專利名稱：有助于cots電子器件在嚴(yán)酷環(huán)境中使用的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來安裝電子元器件的裝置，更具體地說涉及這樣的裝置，該裝置能夠控制環(huán)境，包括溫度，撞擊和振動(dòng)，環(huán)境污染物和/或輻射，以便允許批量生產(chǎn)現(xiàn)貨供應(yīng)的(COTS)電子器件在并非為這樣的電子器件的設(shè)計(jì)的嚴(yán)酷的環(huán)境中被利用。
本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)在各種不同的應(yīng)用(包括軍事、空間、商業(yè)和娛樂的應(yīng)用)中，需要在嚴(yán)酷的和有害的環(huán)境中操作，其中環(huán)境溫度可能從(例如)-54℃變化到+71℃，環(huán)境壓力可能從接近真空條件(例如，在空間應(yīng)用中)變化到適合水下應(yīng)用的30磅/平方英寸(即兩個(gè)大氣壓)，供備選元器件使用的運(yùn)載工具或其它容器可能經(jīng)歷嚴(yán)重的撞擊和振動(dòng)，環(huán)境可能包含諸如鹽和各種不同的環(huán)境污染物質(zhì)之類的環(huán)境污染物，而且環(huán)境還可能包括各種不同類型的電磁輻射。這樣的應(yīng)用包括軍用飛機(jī)(包括固定機(jī)翼飛機(jī)和直升飛機(jī))、商用飛機(jī)、太空運(yùn)載工具、軍用和商用船只、各種軍用和商用的地面運(yùn)載工具、臨時(shí)隱蔽所、碼頭、海上平臺(tái)、各種無人的遙控監(jiān)聽站等等。由于COTS電子器件通常是為了在+10℃和+40℃之間的辦公室環(huán)境中操作而設(shè)計(jì)的，所以迄今為止只有當(dāng)電子器件是專門為這樣的應(yīng)用設(shè)計(jì)的或者被單獨(dú)包裝或用為這樣的應(yīng)用設(shè)計(jì)的小型功能單元來包裝的時(shí)候才有可能在這樣的環(huán)境中操作電子器件。因?yàn)閷ｉT為這樣的應(yīng)用設(shè)計(jì)的元器件的成本高，為數(shù)極少的市售元器件能夠在這樣的環(huán)境中操作，而且這樣的元器件通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于當(dāng)前的技術(shù)狀態(tài)。環(huán)境包裝的元器件(或元器件的小群體)也可能是昂貴的并且通常可能導(dǎo)致一種既笨重又昂貴的終產(chǎn)品。這樣的包裝也可能有重要的電力需求。成本由于往往必須為每個(gè)待包裝的單元專門設(shè)計(jì)包裝或盒子這一事實(shí)而進(jìn)一步增加。
因此，需要有一種允許COTS電子器件(包括最新的高性能的COTS電子器件)在上述的各種有害的環(huán)境中使用而不需要定制元器件本身或用于該元器件或使用它的單元的定制包裝并因此允許這樣的元器件以比現(xiàn)有的環(huán)境包裝技術(shù)更低的成本、更少的附加尺寸和重量和更大的靈活性被用在有害的環(huán)境中的包裝技術(shù)。在成本、尺寸和重量方面的進(jìn)一步的減少還可能通過利用對(duì)某些應(yīng)用放寬的環(huán)境規(guī)范而得以實(shí)現(xiàn)。例如，在用于該應(yīng)用的唯一的環(huán)境是低溫環(huán)境的場(chǎng)合，在-54℃到+40℃的范圍內(nèi)操作可能是適當(dāng)?shù)?，而并非需要達(dá)到+71℃的操作。
