементом Пельтье». Технология Пельтье применяется лишь в тех случаях, когда температура устройства должна быть ниже температуры окружающей среды. Разность температур в многоступенчатых модулях Пельтье может достигать 100 К. Такие модули используются, например в ИК-датчиках. [1, стр. 12].
Модуль Пельтье состоит из одного или нескольких элементов Пельтье и термически соединенных радиаторов. Используемая для перекачки электрическая мощность в элементах Пельтье необратимо преобразуется в тепло, которое нуждается в эффективном отведении. Кроме того, элементы Пельтье в обратимом порядке перекачивают тепло с одной стороны на другую (в зависимости от направления тока). Таким образом, на одной стороне происходит поглощение тепла, которое, однако, существенно менее интенсивное, чем теплоотдача на другой стороне. Поэтому теплообмен должен осуществляться посредством радиаторов, которые термически плотно прилегают к элементу Пельтье с обеих сторон. Нагретый или охлажденный воздух в основном отводится с помощью вентиляторов.
Недостатком этого технического решения является то, что при охлаждении ИК-датчика, в конструкции которого есть оптическая система или защитное оптическое стекло на них может происходить образование конденсации влаги из воздуха, препятствующего или искажающего прохождению входного ИК-сигнала на фоточувствительный элемент.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является «Конструкция «двухцветного» фотоприёмника» (Старостин А.А. Специальные температурные измерения / А.А. Старостин, Е.М. Шлеймович, В.Г. Лисиенко. - Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2016. - 168 с.).
Устройство теплоотвода матрицы ИК-фотоприёмника тепловизора содержит корпус, в котором установлены матрица ИК-фотоприёмника, над которым в этом же корпусе находится оптическое стекло, предохраняющее фоточувствительный слой матрицы ИК-фотоприёмника от попадания пыли, влаги, и механических воздействий, в корпусе также закреплен термоэлектрический охладитель на эффекте Пельтье, охлаждающая сторона которого механически совмещена с обратной стороной корпуса матрицы ИК-фотоприёмника.
Недостатком данной конструкции является расположение теплоотвода термоэлектрического охладителя на эффекте Пельтье, которое провоцирует образование конденсации влаги из воздуха на оптическом стекле, вызванного нагреванием обратной стороны термоэлектрического охладителя на эффекте Пельтье, что мешает работе тепловизора в штатном режиме.
Задачей изобретения является создание устройства теплоотвода матрицы ИК-фотоприёмника тепловизора.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является исключение образования конденсата влаги из воздуха на оптическом стекле матрицы ИК-фотоприёмника тепловизора от воздействия нагревания термоэлектрического охладителя на эффекте Пельтье.
Технический результат достигается тем, что устройство теплоотвода матрицы ИК-фотоприёмника тепловизора, установленной в корпусе с оптическим стеклом, содержащее термоэлектрический охладитель на эффекте Пельтье, при этом теплоотвод выполнен в виде пластины из алмаз-медного композиционного материала, ширина которой больше или равна, чем ширина корпуса матрицы ИК-фотоприемника, а длина больше или равна расстоянию, необходимому для размещения термоэлектрического охладителя на эффекте Пельтье на удалении от корпуса матрицы ИК-фотоприемника, при этом на пластине теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала расположены технологические отверстия для крепления посредством болтового соединения корпуса матрицы ИК-фотоприемника и термоэлектрического охладителя на эффекте Пельтье таким образом, чтобы один конец пластины теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала был плотно прижат к нижней части корпуса матрицы ИК-фотоприемника, а на втором конце пластины теплоотвода закреплен термоэлектрический охладитель на эффекте Пельтье.
Технический результат достигается путём введения конструктивного решения с использованием алмаз-медного композиционного материала с коэффициентом теплопроводности от 
и вынесением элемента Пельтье за корпус матрицы ИК-фотоприёмника, что приводит к исключению появления конденсации влаги из воздуха, при сохранении её охлаждения до необходимой температуры.
Сущность технического решения поясняется чертежами, на которых показано:
на фиг.1 - вид сбоку устройства теплоотвода матрицы ИК-фотоприёмника тепловизора;
на фиг. 2 - вид сверху на фиг. 1;
на фиг.3 - пластина теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала, местный разрез в масштабе 4:1;
на фиг.4 - термоэлектрический охладитель на эффекте Пельтье с отверстием для крепления.
На фиг.1, фиг.2, фиг.3 и фиг.4 изображены:
1 - корпус;
2 - матрица ИК-фотоприёмника;
3 - оптическое стекло;
4 - термоэлектрический охладитель на эффекте Пельтье;
5 - пластина теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала;
6 - отверстия для крепления корпуса к пластине теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала;
7 - отверстие для крепления термоэлектрического охладителя на эффекте Пельтье;
8 - прямоугольное отверстие для разъема матрицы ИК-фотоприемника;
9 - алмазный наполнитель композиционного материала;
10 - медная матрица композиционного материала.
Устройство теплоотвода матрицы ИК-фотоприёмника тепловизора выполнено следующим образом.
