在脉动热管热特性测试时对热传感器定位的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种在脉动热管热特性测试时对热传感器定位的方法及系统。本发明专利技术把蒸发段和冷凝段划分为多个区域，对每个区域进行温度检测，之后对所采集的温度数据进行模糊均值聚类，获得多个聚类中心，同时根据每个区域在形状上的特点，在此基础上进行热传感器的定位。本发明专利技术提供的系统包括热源模块、热传感器模块、控制模块、测试处理模块、接口模块等。把被测脉动热管放置在本发明专利技术的二维工作台上，热传感器在电机的驱动下移动到脉动热管的蒸发段和冷凝段的指定位置，通过热传感器获得这些位置的温度，然后传给测试处理模块进行处理。本发明专利技术可以在一定程度上解决传统方法中对脉动热管的热特性测试时的测试误差较大的问题。热管的热特性测试时的测试误差较大的问题。热管的热特性测试时的测试误差较大的问题。

【技术实现步骤摘要】
在脉动热管热特性测试时对热传感器定位的方法及系统


[0001]本专利技术属于对散热设备或换热设备测试的范围，特别涉及一种在脉动热管热特性测试时对热传感器定位的方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，大量的电子设备或电子产品已在人们的生活中广泛使用，例如，手机，台式计算机，笔记本电路，数字电视机等。这些电子设备在运行时一般都会产生一些额外的热量，这些热量是来自于：电子设备在运行时的功率转换过程中有一部分功率是以热量的形式进行散失。特别是近年来随着器件密度的不断增大，导致了电子设备产生的额外的热量越来越多。这些热量会产生较高的热流密度，使得电子设备的温度升高。过高的温度将对电子设备的性能产生影响并可能缩短电子设备的使用寿命。因此，需要研究具有较高效率的换热设备。
[0003]目前，对换热设备的研究主要集中在对换热设备结构性能的优化，以及对传热能力的强化等两个方面。对于换热设备性能的提高这方面，人们对热管进行了深入研究。热管具有结构紧凑，换热效率高，性能稳定等显著特点，它在电子设备和微电子器件等领域的热传递与散热方面具有独特的技术优势。对采用毛细芯结构的这类热管，可以弥补采用分离式和重力式的这类脉动热管需要保证蒸发器和冷凝器具有一定高度差的这个特性，但它自身复杂的毛细结构也带来了一定的加工难度和较高的生产成本。
[0004]对传热能力的强化这方面，目前在微电子散热领域中主要有以下两类：一是喷射换热，是利用向热源表面喷射工作流体的方式来进行高效的散热与降温；二是微通道换热，是采用物理化学方法进行加工或改造换热表面的结构，以增加整体上的换热面积，提高热流场的湍动强度。如上这两类对传热能力的强化方法所需的工艺较复杂，而且对设备的投入费用较大。
[0005]脉动热管(结构如图1所示)的运行无需外部能量的输入，可以有效降低热管系统运行的成本。脉动热管的加工较为容易，加工的难度较低。它主要依靠温差来驱动工质在管内自激励的循环振荡流动，把热量从高温向低温进行传递，具体地，它依靠在蒸发段的热量供给，以及在冷凝段的冷却，形成了稳定地温差，进而由相邻管道间的不平衡压力驱动工质在管内循环振荡流动，并通过工质的相变和温差的影响来实现对热量的高效传递。
[0006]脉动热管的几何结构、换热机理以及工作条件对它的传热特性有一定影响，可以从管径、管型、管长、弯头等几个方面对脉动热管的结构进行优化，并使用不同种类的工质，来提高脉动热管的传热效率。将两种工质或多种工质进行混合，所得到的混合工质可以有效改善工质的物性，使工质在整体上具有较低的表面张力和较高的携热能力，还可以提高脉动热管的启动特性。
[0007]在脉动热管的制造完成之后，在它被实际使用和应用之前，需要对它进行多方面的测试，以确保它符合设计规范的要求。在这些测试中，首要的一项测试是进行热特性测试，即通过对脉动热管的蒸发段和冷凝段的温度进行检测，来确定它的导热系数和热阻。对
蒸发段和冷凝段的温度进行检测，主要的目的是获取蒸发段的平均温度和冷凝段的平均温度，对此的一个关键问题是进行热传感器的精确定位，以获取在蒸发段和冷凝段的温度采集数据。

