大功率焦平面器件的热控制

为了实现大功率焦平面器件(FPA)的热控制,根据焦面组件的结构特点,通过仿真计算与试验相结合的方法,对大功率焦平面的热控没计进行了研究.介绍了大功率焦平面器件的主要热设计要求,分析了大功率焦平面器件、小散热空间并安装在移动构件上的焦面组件热设计的特点.利用I-DEAS有限元分析软件建立了热分析计算模型,并利用TMG模块进行分析计算.进行了试验验征,并根据试验给出了焦平面器件升温拟合曲线.最后,根据热设计实例提出如何合理地选择大功率焦平面器件的热控制方式.结果表明,50 W 大功率焦平面器件连续工作2 min时,在有12 ℃冷源的情况下,能够控制焦平面器件＜35 ℃,满足焦平面器件设计要求.     

空间相机大功率CCD器件的热设计与热试验

对空间相机大功率CCD器件进行了热设计以解决其散热问题,为了验证热设计的合理性进行了CCD焦面组件的热试验.首先,介绍了以传导为主要散热措施的CCD器件热设计方案,CCD器件的热量主要通过热管传递到冷源;然后,针对整个焦面组件进行了试验规划,特别对模拟冷板进行了专门设计;最后,在真空环境下进行了综合试验.试验结果显示,...     

线阵-面阵CCD三线阵立体测绘相机焦平面组件的研制

介绍了线阵-面阵CCD(LMCCD)制式相机的相关原理,提出实现LMCCD相机的关键在于相机焦平面组件的研制.给出了LMCCD相机焦平面组件在研制过程中的关键技术,如LMCCD像面基板与CCD的高精度拼接,焦平面组件电子学部分的低噪声、高集成度设计,焦平面组件在真空环境下的热噪声抑制和热传导设计,以及焦平面组件的装配和焊接等.最后,给出了研制和测试结果.LMCCD拼接的共面精度优于5 μm,平移量和平行度均优于2μm;在典型工作情况下,实验室测试信噪比优于90;在15 min的工作周期下,焦面组件的温度控制在30℃以下.这些结果满足LMCCD制式相机关于CCD拼接、焦面温度控制和信噪比的要求.     

多姿态变化相机中CCD焦面组件的热设计

为保证CCD器件处于较小的温度波动范围,针对具有多姿态变化特点的空间相机,进行了CCD焦面组件热控系统的设计.根据具有不同温度膨胀系数的材料遇热变形不同的原理,设计了该热控系统的关键部件-热开关.基于轨道分析计算所得到的地球阴影数据和太阳矢量方向变化的情况,考虑了相机本体的遮挡关系,并结合相机姿态变化的特点,提出了由热开关控制双辐射板散热的方案,对此热控系统进行了具体的热设计.利用TMG软件建立相机的热模型并进行了计算机仿真.结果显示,仅采用被动热控措施的CCD焦面组件温度波动为12.34 ℃,而同时采用主动、被动热控措施后温度波动减小为1.73 ℃,满足热控指标的要求,表明热设计合理、有效.     

600 mm长焦平面时间延迟积分CCD的交错拼接

为了满足空间宽幅相机大视场的需求,研究了对多片CCD器件进行拼接以获得超长焦平面组件的方法。使用长线阵时间延迟积分(TDI)CCD拼接仪,按照设计位置和精度要求把17片TDICCD器件拼接到焦平面板上,用销钉定位,获得了长为600mm、像元为69 000个的超长焦平面。然后,对完成拼接的焦平面组件进行了高低温循环试验、热真空试验和振动试验。实验结果表明,焦平面组件的结构设计和材料选取满足力学/热学要求。对完成拼接的600mm长焦平面组件进行了TDICCD拼接精度的检测,检测结果显示拼接误差小于3μm。将该超长焦平面组件用于遥感相机,通过成像实验获得了清晰的无缝宽幅图像。上述结果证明600mm长焦平面组件满足空间宽幅相机的应用需求。     