Устройство теплоотвода матрицы ИК-фотоприёмника тепловизора состоит из корпуса 1, в котором закреплены матрица ИК-фотоприёмника 2 и оптическое стекло 3, корпус 1 и термоэлектрический охладитель на эффекте Пельтье 4 установлены на пластине теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала 5 и закреплены посредством болтового соединения в отверстия для крепления корпуса к пластине теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала 6 и отверстие для крепления термоэлектрического охладителя на эффекте Пельтье 7, соответственно. Крепление выполнено таким образом, чтобы один конец пластины теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала 5 был плотно прижат к нижней части корпуса 1, а на другом её конце закреплен термоэлектрический охладитель на эффекте Пельтье 4.
Пластина теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала 5 имеет геометрические размеры, которые обусловлены по ширине - более или равные, чем ширина матрица ИК-фотоприёмника 2, а по длине - длина матрицы ИК-фотоприёмника 2 плюс габаритный размер термоэлектрического охладителя на эффекте Пельтье 4 и плюс расстояние между матрицей ИК-фотоприёмника 2 и термоэлектрическим охладителем на эффекте Пельтье 4 и по высоте - высотой корпуса 1. Матрица ИК-фотоприёмника 2 установлена над прямоугольным отверстием 6, габаритные размеры которого определяются конкретным типом применяемой в тепловизоре матрицы ИК-фотоприёмника 8. Прямоугольные отверстие 8 предназначено для подключения разъёма с электрическими проводами.
Пластина теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала 5 имеет структуру, состоящую из двух элементов, расположенных в три слоя: алмазный наполнитель композиционного материала 9 находится в середине между двумя идентичными слоями медной матрицы композиционного материала 10.
В заявляемом устройстве применяется алмаз-медный композиционный материал (выпускаемый ООО «Тепроком»; Евразийский патент EA 014582, МКИ C22C 26/00. Композиционный материал с высокой теплопроводностью и способ его получения / А.М. Абызов. - №201000168 - Заявл. 29.12.2009; Опубл.30.12.2010.).
Алмаз-медный композиционный материал имеет коэффициент теплопроводности от , с относительно низкими значениями коэффициентов термического расширения 
и удельным весом 
.
Надёжный тепловой контакт пластины теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала и матрицы ИК-фотоприёмника обеспечивается полировкой контактирующей поверхности этой пластины теплопровода с последующим их механическим прижатием. На другом конце пластины теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала закреплён термоэлектрический охладитель на эффекте Пельтье, надёжный контакт которых также обеспечивается полировкой контактирующей поверхности пластины теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала с последующим их механическим прижатием. Для обеспечения герметизации матрицы ИК-фотоприёмника и термоэлектрический охладитель на эффекте Пельтье с пластиной теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала в местах их контакта, по периметру, наносится эпоксидный или кремнийорганический компаунд.
Устройство теплоотвода матрицы ИК-фотоприёмника тепловизора работает следующим образом.
При начале работы тепловизора и матрицы ИК-фотоприёмника 2, в частности на термоэлектрический охладитель на эффекте Пельтье 4 подаётся напряжение питания (обычно 5 вольт постоянного тока) в результате чего начинается охлаждение матрицы ИК-фотоприёмника 2 тепловизора, что необходимо для обеспечения повышения чувствительности матрицы в инфракрасном диапазоне длин волн. Термоэлектрический охладитель на эффекте Пельтье 4 охлаждает матрицу ИК-фотоприёмника 2 тепловизора до - 35°C (максимально возможное охлаждение -103,1°C). Конкретная температура охлаждения матрицы ИК-фотоприёмника 2 задаётся в технических характеристиках тепловизора.
Низкие температуры, возникающие в процессе работы термоэлектрического охладителя на эффекте Пельтье 4, способствуют конденсации влаги из воздуха. Это недопустимо для оптических компонентов, так как конденсат может вызвать оптические помехи. Возникнет конденсация или нет, зависит от нескольких параметров. Важнейшими являются: температура окружающей среды, температура охлаждаемого объекта и влажность воздуха. Чем теплее воздух на поверхности корпуса и чем больше влажность, тем вероятнее произойдет конденсация влаги и последующее появление оптических помех на оптическом стекле. Ниже представлена таблица 1, иллюстрирующая зависимость температуры конденсации влаги на охлаждаемом объекте в зависимости от влажности и температуры окружающего воздуха.
| Таблица 1. Температура конденсации влаги | |||||||||
| Влажность воздуха, % | |||||||||
| Температура окружающей среды, °C | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 |
| 30 | 11 | 13 | 15 | 17 | 18 | 20 | 21 | 23 | 24 |
| 29 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 19 | 20 | 22 | 23 |
| 28 | 9 | 11 | 13 | 15 | 17 | 18 | 20 | 21 | 22 |
| 27 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 17 | 19 | 20 | 21 |
| 26 | 7 | 9 | 11 | 13 | 15 | 16 | 18 | 19 | 20 |
| 25 | 6 | 9 | 11 | 12 | 14 | 15 | 17 | 18 | 19 |
| 24 | 5 | 8 | 10 | 11 | 13 | 14 | 16 | 17 | 18 |
| 23 | 5 | 7 | 9 | 10 | 12 | 14 | 15 | 16 | 17 |
| 22 | 4 | 6 | 8 | 10 | 11 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 21 | 3 | 5 | 7 | 9 | 10 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 20 | 2 | 4 | 6 | 8 | 9 | 11 | 12 | 13 | 14 |
Например, если внешняя температура 25°C, а влажность 65%, то конденсация влаги на охлаждаемом объекте происходит при температуре его поверхности ниже 18°C.
