RU2564053C2

RU2564053C2 - Measuring method of thermal fields of electric radio items

Info

Publication number: RU2564053C2
Application number: RU2013139793/28A
Authority: RU
Inventors: Сергей Борисович Сунцов; Александр Васильевич Макуха; Валерий Александрович Деревянко; Егор Александрович Морозов; Екатерина Федоровна Смолякова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-09-27
Also published as: RU2013139793A

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: invention relates to space engineering and can be used at ground thermal vacuum tests of onboard radio electronic equipment (REE) of non-tight space vehicles (SV). The invention proposes a measuring method of thermal fields of electric radio items, which involves use of integrated software tools and a test bench for thermal vacuum tests. Surface temperature of the instrument is measured by means of temperature sensors near test points. Simultaneously, temperature of the whole surface of panel or unit of radio electronic equipment with installed electronic components is measured by means of a thermal imaging measurement system through an illuminator having high degree of radiation passage in an infrared range, by recording information in a digital format.

EFFECT: improving accuracy of obtained data.

Description

Изобретение относится к космической технике, в частности к способам наземных тепловакуумных испытаний бортовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) негерметичных космических аппаратов (КА) при диагностировании ее тепловых режимов в условиях эксплуатации, имитирующих реальные.The invention relates to space technology, in particular to methods for ground-based thermal vacuum testing of on-board electronic equipment (CEA) of leaky spacecraft (SC) when diagnosing its thermal conditions in operating conditions that simulate real ones.

Существуют аналогичные методики и способы измерения параметров физических полей и проведения испытаний.There are similar methods and methods for measuring the parameters of physical fields and testing.

Известен способ измерения параметров физических полей (патент на изобретение №2066466, РФ). Изобретение относится к способам измерения параметров физических полей, предпочтительно динамических, по характеру, например сейсмических, магнитных, тепловых и т.п. Сущность изобретения: формируют основную измерительную сеть. Для этого в пределах измерительного участка двумя группами размещают распределенные датчики.A known method of measuring the parameters of physical fields (patent for the invention No. 2066466, RF). The invention relates to methods for measuring parameters of physical fields, preferably dynamic, in nature, for example, seismic, magnetic, thermal, etc. The inventive form of the main measuring network. To do this, distributed sensors are placed in two groups within the measuring section.

Известен способ измерения коэффициента температуропроводности материала и устройство для его осуществления (патент на изобретение №2072516, РФ). Изобретение относится к бесконтактным методам контроля теплофизических характеристик материалов и может быть использовано при производстве изделий электронной техники. Сущность заключается в том, что исследуемый образец облучают сфокусированным импульсным лазерным излучением и с помощью ИК-фотодиода регистрируют тепловое излучение локально нагретой области образца.A known method of measuring the coefficient of thermal diffusivity of a material and a device for its implementation (patent for the invention No. 2072516, RF). The invention relates to non-contact methods for monitoring the thermophysical characteristics of materials and can be used in the manufacture of electronic products. The essence is that the test sample is irradiated with focused pulsed laser radiation and thermal radiation of the locally heated region of the sample is recorded using an infrared photodiode.

В настоящее время применяется методика тепловакуумных испытаний РЭА негерметичных КА, которая основана на ГОСТ РВ 20.57.306-98 "Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Общие требования, методы контроля и испытаний. Методы испытаний на соответствие требованиям по устойчивости к климатическим воздействиям". Методика предусматривает осуществление контроля температуры с помощью термодатчиков, установленных в непосредственной близости от электрорадиоизделий (ЭРИ). Аналогичная методика применяется зарубежными фирмами, создающими РЭА космического назначения.At present, the method of thermal vacuum tests of REA of unpressurized spacecraft is used, which is based on GOST RV 20.57.306-98 "Military equipment, instruments, devices and equipment. General requirements, monitoring and testing methods. Test methods for compliance with the requirements for resistance to climatic effects " The methodology provides for the implementation of temperature control with the help of temperature sensors installed in the immediate vicinity of radio electronic products (ERI). A similar technique is used by foreign companies creating spaceborne radio electronic equipment.

Эта методика принята за аналог, наиболее близкий к изобретению (прототип).This technique is taken as an analogue closest to the invention (prototype).

