[发明专利]一种基于密闭伺服腔的激光测风雷达传热方法与装置

说明书

基于密闭伺服腔的激光测风雷达传热方法，激光测风雷达伺服系统内的激光光源与放大器、线性电源、高速采集卡、探测器电路中的发热电子元件工作时的热量采用三重散热结构设计，组合实现散热功能；在发热电子元件的伺服系统壳后壁设有散热器，散热器紧贴壳后壁，且为环绕翅片结构，增大与空气接触面积，增加散热效率，壳后壁制作材料为铝合金；利用均热板与壳后壁(盖)相紧贴，连接将内部各发热源紧贴均热板，将内部热量能及时的通过壳后壁盖传出；服系统壳为一体式的铝合金铸件，铸件腔内所有元器件支架与具有散热结构的后壳一体化成型，发热元器件内嵌其中。

技术领域

本发明涉及一种激光测风雷达的传热方法设计，能够有效地对小密闭腔大功率激光雷达的温度进行传导，使种子光源与放大器等元器件都能够拥有适宜其工作的温度环境。本次设计的传热方法和装置能够满足功率最大150W的激光器和尺寸约为200mm×200mm×58mm和240mm×170mm×40mm的散热需求。使得激光雷达探测距离更远，但是尺寸更小。

背景技术

激光测风雷达是使用激光作为探测介质、相干检测作为鉴频手段、光纤作为各个器件间光通道、以大气中气溶胶粒子或气溶胶粒子为探测目标，遥感大气风场信息的探测系统。激光测风雷达需要进行一维或者二维扫描，以获得指定方向的径向风速或者反演三维风廓线，实施气象监测、航空服务等。

激光雷达本身就针对户外场景进行设计，可能遇到潮湿空气、沙尘、盐雾等情况，因此设计一般需要密闭腔室的设计。

激光测风雷达通常可将种子光源与放大器、线性电源、高速采集卡、探测器、望远镜等集成在一个机箱内，机箱保持固定，望远镜垂直指向天顶方向，镜头上方设计有二维伺服机构，通过镜头旋转实现对天空的扫描，进而反演三维风廓线、机场下滑道迎头风廓线等。

二维伺服机构有两种解决方案，一是采用2个45°反射镜将激光光路进行反射，伺服转动机构使两反射镜分别绕轴转动，进而实现连续扫描、全半球扫描、用户自定义扫描等方式。其中高精度定位控制与面型装调是关键技术。可采用装有精密编码器的交流伺服电机，保证高精度的转台定位精度，同时反馈获取转台的角度信息。另外，一方面采用精密的加工工艺减小传动装置的传动误差，另一方面通过电机控制可对传动误差进行修正，以实现最终的高精度转台定位和控制。为避免内部反射镜和出射窗口内壁上有水凝物，在玻璃上设计有加热装置；为避免出射窗口外有水凝物，设计有吹风装置。这种二维伺服机构设计难度较大，装调要求高，工作一段时间后可能出现精度下降，不利于使用在高速机动、船载等场景使用。

第二种方式是采用市售技术成熟的二维扫描伺服系统，将种子光源与放大器、线性电源、高速采集卡、探测器、望远镜等集成在该扫描伺服系统内，直接驱动望远镜扫描天空。该方式安装要求低，系统集成度极高，稳定性好，伺服系统环境适应性优良，体积小机动性强。但这种方式需要将扫描伺服机构进行密封，以满足光机电元器件使用环境要求。但同时，光机电器件产生的大量热量需要及时传递到伺服系统外壁上，通过与外界大气的热交换进行降温，传热设计是关键技术之一。雷达内部的封装层采用耐高温树脂层或玻璃密封的惰性气体。惰性气体隔绝水汽、浮尘杂质等对光机电器件的影响。

在第二种二维扫描伺服系统中，目前比较普遍用的激光雷达采用的散热方式：

之前短程低功耗的雷达采用是将发射光源、感光元件等元件设置在PCB板上，PCB再接散热部件连接。发射光源、感光元件产生的热量经PCB板，散热部件散发。这种各元件都通过PCB板再向散热部件传导的方式，散热效率低，不能满足大功率、小密闭空间的需求。激光雷达腔内温度高于65℃时，激光器种子源就不能启动工作。

之前未有过这样的大功率小密闭空间的散热需求，而传统的风冷和水冷也不能满足需求：因为腔室为密闭空间，所以不能使用传统的风冷。风扇能够带来帮助内部的气流循环，但是风扇本身的热量也无法散出，会导致密闭腔内温度更高。水冷的话，利用水传导热量，若存在水路破裂，雷达的安全难以保证，可能造成难以挽回的损伤。

发明内容