[发明专利]一种耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种无线传感器节点外壳，更具体说，它涉及一种能够耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，适合作为温室大棚等高温高湿环境中的无线节点使用。

背景技术

随着技术的进步，节点不断向着小型化方向发展，根据摩尔定律，当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。然而伴随着晶体管数目的增多及工作频率的提高，仪器产生的热量也越来越大，而小型化的发展要求集成电路工作在更为狭小的空间，这进一步阻碍了热量的散发。大量积累的热量直接影响到集成电路的可靠性及使用寿命。根据著名的十度法则，从室温算起，温度每升高十度，寿命大致会降低一半，因此，希望集成电路芯片工作温度不高于三十度。

湿度是引起电子元器件失效的另一大原因，潮湿能透过塑料封装从引脚等缝隙侵入元器件内部，产生吸湿现象，还会造成金属接头的氧化，使电子器件出现各式各样的故障。

温室大棚环境下，无线传感器节点分布在各处，面对着高温、高湿环境的考验，大多无线传感器节点都采用封闭技术,这在提高了节点抗干扰能力的同时也使得节点自身处于不利的热环境中，内部聚集的大量热量直接影响了其工作可靠性和使用寿命。

传热有三种基本方式：热传导、热对流、热辐射。热传导是指直接接触的物体各部分能量交换的现象，它一般由物体的高温部分向低温部分传递，或者由一个高温物体向与其接触的低温物体传递，导热可以在固体、液体和气体中发生。热对流是指流体各部分发生相对位移而引起的热量交换，对流方式只能在液体和气体中出现。热辐射是一种由电磁波来传递能量的现象，它是指物体由于自身温度的原因而向外发射可见的和不可见的射线(称电磁波或光子)来传递热的方式，它与热传导和对流方式有着本质上的区别，热传导与热对流传递能量时需要借助某种材料介质，而热辐射的传递却无需材料介质。基于以上三种方式，密封仪器常见散热手段有七种：第一种，自然冷缺，热源通过导热体将热量直接或间接传导到外壳，再通过外壳传导到外界，此种散热方式最简单最经济，但其适用的热负载太小，且在密封条件下基本无自然对流，散热效果很差；第二种，液体冷却，有直接式和间接式两种，直接式液体冷却是将散热部位浸没在冷却液中，有时再配合搅动，加强热交换，此种方式能够提供非常大的传热系数，但存在液体泄漏、腐蚀等问题，间接式液体冷却是靠流动的冷却液带走传导到外壳的热量，由于需要泵等组件，成本高且受到空间限制；第三种，冷板冷却，是将热量传导到冷板上，再由中间的介质将热量带走，与间接式液体冷却方法类似，但介质可以是液体也可以是气体或者固体，此种方式有利于减小设备的体积，且热传导可以精确地估计；第四种，相变冷却，是利用物质由固、液、气三相转变及晶型转变的过程中吸收热量的原理冷却对象的，此种方式可以使得电子器件在一定时间内保持相对稳定的温度，由于相变材料相变潜热较高、体积变化较小、相变熔点宽泛等优点，在间歇式工作的电子器件的温控中得到广泛应用，但也存在着过冷现象、易泄露等劣势；第五种，半导体制冷，利用珀尔贴效应，当有电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象，当半导体制冷器件通过直流电流时，半导体制冷器的一端吸热形成冷端，另一端则放热形成热端，此种方式结构简单、工作环境要求低、可靠性高，但效率较低，需要低电压大电流电源；第六种，热交换器和空调，采用热交换器和空调制冷，仪器内部与外部没有直接空气流动，使得仪器内部与环境完全隔离，此种方法能够提供足够的散热能力，但结构复杂、体积庞大、运行及维护成本极大。第七种，混合散热法，将多种散热方法结合起来，发挥各自的优势。

夏季温室大棚温度最高达到四十度以上，对于温室大棚无线传感器节点，出于体积限制、功耗限制、噪音限制，常规的风扇、热管和水冷散热并不很适用。现有节点外壳散热手段多为自然冷却，把壳体做薄，加快内外热交换，希求保持壳内温度与环境一致。在高温高湿环境下，自然冷却方式散热过程缓慢，效果不大，并且节点即便是间歇性工作，壳体内部温度也会升高。有改进的节点外壳，将节点做成柱形乃至圆形，增大散热面积，或在外壳表面粘贴反光膜，减小节点受热，这些措施虽然在一定程度上有效，但出发点仍是向外散热，这就决定了节点内部温度势必比环境温度高，因此并不适用于高温高湿环境中。

发明内容

本发明目的在于提供一种耐高温高湿环境的无线传感器节点外壳，能够有效降低无线传感器节点内部温度，使得高温高湿环境下节点内部电路工作环境温度不高于在30度，从而提高节点工作稳定性和使用寿命。