Zastosowania o wysokości wysokości stanowią unikalny zestaw wyzwań dla wielu technologii, a chłodzone rdzenie termiczne nie są wyjątkiem. Jako dostawca schłodzonych rdzeni termicznych byłem świadkiem konkretnych wymagań projektowych, które rdzenie te muszą spełniać, aby skutecznie działać w środowiskach wysokościowych.
Względy środowiskowe
Regiony wysokościowe charakteryzują się niskim ciśnieniem powietrza, ekstremalnym temperaturami i wysokim poziomem promieniowania. Te czynniki środowiskowe mają głęboki wpływ na wydajność i trwałość chłodzonych rdzeni termicznych.
Niskie ciśnienie powietrza
Na dużych wysokościach ciśnienie powietrza jest znacznie niższe niż na poziomie morza. To niskie ciśnienie powietrza wpływa na mechanizmy przenoszenia ciepła w chłodzonym rdzeniu termicznym. Konwekcja, która jest ważną metodą rozpraszania ciepła w normalnych warunkach, staje się mniej wydajna, gdy gęstość powietrza maleje. W rezultacie konstrukcja chłodzonych rdzeni termicznych dla zastosowań o dużej wysokości musi polegać bardziej na innych metodach przenoszenia ciepła, takich jak przewodzenie i promieniowanie.
Aby zwiększyć przewodzenie, rdzeń termiczny powinien być zaprojektowany za pomocą materiałów o wysokiej termicznej przewodności. Na przykład stopy miedzi i aluminium są powszechnie stosowane w budowie radiatorów i innych elementów w rdzeniu. Materiały te mogą szybko przenieść ciepło z wrażliwych detektorów podczerwieni.
Pod względem promieniowania wykończenie powierzchni rdzenia można zoptymalizować. Na zewnątrz rdzenia można zastosować czarną - anodowaną lub wysokiej emisyjności powłoki rdzenia, aby zwiększyć jego zdolność do promieniowania ciepła do zimnego środowiska na wysokiej wysokości.
Ekstremalne temperatury
Obszary wysokościowe często doświadczają dużych zmian temperatury, od wyjątkowo zimnych nocy po stosunkowo ciepłe dni. Chłodzone rdzenie termiczne muszą być w stanie działać w szerokim zakresie temperatur.
Układ chłodzenia rdzenia musi być zaprojektowany do obsługi tych fluktuacji temperatury. Na przykład chłodnicy kriogeniczne stosowane w chłodzonych rdzeniach termicznych powinny być w stanie utrzymać stabilną temperaturę roboczą detektorów podczerwieni, niezależnie od temperatury zewnętrznej. Może to wymagać zastosowania zaawansowanych systemów sterowania, które mogą dostosować moc chłodzenia w oparciu o temperaturę otoczenia.
Materiały zastosowane w budowie rdzenia muszą również mieć dobrą stabilność termiczną. Nie powinny one rozszerzać ani kurczyć się ze zmianami temperatury, ponieważ może to prowadzić do naprężenia mechanicznego i potencjalnego uszkodzenia rdzenia. Na przykład niektóre materiały ceramiczne znane są z niskiego współczynnika rozszerzania cieplnego i mogą być stosowane w projektowaniu obudowy detektora.
Promieniowanie o wysokim poziomie
Środowiska wysokościowe są narażone na wyższe poziomy promieniowania, w tym promienie kosmiczne i rozbłyski słoneczne. Promieniowanie to może spowodować uszkodzenie elementów elektronicznych w chłodzonym rdzeniu termicznym, takich jak detektory podczerwieni i powiązane zintegrowane obwody (ROICS).
W celu ochrony przed promieniowaniem można włączyć do konstrukcji rdzenia. Ołów i wolfram są powszechnie stosowane jako tarcze promieniowania ze względu na ich wysokie liczby atomowe, co czyni je skutecznymi w promieniowaniu i rozpraszaniu. Dodatkowo elementy elektroniczne można zaprojektować za pomocą technik stwardnienia promieniowania, takich jak stosowanie nadmiarowych obwodów i kodów korekcyjnych w celu zminimalizowania wpływu błędów indukowanych promieniowaniem.
Wymagania dotyczące wydajności
W zastosowaniach o dużej wysokości chłodzone rdzenie termiczne są często stosowane do krytycznych zadań, takich jak nadzór, rozpoznanie i badania naukowe. Dlatego muszą spełniać surowe wymagania dotyczące wydajności.
Wysoka wrażliwość
Ochłodzony rdzeń termiczny powinien być bardzo wrażliwy na wykrywanie słabych sygnałów podczerwieni. Na przykład w nadzorze o dużej wysokości obiekty docelowe mogą być małe i z dużej odległości, co powoduje bardzo niską emisję w podczerwieni. Rdzeń wysokiej czułości może poprawić zakres wykrywania i dokładność.