本發(fā)明的概述按照前面的描述，本發(fā)明提供允許批量生產(chǎn)現(xiàn)貨供應(yīng)的(COTS)電子器件在非適合COTS電子器件設(shè)計(jì)的嚴(yán)酷環(huán)境中被利用的裝置，該裝置包括環(huán)境密封艙室；在所述的艙室中用于夾持COTS電子器件的支架；艙室內(nèi)的溫度傳感器；所述艙室中的環(huán)境控制單元(ECU)，所述的ECU包括操作時(shí)冷卻上面流過的流體的冷卻器、操作時(shí)給在它上面流過的流體加熱的加熱器、至少部份地作為對(duì)所述的溫度傳感器的反應(yīng)用來有選擇地操作所述的冷卻器和所述的加熱器的操作控制器、以及用來使流體在所述的艙室中通過所述的支架和所述的ECU循環(huán)起來的機(jī)構(gòu)，當(dāng)流體通過ECU循環(huán)起來的時(shí)候，流體的溫度得到適當(dāng)?shù)目刂啤＠鋮s器優(yōu)選是壓縮機(jī)，艙室包括與艙室的其余部分密封隔離的通道，通過該通道外圍流體(通常是空氣、水、或兩相的冷凍劑)循環(huán)起來以便冷卻壓縮機(jī)。這種通道的墻壁可以是由耐腐蝕的材料制成的，它是可能整個(gè)艙室的墻壁。該裝置可能包括至少在壓縮機(jī)工作時(shí)使空氣通過所述通道循環(huán)起來的機(jī)構(gòu)，當(dāng)加熱器工作時(shí)或者當(dāng)加熱器和壓縮機(jī)都不工作時(shí)該機(jī)構(gòu)可能但不需要被關(guān)掉。當(dāng)加熱器工作時(shí)為了減少熱損失通道也可能被關(guān)閉。
艙室的墻壁優(yōu)選是絕熱的；ECU和/或支架也可以是絕熱的。裝置可能還包括用來抑制COTS電子器件振動(dòng)和/或撞擊的機(jī)構(gòu)。例如，適配板可能是為安裝艙室準(zhǔn)備的，而振動(dòng)抑制機(jī)構(gòu)可能包括在適配板和艙室之間的減震架。作為替代，振動(dòng)抑制機(jī)構(gòu)除了或取代艙室外部的減震架還可能包括在支架和艙室之間的減震架。艙室在撞擊脈沖期間(例如，在機(jī)載應(yīng)用中的墜毀期間所遇到的)必須保持結(jié)構(gòu)的完整性，以保證全體人員的安全。
艙室還可能有通過它提供出入艙室的通路的可移去的面板，當(dāng)裝置正在使用的時(shí)候，所述的面板附著在艙室的其余部分上并且將它們密封。這種密封優(yōu)選是環(huán)境密封和電磁密封兩者。
在艙室中循環(huán)的流體是諸如空氣之類的氣體。一種機(jī)構(gòu)可能是為從艙室中除去潮氣準(zhǔn)備的，就許多實(shí)施方案而言該機(jī)構(gòu)是在啟動(dòng)時(shí)或在系統(tǒng)脫機(jī)時(shí)的其它時(shí)間工作的。作為替代，為了徹底除去艙室中的潮氣，可以利用諸如干燥的氮?dú)庵惖母稍锏臍怏w作為再循環(huán)氣體。
該裝置也可能是為了在易爆環(huán)境中工作而被密封的，這通常涉及密封艙室中有可能產(chǎn)生火花的每個(gè)要素，例如開關(guān)。艙室的溫度傳感器可能包括至少一個(gè)ON/OFF開關(guān)并且優(yōu)選包括用來控制冷卻器的第一ON/OFF開關(guān)和用來控制加熱器的第二ON/OFF開關(guān)。例如，ON/OFF開關(guān)可能是雙金屬片開關(guān)。此外，當(dāng)冷卻器利用通過管道系統(tǒng)流動(dòng)的流體制冷劑的時(shí)候，為了避免制冷劑泄露到艙室之中，這樣的管道系統(tǒng)可能密封的，尤其是在其接頭部分。
為了抑制電磁輻射在任何方向上穿越艙室，密封艙室還可能被屏蔽和/或密封，而且在ECU和/或電子器件上還可能包括RFI過濾器。ECU控制器也可能是為了減少功耗和/或聲頻噪音而工作的。對(duì)于優(yōu)選的實(shí)施方案，支架是適合夾持眾多COTS電路板的機(jī)架。
本發(fā)明的上述和其它的目的、特征和優(yōu)勢(shì)從下面用附圖予以圖解說明的優(yōu)選實(shí)施方案的更詳細(xì)的描述將變得尤為明顯。
附圖簡(jiǎn)要說明

圖1是就本發(fā)明的說明性的實(shí)施方案而言用于COTS電子元器件的艙室的正面透視圖。
圖2是圖1所示的艙室的正面透視圖，其中為了把艙室的內(nèi)部暴露出來前門被拆除。
圖3是圖1所示艙室的背面的透視圖。