基于多姿态变化相机的CCD焦面组件热设计

为了保证CCD器件处于较小的温度波动范围,针对具有多姿态变化特点的空间相机,进行了CCD焦面组件热控系统的设计。根据具有不同温度膨胀系数的材料遇热变形不同的原理设计了该热控系统的关键部件－热开关;基于轨道分析计算所得到的地球阴影数据和太阳矢量方向变化情况,考虑了相机本体的遮挡关系,并结合相机姿态变化的特点,提出了由热开关控制双辐射板散热的方案;对此热控系统进行了具体的热设计;利用I-DEAS/TMG软件建立相机的热模型并进行了计算机仿真。结果显示仅采用被动热控措施的CCD焦面温度波动12.34℃,同时采用主动、被动热控措施后减小为1.73℃。满足热控指标的要求,热设计合理、有效。     

光谱成像仪CCD组件的热分析及验证

光谱成像仪是集多光学通道和多探测器于一身的复杂的空间光学遥感器,其成像器件CCD热设计的好坏直接关系成像的质量.本文根据CCD组件具有体积小、发热量高、升温速度快等特点,提出了CCD组件的热设计原则,解决了热设计中的关键问题,给出了相应的热设计方案.按照CCD器件的导热路径,通过简化的热阻分析模型,计算得出了CCD器件的沿程总热阻为1.291 ℃/W.应用IDEAS-TMG对此组件进行了仿真分析,分析显示其达到了热控设计的指标要求.最后对热设计方案进行了试验验证,结果表明,热设计中采用的热控方法有效控制了CCD组件工作过程中的温度过高及温升速率过快的缺点,其升温速率为0.6 ℃/min,两次试验中最高温度分别为33.6 ℃和26.2 ℃.     

光谱成像仪CCD组件的稳态/瞬态热分析与验证

针对光谱成像仪CCD器件温度过高产生的热噪声和暗电流会导致成像质量下降,对CCD组件进行了稳态/瞬态热分析。采用有限元数值分析方法,建立了CCD组件传热的数值模型。根据CCD组件的结构特点和导热路径,应用有限元热分析软件IDEAS-TMG建立了有限元热分析模型,在给定温度边界条件下对CCD组件进行了稳态和瞬态仿真分析。给出了CCD组件的热响应性能、组件中关键部件的稳态温度分布云图以及随时间变化的瞬态温度曲线。稳态分析结果表明,CCD器件工作过程中的平均温度水平为27.1℃;瞬态分析结果表明CCD器件在工作时的升温速率为2.5℃/min,最高温度为37.8℃。验证试验结果与数值分析结果吻合较好,验证了数值分析的正确性和温度预示的有效性。稳态试验过程中CCD器件的温度为26.8℃,瞬态试验过程中温升速率为2.4℃/min。所获得的稳态和瞬态分析结果能够满足热控指标要求,为提高CCD组件的可靠性和热设计优化提供了理论依据。     

TDICCD交错拼接的精度检测

摘 要：焦平面组件是遥感相机的重要组成部分,TDICCD的交错拼接可以获得大尺寸的焦平面。由于TDICCD交错拼接的焦面长度一般较长,常规的检测方法很难获得准确的检测结果。故采用对拼接TDICCD像元直接监测的方法,使用直线度小于2μm/m的气浮导轨,搭载显微系统对像元进行空间位置检测。并对已经完成拼接的600mm长焦平面进行了精度的检测,得到的检测结果误差小于3μm。根据遥感相机地面成像试验所得到的图像研究分析,图像反映的拼接精度与检测所得到的结果吻合,从而验证了检测结果的准确性及检测方法的可行性,实现了长焦平面的高精度检测。     

紫外CCD焦平面组件的设计与分析

针对紫外电荷耦合器件(Charge-Coupled Device,CCD)探测器裸片不能够用于空间探测的难题,首先提出CCD探测器裸片的定位与导热方案,设计出对应的CCD探测器组件和在此基础上的CCD焦平面组件,然后进行了结构、热的有限元仿真和试验验证分析。结果表明,CCD探测器裸片的定位、导热方案合理,设计出的CCD焦平面组件能够满足空间紫外遥感的应用。     