技术实现思路

[0008]本专利技术的首要目的在于克服现有技术的不足，提供一种在脉动热管热特性测试时对热传感器定位的方法。
[0009]本专利技术的再一目的在于提供一种在脉动热管热特性测试时对热传感器定位的系统。
[0010]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0011]一种在脉动热管热特性测试时对热传感器定位的方法，包括以下步骤：
[0012](1)对被测脉动热管，把它的蒸发段和冷凝段划分为多个区域；
[0013](2)对每个区域进行温度采集；
[0014](3)对采集的温度数据进行模糊均值聚类，得到多个聚类中心；
[0015](4)进行热传感器的定位。
[0016]步骤(1)中所述的划分为多个区域，优选为把蒸发段划分为k2个区域A
i
(i＝1,2,
···
,k2)，把冷凝段划分为k3个区域B
j
(j＝1,2,
···
,k3)；更优选为用形状为正方形(且它的面积固定)的单元对蒸发段进行剖分；进一步优选为，蒸发段的区域个数k2≥10，即需要把蒸发段至少划分为10个区域，冷凝段的区域个数k3≥10，即需要把冷凝段至少划分为10个区域。
[0017]步骤(2)中所述的温度采集，优选为对每一个区域A
i
或B
j
，对该区域选取不同的多个位置进行温度采集。这样反复进行，对蒸发段和冷凝段所有区域的温度都进行采集。
[0018]步骤(3)中所述的采集的温度数据包括两部分：进行温度采样的位置(具体的就是采样点的坐标)和该位置上的温度值。
[0019]步骤(3)中所述的模糊均值聚类优选为算法1，具体步骤优选如下：
[0020]S1、初始化：给定聚类数目E的初值，它的取值范围是1<E≤N，N为样本个数；给定m的初值，m>1；设定迭代终止阈值ε；初始化聚类中心，即从温度数据的数据集中随机选取E个样本点(采样点)作为初始聚类中心，并把它们记为初始化隶属度z
ij
，并把它们记为并把它们记为令t＝0；
[0021]S2、对i＝1,2,
···
,N；j＝1,2,
···
,E，计算隶属度z
ij
的新值：
[0022][0023]S3、对j＝1,2,
···
,E，计算聚类中心v
j
的新值：
[0024][0025]S4、计算||V
(t+1)
‑
V
(t)
||的值，若||V
(t+1)
‑
V
(t)
||≤ε，则转步骤S5，否则令t
←
t+1，转步骤S2；这里
[0026]S5、此时新旧聚类中心之间的距离(范数)的差值小于事先给定的阈值ε，输出当前的隶属度z
ij
和聚类中心v
j
的值，整个算法结束。
[0027]步骤(4)中所述的热传感器的定位的方法如下：步骤(3)得到多个聚类中心(假定为k1个)，在每个聚类中心放置一个热传感器。此处共使用k1个热传感器；其次，本专利技术对蒸发段和冷凝段的每个区域A
i
(i＝1,2,
···
,k2)和B
j
(j＝1,2,
···
,k3)，选取一些位置进行温度采集，并计算这些温度值的平均值；找出与温度平均值最接近的那一次采集所在的位置，在该位置放置一个热传感器；此处共使用k2+k3个热传感器；因此，总共使用的热传感器的总数为k个，k＝k1+k2+k3。
[0028]步骤(4)中所述的热传感器的定位，优选为按如下方式：
[0029]对蒸发段的一个区域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在脉动热管热特性测试时对热传感器定位的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)对被测脉动热管，把它的蒸发段和冷凝段划分为多个区域；(2)对每个区域进行温度采集；(3)对采集的温度数据进行模糊均值聚类，得到多个聚类中心；(4)进行热传感器的定位。2.根据权利要求1所述的在脉动热管热特性测试时对热传感器定位的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的划分为多个区域是把蒸发段划分为k2个区域A
i
(i＝1,2,
···
,k2)，把冷凝段划分为k3个区域B
j
(j＝1,2,
···
,k3)；步骤(2)中所述的温度采集是对每一个区域A
i
或B
j
，对该区域选取不同的多个位置进行温度采集；这样反复进行，对蒸发段和冷凝段所有区域的温度都进行采集；步骤(3)中所述的采集的温度数据包括两部分：进行温度采样的位置和该位置上的温度值；步骤(4)中所述的热传感器的定位的方法如下：步骤(3)得到多个聚类中心，假定为k1个，在每个聚类中心放置一个热传感器；此处共使用k1个热传感器；对蒸发段和冷凝段的每个区域A
i
(i＝1,2,
···
,k2)和B
j
(j＝1,2,
···
,k3)，选取一些位置进行温度采集，并计算这些温度值的平均值；找出与温度平均值最接近的那一次采集所在的位置，在该位置放置一个热传感器，此处共使用k2+k3个热传感器；总共使用的热传感器的总数为k个，k＝k1+k2+k3。3.根据权利要求2所述的在脉动热管热特性测试时对热传感器定位的方法，其特征在于：所述的模糊均值聚类的步骤如下：S1、初始化：给定聚类数目E的初值，它的取值范围是1<E≤N，N为样本个数；给定m的初值，m>1；设定迭代终止阈值ε；初始化聚类中心，即从温度数据的数据集中随机选取E个样本点(采样点)作为初始聚类中心，并把它们记为(j＝1,2,
···
,E)；初始化隶属度z
ij
，并把它们记为(i＝1,2,
···
,N；j＝1,2,
···
,E)，令t＝0；S2、对i＝1,2,
···
,N；j＝1,2,
···
,E，计算隶属度z
ij
的新值：S3、对j＝1,2,
···
,E，计算聚类中心v
j
的新值：S4、计算||V
(t+1)
‑
V
(t)
||的值，若||V
(t+1)
‑
V
(t)
||≤ε，则转步骤S5，否则令t
←
t+1，转步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘中良，陈倩，李炜，陈翎，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：