圖4是艙室的半示意的正面透視圖，它圖解說明經(jīng)過空調(diào)的氣流在艙室內(nèi)的流動(dòng)路徑。
圖5是圖1所示艙室的半示意的正面透視圖，它圖解說明用于外部的氣流路徑。
圖6A和6B分別是適合在圖1所示的艙室中使用的環(huán)境控制單元(ECU)的正視圖和側(cè)視圖。
相同的參考數(shù)字在不同的附圖中被用于共同的要素。
本發(fā)明的詳細(xì)說明圖1-3圖解說明適合在實(shí)踐本發(fā)明的教導(dǎo)時(shí)使用的艙室10。該艙室有作為用于優(yōu)選實(shí)施方案的整體結(jié)構(gòu)形成的兩個(gè)側(cè)壁、一個(gè)頂部和一個(gè)底部。如果側(cè)壁、頂部和底部不是整體結(jié)構(gòu)，這些墻壁將如同下面討論的那樣需要以適當(dāng)?shù)姆绞竭B接和密封。前面板12是可移去的，在圖1中展示了它的安裝位置和它的拆除位置。面板12被拆除時(shí)提供通往艙室10的通路。適當(dāng)?shù)闹箘?dòng)銷13(例如十二個(gè)止動(dòng)銷)是為了在安裝時(shí)把面板12固定到艙室上提供的。螺釘或螺栓也可以用來完成這個(gè)動(dòng)作。面板12還可能是一扇裝上鉸鏈的門而不是可完全拆除的。對(duì)于一些實(shí)施方案，后面板14也可以是裝上鉸鏈的或可移去的。就這個(gè)說明性的實(shí)施方案而言，艙室10還有一個(gè)安裝在其右側(cè)的I/O面板16，通過該面板可以完成對(duì)艙室和任何安裝在其中的批量生產(chǎn)現(xiàn)貨供應(yīng)的(COTS)元器件的電氣的、液壓的和氣動(dòng)的、制冷的或其它的連接。面板16上的接插件18在安裝了帽和鏈路的情況下暴露出來的時(shí)候和在有接插件附著在它上面的時(shí)候提供環(huán)境密封。面板16被以某種方式安裝到艙室10上以便用艙室提供環(huán)境密封，以致潮氣、環(huán)境污染物等不能通過面板16進(jìn)入艙室10，而且熱泄露不通過這個(gè)面板發(fā)生。環(huán)境密封還優(yōu)選在面板16和艙室10之間延伸的任何金屬絲和電線之間提供以進(jìn)一步保護(hù)艙室中的COTS電子器件。作為替代，電氣連接可以在艙室的墻壁在相應(yīng)的區(qū)域中透明的情況下通過光學(xué)方法、通過電感、通過電容或者通過一些不需要在艙室的墻壁上開孔的其它方法穿過艙室10的墻壁得以完成。使用電感性的或電容性的耦合可以避免艙室10被完全電磁屏蔽；然而，這個(gè)問題可以通過在不干擾電信號(hào)進(jìn)入艙室的電感性的或電容性的耦合的情況下在面板16的墻壁上提供屏蔽而得以解決。
參照?qǐng)D2，人們可以看到艙室10有安裝在其中的環(huán)境控制單元(ECU)20和眾多可以在它上面安裝電路板或其它適當(dāng)?shù)碾娮釉骷臋C(jī)架22。眾多電源24也可以安裝在機(jī)架上或其附近，該電源可以是為了由可以在準(zhǔn)備使用艙室的運(yùn)載工具或其它部位上得到的任何電源操作而設(shè)計(jì)的。電源可能這樣將轉(zhuǎn)換電池的電力、發(fā)電機(jī)的電力、來自AC或DC線的電力或其它可用的電力轉(zhuǎn)換成適合COTS電子器件的電壓/電流。盡管用于ECU的控制通常是與之集成的，但是被展示安裝在電源之下的非必選的遙控單元25有時(shí)可能是必需的。電源24和控制單元25的位置可能隨著應(yīng)用不同而有所改變，而且其中之一或兩者在某些應(yīng)用中可能是不需要的。
如同在圖4中可以看到的那樣以及在后面將更詳細(xì)地討論的那樣，ECU20有風(fēng)扇或其它適當(dāng)?shù)牧悴考姑芊庠谌萜髦械牧黧w通過可以控制其溫度的ECU，從ECU的頂端流出，經(jīng)過控制COTS元器件溫度的機(jī)架22，然后經(jīng)過與電源24和控制單元25的位置相對(duì)的ECU側(cè)面返回。換句話說，也可以使返回的流體在電源和/或控制單元上流動(dòng)以促進(jìn)它們的冷卻。依據(jù)環(huán)境溫度，ECU20可能僅僅為了除去(例如)安裝在機(jī)架22中的電路板上的COTS元器件所產(chǎn)生的熱量才使流體循環(huán)起來，或者可能是為了有助于在更寬的環(huán)境條件范圍上的操作而加熱或冷卻流經(jīng)它的流體的。