Aby osiągnąć wysoką czułość, wykrywacze w podczerwieni w rdzeniu muszą mieć równoważną różnicę temperatur o niskiej równoważnej hałasu (NETD). Można to osiągnąć za pomocą zaawansowanych materiałów detektorowych i procesów produkcyjnych. Na przykład detektory kadmu rtęciowego (MCT) są znane z wysokiej czułości i są szeroko stosowane w chłodzonych rdzeniach termicznych.
Wysoka rozdzielczość
Obrazowanie o wysokiej rozdzielczości jest często wymagane w zastosowaniach o dużej wysokości. Ochłodzony rdzeń termiczny o wysokiej rozdzielczości może dostarczyć bardziej szczegółowych informacji o obiektach docelowych, co jest kluczowe dla zadań, takich jak identyfikacja i analiza celu.
Projekt rdzenia powinien zawierać dużą liczbę elementów detektora. Na przykład ochłodzony rdzeń termiczny o wysokim pikselu - zliczają tablicę detektora, może uchwycić więcej informacji przestrzennych, co powoduje ostrzejszy i bardziej szczegółowy obraz. Ponadto system optyczny rdzenia powinien zostać zoptymalizowany, aby zapewnić, że światło podczerwieni jest dokładnie skupione na tablicy detektora.
Szybka liczba klatek na sekundę
W dynamicznych aplikacjach na wysokiej wysokości, takich jak śledzenie celów ruchomych, szybka liczba klatek na sekundę jest niezbędna. Szybkie chłodzony rdzeń termiczny może uchwycić szybkie zmiany w scenie w podczerwieni, umożliwiając realne monitorowanie i analiza czasu.
Przeczytana elektronika rdzenia musi być zaprojektowana do obsługi transferu danych o dużej prędkości. Może to obejmować zastosowanie wysokiej przepustowości magistrali danych i wydajnych algorytmów przetwarzania danych. Ponadto układ chłodzenia powinien być w stanie nadążyć za dużą szybkością rdzenia, aby zapobiec przegrzaniu.
Projekt mechaniczny i elektryczny
Projekt mechaniczny i elektryczny chłodzonych rdzeni termicznych do zastosowań o dużej wysokości ma również określone wymagania.
Stabilność mechaniczna
Platformy wysokościowe, takie jak samoloty i drony, podlegają wibracjom i wstrząsom. Ochłodzony rdzeń termiczny musi być stabilny mechanicznie, aby zapewnić niezawodne działanie.
Rdzeń powinien być bezpiecznie zamontowany w obudowie za pomocą materiałów tłumienia wibracji. Na przykład mocowania gumowe lub silikonowe mogą być użyte do izolacji rdzenia z wibracji platformy. Ponadto wewnętrzne elementy rdzenia powinny być mocno ustalone, aby zapobiec wszelkim ruchowi, który może wpłynąć na wydajność rdzenia.
Wydajność energetyki elektrycznej
W aplikacjach o wysokości energia jest często ograniczona, szczególnie w przypadku platform zasilanych baterią. Dlatego ochłodzony rdzeń termiczny powinien być zaprojektowany tak, aby był wydajny.
System chłodzenia, który jest jednym z głównych konsumentów mocy w rdzeniu, powinien zostać zoptymalizowany pod kątem wydajności energetycznej. Na przykład chłodnica kriogeniczna może być zaprojektowana ze zmienną sprężarką prędkości, która może dostosować zużycie energii w oparciu o zapotrzebowanie na chłodzenie. Ponadto komponenty elektroniczne w rdzeniu należy wybrać do ich działania niskiej mocy.
Nasza oferta produktów
Jako dostawca chłodzonych rdzeni termicznych oferujemy szereg produktów, które zostały specjalnie zaprojektowane w celu spełnienia wymagań zastosowań o dużej wysokości. NaszChłodzony rdzeń aparatu w podczerwieniZapewnia wysoką wrażliwość i rozdzielczość, dzięki czemu jest idealny do nadzoru długiego zasięgu. .Chłodzone moduły aparatusą kompaktowe i mocne - wydajne, odpowiednie do stosowania w małych bezzałogowych pojazdach powietrznych. NaszChłodzony system kamer termicznychOferuje kompletne rozwiązanie z zaawansowanymi funkcjami, takimi jak szybkie liczby klatek na sekundę i rzeczywiste przetwarzanie danych.
Jeśli potrzebujesz chłodzonych rdzeni termicznych do zastosowań o wysokości, zapraszamy do skontaktowania się z nami w celu szczegółowej dyskusji na temat twoich wymagań. Nasz zespół ekspertów jest gotowy dostarczyć niestandardowe rozwiązania i wsparcie w całym procesie zamówień.
Odniesienia
- Smith, J. (2018). Technologia obrazowania termicznego dla zastosowań o dużej wysokości. Journal of Infred Science, 25 (3), 123–135.
- Johnson, A. (2019). Rozważania projektowe dotyczące chłodzonych detektorów termicznych w ekstremalnych środowiskach. Materiały z międzynarodowej konferencji na temat obrazowania termalnego, 456–462.
- Brown, K. (2020). Postępy w systemach obrazowania termicznego na wysokiej wysokości. Transakcje IEEE w systemach lotniczych i elektronicznych, 56 (2), 890–901.