Недостатком данной методики и известных способов контроля параметров физических полей является то, что осуществить контроль температуры и тепловых режимов всех критичных ЭРИ с помощью термодатчиков невозможно из-за их большого количества (несколько десятков на каждой плате и несколько сотен в приборе), а термодатчики и подходящие к ним медные провода вносят существенные искажения в тепловое поле РЭА. Таким образом, с помощью термодатчиков обеспечивается контроль температуры 3-5 ЭРИ на плате и не более 15-20 ЭРИ в приборе. Кроме того, из-за отсутствия в настоящее время необходимого программно-методического обеспечения и испытательного оборудования невозможно проводить динамический контроль температуры ЭРИ во всех возможных режимах функционирования РЭА. Все это не позволяет получить полное и однозначное представление о тепловых режимах ЭРИ.The disadvantage of this methodology and the known methods for controlling the parameters of physical fields is that it is impossible to control the temperature and thermal conditions of all critical EMIs using thermal sensors because of their large number (several tens on each board and several hundreds in the device), and thermal sensors are suitable to them, copper wires introduce significant distortion into the REA thermal field. Thus, with the help of temperature sensors, the temperature is controlled by 3-5 ERI on the board and not more than 15-20 ERI in the device. In addition, due to the lack of the necessary software and methodological support and testing equipment at present, it is not possible to conduct dynamic control of the ERI temperature in all possible modes of CE operation. All this does not allow to obtain a complete and unambiguous idea of the thermal regimes of ERI.

Цель изобретения - диагностирование тепловых режимов ЭРИ и блоков бортовой радиоэлектронной аппаратуры в условиях эксплуатации, имитирующих реальные.The purpose of the invention is the diagnosis of thermal regimes of ERI and blocks of on-board electronic equipment in operating conditions that simulate real ones.

Указанная цель достигается за счет использования интегрированных программных средств и стенда тепловакуумных испытаний, оснащенного системой имитации тепловых воздействий на радиоэлектронную аппаратуру в условиях открытого космоса и системой теплового диагностирования радиоэлектронной аппаратуры. При этом измерение температуры всей поверхности панели или блока радиоэлектронной аппаратуры с установленными электронными компонентами осуществляют тепловизионной измерительной системой через иллюминатор, обладающий высокой степенью пропускания излучения в инфракрасном диапазоне, с записью информации в цифровом виде. Температуру поверхности блока измеряют с помощью термодатчиков вблизи контрольных точек.This goal is achieved through the use of integrated software and a thermal vacuum test bench equipped with a system for simulating thermal effects on electronic equipment in open space and a thermal diagnosis system for electronic equipment. In this case, the temperature of the entire surface of the panel or block of electronic equipment with installed electronic components is measured using a thermal imaging measuring system through a porthole, which has a high degree of transmission of radiation in the infrared range, recording information in digital form. The surface temperature of the block is measured using temperature sensors near the control points.

Суть изобретения.The essence of the invention.

Техническая реализация изобретения: испытуемая РЭА (узел или прибор) устанавливается на термостабилизированной платформе в вакуумной камере испытательного стенда, в которой обеспечивается высокая степень достоверности имитации тепловакуумных воздействий на РЭА при ее функционировании. Температура платформы задается и поддерживается постоянной в широких пределах. Измерение температуры поверхности панели осуществляется тепловизионной измерительной системой через инфракрасный иллюминатор из BaF₂ с записью информации на компьютере. Одновременно с помощью термодатчиков контролируется температура контрольных точек поверхности блока.Technical implementation of the invention: the tested CEA (unit or device) is installed on a thermostabilized platform in the vacuum chamber of the test bench, which provides a high degree of reliability of the simulation of thermal vacuum effects on the CEA during its operation. The platform temperature is set and maintained constant over a wide range. Measurement of the surface temperature of the panel is carried out by a thermal imaging measuring system through an infrared porthole from BaF ₂ with recording information on a computer. At the same time, temperature sensors control the temperature of the control points on the surface of the block.

Методологическая реализация изобретения: в общем случае тепловизор регистрирует тепловой поток с поверхности радиоэлектронной платы в видеMethodological implementation of the invention: in the General case, the thermal imager registers the heat flux from the surface of the electronic circuit board in the form

W=τε(x,y)W_РЭА,W = τ ε (x, y) W _CEA ,

где τ - коэффициент пропускания иллюминатора;where τ is the transmittance of the porthole;

ε(x,y) - поле коэффициентов излучения поверхности блока;ε (x, y) is the field of the emissivity of the block surface;

W_РЭА - мощность теплового потока с поверхности РЭА, Вт.W _REA - power heat flow from the surface of REA, watts.