Список источников, принятых во внимание.
1. https://algimed.com/pdf/binder/kb400/2013_02_wp_Peltier_RU.pdf
(Дата обращения: 20.03.2023).
2. https://www.ixbt.com/cpu/peltje.html (Дата обращения: 30.03.2023).
Claims (1)
- Устройство теплоотвода матрицы ИК-фотоприемника тепловизора, установленной в корпусе с оптическим стеклом, содержащее термоэлектрический охладитель на эффекте Пельтье, отличающееся тем, что теплоотвод выполнен в виде пластины из алмаз-медного композиционного материала, ширина которой больше или равна, чем ширина корпуса матрицы ИК-фотоприемника, а длина больше или равна расстоянию, необходимому для размещения термоэлектрического охладителя на эффекте Пельтье на удалении от корпуса матрицы ИК-фотоприемника, при этом на пластине теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала расположены технологические отверстия для крепления посредством болтового соединения корпуса матрицы ИК-фотоприемника и термоэлектрического охладителя на эффекте Пельтье таким образом, чтобы один конец пластины теплоотвода из алмаз-медного композиционного материала был плотно прижат к нижней части корпуса матрицы ИК-фотоприемника, а на втором конце пластины теплоотвода закреплен термоэлектрический охладитель на эффекте Пельтье.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU218684U1 true RU218684U1 (ru) | 2023-06-06 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5240702B2 (ja) * | 2007-07-02 | 2013-07-17 | 学校法人東京農業大学 | 米の処理方法 |
| JP6088747B2 (ja) * | 2012-05-11 | 2017-03-01 | 日本放送協会 | インパルス応答生成装置、インパルス応答生成システム及びインパルス応答生成プログラム |
| RU175406U1 (ru) * | 2017-03-29 | 2017-12-04 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" | Устройство пассивного теплоотвода процессора мобильного устройства либо переносного компьютера на основе алмаз-медного композиционного материала |
| RU203392U1 (ru) * | 2020-08-11 | 2021-04-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (МГУ) | Устройство определения ориентации объекта по звездам |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5240702B2 (ja) * | 2007-07-02 | 2013-07-17 | 学校法人東京農業大学 | 米の処理方法 |
| JP6088747B2 (ja) * | 2012-05-11 | 2017-03-01 | 日本放送協会 | インパルス応答生成装置、インパルス応答生成システム及びインパルス応答生成プログラム |
| RU175406U1 (ru) * | 2017-03-29 | 2017-12-04 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" | Устройство пассивного теплоотвода процессора мобильного устройства либо переносного компьютера на основе алмаз-медного композиционного материала |
| RU203392U1 (ru) * | 2020-08-11 | 2021-04-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (МГУ) | Устройство определения ориентации объекта по звездам |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100836305B1 (ko) | 열전 모듈 | |
| US5887435A (en) | Environmentally protected module | |
| US7228020B2 (en) | Optoelectronic arrangement having a surface-mountable semiconductor module and a cooling element | |
| Li et al. | New applications of an automated system for high-power LEDs | |
| US5397746A (en) | Quad flat package heat slug composition | |
| EP0718934B1 (en) | Thermoelectric cooler assembly | |
| US5032897A (en) | Integrated thermoelectric cooling | |
| US20090167134A1 (en) | Light source module with high heat-dissipation efficiency | |
| US20210298203A1 (en) | Automotive electronic device | |
| WO2018174173A1 (ja) | 熱電発電モジュール及びこれを用いた熱電発電装置、並びに温度測定方法 | |
| US7276697B2 (en) | Infrared apparatus | |
| RU218684U1 (ru) | Устройство теплоотвода матрицы ИК-фотоприёмника тепловизора | |
| CN213042158U (zh) | 一种光电二极管探测集成温控模块 | |
| JP2003324219A (ja) | 熱電モジュール取付構造 | |
| JPS6410686A (en) | Semiconductor laser module with electronic cooling element | |
| JP2002247594A (ja) | 撮像装置 | |
| JPH04123462A (ja) | 半導体実装装置 | |
| Maierna et al. | Electronic Packaging for MEMS Infrared Sensor With Filtered Optical Window | |
| KR102513524B1 (ko) | 카메라의 방열구조 | |
| CN110707062A (zh) | Igbt模块封装结构及igbt芯片的温度检测方法 | |
| KR102455183B1 (ko) | 이미지 센서 어셈블리 | |
| CN219609495U (zh) | 制冷型红外光电导传感器的恒温装置 | |
| JPH0715140Y2 (ja) | 電子部品の冷却装置 | |
| KR20230015180A (ko) | 카메라의 기판배열구조 | |
| CN117641098A (zh) | 除雾采图模块及其装置 |