雖然裝在艙室10中的流體通常是空氣，但是，在某些應(yīng)用中不同的氣體或其它流體可能是為了實(shí)現(xiàn)更好的熱轉(zhuǎn)移或其它目的而被密封在艙室中。例如，諸如干燥的氮?dú)庵惖母稍餁怏w可能是為了消除可能引起安裝在其中的元器件短路和/或污染的潮氣或凝聚在艙室中出現(xiàn)的可能性而作為循環(huán)流體被用在艙室10中的。諸如氦氣之類的惰性氣體在某些應(yīng)用中也可能是優(yōu)選的，在一些應(yīng)用中絕緣流體(例如兩相霧化流體，例如，它可能是在空氣中的小水滴)可能被優(yōu)先采用。然而，就大多數(shù)應(yīng)用而言，如同在圖4中展示的那樣循環(huán)的流體將是空氣。
此外，參照?qǐng)D3和圖5，人們可以看到當(dāng)ECU20的冷卻機(jī)構(gòu)是壓縮機(jī)或其它需要從它那里除去熱量的機(jī)構(gòu)的時(shí)候，外界空氣(或其它的外界流體)可以通過有出口32和入口34的通道30循環(huán)起來(圖3)。通道30與艙室10的內(nèi)部完全隔離，以致流經(jīng)通道30的外部空氣決不與艙室中的流體混合或者污染它。通道30可以是用耐鹽或其它環(huán)境污染物的材料制成的或者被涂上一層這樣的材料，而且艙室10所有的暴露表面(包括面板12和14)可以是用同樣的材料制成的或者被涂上一層這樣的材料。這允許艙室10在沒有重大的表面損害，尤其是不損害結(jié)構(gòu)完整性的情況下被長期用在惡劣的和受污染的環(huán)境(包括海上環(huán)境)中。
雖然這項(xiàng)發(fā)明的艙室的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它比實(shí)現(xiàn)類似的功能的現(xiàn)有技術(shù)的艙室輕得多，但是該艙室通常仍然比較龐大和笨重，就示范實(shí)施方案而言，高度超過40英寸，寬度在沒有I/O面板16時(shí)超過26英寸(有I/O面板時(shí)接近30英寸)，深度大約為19英寸。就這個(gè)示范實(shí)施方案而言，艙室的重量在大約110磅到大約400磅的范圍內(nèi)，這大約是不包括這項(xiàng)發(fā)明的任何功能性優(yōu)勢(shì)的可比較的現(xiàn)有技術(shù)的艙室的重量的一半到三分之二。鑒于艙室的尺寸和重量，在艙室的頂部提供四個(gè)小孔38，并且在附著于艙室底部的適配底座中提供狹槽40，以允許電纜附著到艙室上或允許用適當(dāng)?shù)溺P車的叉齒舉起艙室。為了有助于艙室的升高和/或其它運(yùn)動(dòng)，還可以提供其它技術(shù)上已知的適當(dāng)?shù)姆椒ǎ绨榱擞兄谂撌业囊苿?dòng)在艙室的底部提供可鎖定的輪子或腳輪。
門或面板12有安裝在其內(nèi)側(cè)的密封墊42，該密封墊與艙室其余部分的配合壁面合作形成環(huán)境和電磁的雙重密封。如果后面板14也是可移去的，或者頂部、底部和側(cè)壁不是整體結(jié)構(gòu)，則將提供類似的密封墊。作為替代，技術(shù)上已知的其它的適當(dāng)?shù)姆椒梢员挥脕碓诿總€(gè)可移去的面板和艙室的其余部分之間至少形成環(huán)境密封，而且優(yōu)選形成環(huán)境和電磁場(chǎng)(EMF)雙重密封。準(zhǔn)備在水下使用艙室的場(chǎng)合，密封件也將需要是防水的，而且艙室的其它區(qū)域(包括面板16和接插件18)可能也需要是防水的。