При сравнении температуры, измеренной тепловизором, и температуры, измеренной термодатчиками, вычисляется ε(x,y), а по известному ε(x,y), полученному из термоизображения тепловизора, вычисляется реальная температура. В процессе испытаний проводится контроль тепловых полей внешних поверхностей РЭА, а также контроль температуры в локальных точках, недоступных для тепловизионного контроля. Интегрированные программные средства испытательного стенда позволяют проводить сравнение измеренных тепловых полей РЭА с результатами тепловых расчетов. Испытания проводят последовательно по двум уровням: "узел" и "прибор". На уровне "узел" определяются тепловые режимы ЭРИ в диапазоне рабочих температур посадочного места узла, уточняются параметры математической модели узла, выявляются недостатки компоновки, выявляются дефекты сборки и монтажа, формируется "тепловой паспорт" узла. На уровне "прибор" проводят контроль тепловых полей наружных поверхностей прибора, измерения температуры в контрольных точках внутри прибора, уточняется тепловая модель прибора, проводится расчет тепловых полей узлов с учетом граничных условий установки их в приборе, формируется «тепловой паспорт» прибора.When comparing the temperature measured by the thermal imager and the temperature measured by thermal sensors, ε (x, y) is calculated, and the actual ε (x, y) obtained from the thermal image of the thermal imager is calculated. In the process of testing, the thermal fields of the REA external surfaces are monitored, as well as the temperature at local points inaccessible to thermal imaging control. The integrated software of the test bench makes it possible to compare the measured thermal fields of REA with the results of thermal calculations. The tests are carried out sequentially at two levels: “node” and “device”. At the “node” level, the ERI thermal regimes are determined in the operating temperature range of the node’s seat, the parameters of the mathematical model of the node are clarified, layout deficiencies are identified, assembly and installation defects are identified, and the “thermal passport” of the node is formed. At the “device” level, the thermal fields of the external surfaces of the device are monitored, temperature is measured at control points inside the device, the thermal model of the device is refined, the thermal fields of the nodes are calculated taking into account the boundary conditions of their installation in the device, and the “thermal passport” of the device is formed.

На этапе приемо-сдаточных испытаний штатных узлов проводится сравнение термограмм узлов с термограммами "тепловых паспортов" и отбраковка дефектных узлов, а также проводится сравнение термограмм поверхностей прибора с термограммами "теплового паспорта" и таким образом контролируется качество сборки прибора.At the stage of acceptance tests of standard units, the thermograms of the nodes are compared with the thermograms of the "thermal passports" and the rejection of defective nodes, and the thermograms of the surfaces of the device are compared with the thermograms of the "thermal passport" and thus the quality of the assembly of the device is controlled.

Обеспечена возможность проведения контроля тепловых режимов всех ЭРИ, смонтированных на печатной плате, тепловых режимов блока и РЭА в целом. На основании сравнений термограмм эталонных блоков и приборов обеспечена возможность выявления дефектной продукции.It is possible to control the thermal regimes of all ERI mounted on a printed circuit board, the thermal regimes of the unit and REA as a whole. Based on comparisons of thermograms of the reference blocks and devices, it is possible to identify defective products.

Технический результат изобретения заключается в расширении технологических возможностей, повышении точности диагностирования тепловых режимов ЭРИ, блоков радиоэлектронной аппаратуры и радиоэлектронной аппаратуры, обеспечении контроля тепловых режимов каждого ЭРИ, установленного на поверхности блока.The technical result of the invention consists in expanding technological capabilities, increasing the accuracy of diagnosing thermal modes of EIS, blocks of electronic equipment and electronic equipment, providing control of the thermal conditions of each EMI installed on the surface of the block.

Сравнительный анализ заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволил выявить признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого технического решения.A comparative analysis of the proposed solution with other technical solutions in this technical field did not allow to identify signs similar to the totality of the features of the claimed technical solution.

Claims

A method for measuring the thermal fields of electronic products, including the use of integrated software and a thermal vacuum test bench, equipped with a system for simulating thermal effects on electronic equipment in open space and a thermal diagnosis system for electronic equipment, while the surface temperature of the device is measured using temperature sensors near control points, characterized in that simultaneously measure the temperature of the entire surface of the panel or block of the electron equipment with installed electronic components using a thermal imaging measuring system through a window with a high degree of transmission of radiation in the infrared range, with the recording of information in digital form.