空间摄像机热控系统设计

根据摄像机所处空间环境和结构特点,设计它的热控系统,同时进行了热平衡试验来验证热设计的合理性.首先,总结了摄像机热设计的准则,分析了摄像机所处的空间热环境.然后,对摄像机的各个部分进行了热设计;采用被动热控措施进行热隔离和热疏导,充分利用了摄像机所搭载的卫星平台的热容;采用主动热控措施将温度控制在热控指标范围之内.最后,根据摄像机的热环境和各种工作模式设计了4种极端试验工况,并进行了热平衡试验.试验结果表明,摄像机在存储工况时,其温度与安装面温度相差3℃左右,满足存储温度指标要求;低温工况和高温工况时,其整机温度为-3.1℃和45.7℃,镜头温度为-4.5℃和46.8℃,均满足热控指标要求.试验结果证实设计的空间摄像机热控系统合理可行.     

多光谱大幅宽光学遥感卫星的热设计及验证

为解决有限热控资源下卫星多个光学遥感载荷及平台单机的热控问题,对该卫星采取主、被动热控相结合的设计方案。首先,根据卫星自身特点、热控需求及轨道外热流确定热设计的总体方案;接着,针对光学载荷和平台重要单机进行详细热设计说明,并利用有限元分析软件计算卫星各组件的温度结果;然后,开展整星热平衡试验,获取试验温度结果判断热设计的正确性;最后,通过对比卫星在轨遥测、热分析及热试验温度数据,验证了该热设计方案的实际效果。在轨遥测数据显示主载荷相机温度控制在19.7~20.3℃之间,光学小载荷温度控制在-31.2~6.6℃之间,舱内单机温度在9.7~29.5℃之间。各温度结果均满足热控指标要求,在轨数据与热分析及热试验结果偏差小于±3℃。表明该光学遥感卫星热设计正确可行,热分析及热试验过程合理可靠。     

三线阵立体测绘相机热控系统的设计

为了保证测绘相机的正常工作和测绘精度,针对测绘相机的特点设计了热控系统,并对该系统进行了热平衡试验验证。首先,对测绘相机所处的热环境进行了分析,对测绘相机窗口的外热流进行了计算。然后,对测绘相机的各个部分进行了热设计;采用被动热控措施控制相机的温度水平,降低测绘相机系统对外部热环境变化的灵敏度;采取主动热控措施进行温差补偿,减小相机的轴向和对径温差。最后,根据测绘相机的热环境和各种工作模式设计了3种极端试验工况,进行了热平衡试验。试验结果表明,在热控系统工作的情况下,测绘相机系统在各种工况下温度波动在(18±2)℃之内,且轴向温差4℃,径向温差0.5℃,测绘基座的温度在(18±3)℃之内。得到的结果能够满足测绘相机系统的需求。     

二氧化碳探测仪的热控系统

根据二氧化碳探测仪所处的空间环境、结构特点和工作模式,采用被动热控和主动热控相结合的方法设计了它的热控系统。首先,介绍了探测仪结构及内热源,同时分析了探测仪的外热流,从而得到了热控任务难点。然后,对探测仪的各个部分进行了热设计,采用被动热控与主动热控相结合的方式进行了热隔离、热疏导和热补偿;根据探测仪所处的空间环境和采取的热控措施利用TMG软件进行了热分析。仿真分析结果表明,光学系统主体框架的温度为13.3~21.7℃,满足了设计要求。最后,通过真空条件下的热平衡试验对热设计进行了试验验证,试验结果显示光学系统主体框架的温度为13.0~20.3℃,试验值与计算值基本一致,满足热控指标要求。得到的数据表明提出的热设计方案合理可行。     

