智能交通高清摄像机工作热稳定性改善研究

摘要

作为智能交通系统的输入环节，交通摄像机在准时高效的综合交通管理体系中发挥着十分重要的作用。然而，伴随着交通摄像机智能化、数字化等发展趋势，其电路系统的热流密度和发热量日益升高。在实际应用中，如果散热不良导致核心芯片温度过高，易引发丢包、误码以及重启等一系列热故障问题。因此，交通摄像机热设计和热稳定性研究越来越受到业内工程师的广泛重视。目前，在产品研发过程中，基于计算流体力学（CFD）的热仿真技术和传统实验技术相结合已成为优化产品热设计方案以及缩短产品研发周期的重要途径。
　　本文利用红外热像测温技术，对某新型智能交通摄像机进行了实验测试。在图像采集模式下获取了摄像机散热系统和电路系统的红外热图像；利用Ansys-Icepak热流仿真平台对摄像机进行了系统级和板件级热分析，结合实验结果验证了仿真模型的合理性；在此基础上，分析了环境温度变化对摄像机热负荷状况的影响规律，其结果表明，摄像机工作热负荷较为繁重，其辅助散热系统散热结构不足以保证摄像机的稳定可靠运行。
　　本文基于常规设计经验，对摄像机电路系统布局提出了一种优化方案，并通过Ansys-Icepak热仿真研究其合理性。结果发现：芯片布局改进后能有效降低核心元件工作热负荷，缓解电路板热应力集中现象。为克服原机实验芯片功耗不宜调整的限制，针对摄像机核心元件DSP（数字信号处理器）和FPGA（可编程门阵列）芯片构建了模拟芯片试验台架。实验结果发现：芯片功率对其表面温度有显著影响，功率越高，芯片温度呈近似线性增长，同时散热器瞬时储热能力有所减弱。
　　最后，对摄像机散热系统构建了热阻分析的数学模型，讨论了热界面材料、空隙厚度、散热器材料以及对流方式对散热系统总热阻的影响，在此基础上，对摄像机辅助散热系统结构提出了多目标综合优化的设计方案。

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主要符号说明表

第一章 绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究任务及目的

第二章 智能高清交通数字摄像机热分析理论方法

2.1智能高清交通数字摄像机简介

2.2电子产品热分析主要内容

2.3数值模拟基本理论

2.4 本章小结

第三章 智能交通高清数字摄像机整机热分析

3.1智能高清交通数字摄像红外测试

3.2基于ICEPAK的电路板级热分析

3.3基于ICEPAK的系统级热分析

3.4本章小结

第四章 摄像机辅助散热系统性能实验研究及数值模拟

4.1肋片式散热器简介及性能评价指标

4.2散热系统台架试验

4.3散热系统接触热阻的确定

4.4本章小结

第五章 摄像机辅助散热系统热阻优化设计

5.1接触热阻对散热系统性能的影响

5.2扩散热阻对散热系统性能的影响

5.3对流换热热阻对散热系统性能的影响

5.4本章小结

总结与展望

全文工作总结

后续研究工作展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