小卫星姿态控制飞轮系统热设计

为了满足小卫星姿态控制飞轮系统热设计的要求,对飞轮系统的热特性进行了分析和试验验证。根据飞轮运行工况,分别对飞轮系统机械损耗和电控损耗进行了理论计算,确定了系统主要热源点的分布情况。然后,依据系统拓扑结构,建立了整机的等效热网络模型;采用有限元法,分别对飞轮相关组件和整机在卫星连续侧摆工况下的热特性进行了分析。最后,研制了实验样机,并对样机进行了热真空试验。在经过8h卫星连续侧摆机动工况下的实验结果表明:当环境温度为45.0℃时,监测点最后平衡温度约为57.8℃,相对于有限元分析结果的53.2℃,误差为8.6%,表明热分析结果与试验结果吻合度较好,可为姿态控制飞轮系统的热设计提供重要参考。     

基于微热板的加热控温集成电路设计

根据实验室中已存在的一款大功率微热板CQ1,提出基于PWM方式控温的电路设计。根据CQ1的热学特性建立电学模型,实现微热板在Cadence软件中的仿真模拟,利用Verilog-A语言来描述微热板,该模型可以直接被Spectre读取和仿真。再基于PWM的方式来实现对微热板的控温电路设计,提出了如何根据功耗和电流的关系来计算最小测试电流的方法,同时对温控电路做了优化和改进。     

一种开放式风冷机箱内部器件温度评估方法

为了简单地估算在高温环境中工作时设备内部的电子器件温度以判断其结构设计是否合理,也为了将复杂的系统要求转化为各个分机或零件的要求,以减少冗余及重复性的设计,文中以开放式风冷机箱为例,提出了一种通过等效热阻模型计算器件温度的方法,并通过Flotherm热仿真软件对其进行了验证。该方法计算简单,可根据系统要求及系统的热阻网络模型提出分机要求,以适应多厂家的协同研发。验证结果表明,该方法可用于器件温度的估算,可以指导热设计。     

光谱成像仪CCD组件热分析及验证

某型光谱成像仪是一台集多光学通道和多探测器于一身的复杂的空间光学遥感器,其光机结构、安装方式和载荷分布均呈非对称形式,整机热控十分复杂。CCD组件作为成像的重要组成部分,同时也是整机热控的难点,其热设计的好坏直接关系到成像的质量。本文着重讨论分析了某型光谱成像仪CCD组件热设计的特点,给出了相应的热设计方案,应用IDEAS-TMG对此组件进行了仿真分析,达到了热控设计的指标要求,最后通过试验对热设计方案进行了验证。     

大功率LED照明灯散热路径温度场及发光效率研究

针对大功率LED照明灯(以下简称LED灯)内、外热传导路径的温度分布进行了热模拟分析,开发出4种大功率LED灯。通过对4种LED灯PN结导出端温度和散热片平均温度、散热结构的散热表面积及光通量的测量,并经由热阻及温度场模拟研究,得出了散热表面积和PN结温度、热阻以及发光效率间的关系。研究结果表明,大功率LED灯的热阻很大程度上取决于外部装置,设计合理的外部散热结构增大散热表面积,可以有效地降低PN结温度和LED灯的热阻,从而提高大功率LED灯的发光效率及使用寿命。     

1470nm大功率半导体激光溶脂仪控制系统设计

为了实现大功率激光溶脂仪安全、稳定的输出,设计了1 470nm大功率半导体激光溶脂的控制系统。对该控制系统所采用的驱动模块、温控模块、主控模块和人机交互模块等进行了研究。首先,采用FPGA实现恒流源的数字控制,功率反馈闭环实现恒功率控制,以提供1 470nm大功率激光器和弱激光红光指示的驱动,单片机负责实现RS232的协议解析。采用数字模拟PID混合控制,根据NTC的反馈对TEC进行驱动实现激光器温度控制。设计了基于ARM Cortex-M3架构的STM32F系列微处理器主控模块和人机交互模块,实现了相关数据的输出显示与存储、触摸屏驱动及响应以及各接口控制。最后,利用MDK平台编写控制软件并对整机控制系统进行联调和测试。实验结果表明:整机输出功率与设置功率的偏差小于2%,安全性能符合国家医用电气安全通用标准的要求。该系统能够满足1 470nm大功率半导体激光溶脂仪的稳定可靠、安全性高、抗干扰能力强等要求。