艙室10所有的墻壁包括可移去的面板12和面板14(如果也是可移去的)的墻壁都包含絕熱層44而且優(yōu)選還包含EMF屏蔽材料，以防止來自機(jī)架22上的COTS元器件的任何電磁輻射干擾在運(yùn)載工具或艙室10所處的其它位置上的其它元器件以及防止任何環(huán)境EMF輻射(例如由船只、飛機(jī)或其它運(yùn)載工具上的其它元器件引起的)干擾COTS元器件的操作。例如，RFI(射頻干擾)可以被濾除，以便在飛機(jī)環(huán)境中保護(hù)機(jī)載的關(guān)鍵元器件。也可能包裹著ECU和/或機(jī)架22的絕熱層將減少ECU上的熱負(fù)荷。
圖6A和圖6B是通常適合在圖1-5所示的艙室10中作為ECU20使用的示范ECU20的兩張視圖，雖然它略微不同于在這些較早的附圖中展示的ECU的示意表達(dá)。具體地說，艙室里面的空氣借助一對(duì)把空氣吸入ECU并且使它在蒸發(fā)器盤管52和加熱器盤管54上連續(xù)流動(dòng)的風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)50循環(huán)起來。通常，這兩個(gè)盤管當(dāng)中只有一個(gè)是在任何給定的時(shí)刻工作的，如果盤管52是工作的，則流經(jīng)ECU的空氣被冷卻的，如果盤管54是工作的，則流經(jīng)ECU的空氣被加熱。只要流經(jīng)ECU的空氣的溫度如同用溫度傳感器56檢測(cè)到的那樣實(shí)質(zhì)上在COTS電子的正常操作范圍之內(nèi)，即在+10℃和+40℃之間，盤管52和盤管54兩者都不需要工作，而且可以依賴再循環(huán)空氣本身控制電子器件本身所產(chǎn)生的而不是來自環(huán)境因素的熱量。溫度傳感器56位于空氣路徑中，以便檢測(cè)返回ECU的空氣的溫度，來自傳感器的輸出被應(yīng)用于供ECU使用的控制，例如，該控制可以作為ECU控制25的一部分被包括在內(nèi)?？諝庠谡舭l(fā)器盤管和加熱器盤管上流過之后進(jìn)入艙室10并且遵循在圖4中展示的路徑，以便將來自機(jī)架中的元器件熱量移開和維持艙室中預(yù)期的環(huán)境溫度在COTS電子器件的正常操作范圍之內(nèi)，不管艙室所處環(huán)境的環(huán)境溫度。具體地說，對(duì)于示范實(shí)施方案，由蒸發(fā)器盤管52提供的冷卻將允許工作到大約71℃的溫度。對(duì)于示范實(shí)施方案，盤管52的加熱將允許工作到-54℃的溫度。對(duì)于這個(gè)示范實(shí)施方案，溫度傳感器56被分為第一ON/OFF溫度傳感器開關(guān)56A，例如雙金屬的開關(guān)，當(dāng)溫度上升到某個(gè)預(yù)定的門限值(例如30℃或35℃)以上時(shí)該開關(guān)被調(diào)整到閉合，以保證COTS元器件處的溫度不超過為它們?cè)O(shè)計(jì)的40℃。類似地，如果溫度下降到預(yù)定的門限值(例如15℃到20℃)以下，雙金屬的開關(guān)56B關(guān)閉，以便激活加熱器盤管54，使艙室中的溫度不下降到為COTS電子器件設(shè)計(jì)的最低工作溫度(+10℃)以下。例如，當(dāng)在傳感器56經(jīng)過的空氣的溫度在15℃和35℃之間的時(shí)候，兩個(gè)開關(guān)都不被關(guān)閉，從而導(dǎo)致當(dāng)空氣通過ECU20的時(shí)候其溫度實(shí)質(zhì)上沒有改變。
ECU還有作為冷卻機(jī)構(gòu)的部件并且作為在冷卻操作期間可能被加熱的部件的冷凝器5 8和壓縮機(jī)60。提供四個(gè)鼓風(fēng)機(jī)62，它們通過空氣入口34吸入外部的空氣(或其它流體)并且在壓縮機(jī)60和蒸發(fā)器58上輸送空氣，以便在空氣通過空氣出口32離開之前吸收這些元器件釋放的熱量。外部空氣從中流過的通道與艙室內(nèi)部的氣流路徑被墻壁64隔離。如同先前討論的那樣，外部空氣從中流過的通道30的墻壁可能是用將腐蝕損害減少到最小的材料制成的或者被涂上一層這樣的材料。
通過設(shè)計(jì)艙室10可能處理的另一個(gè)潛在的問題是它的工作環(huán)境可能是易爆的。由于在這樣的環(huán)境中電氣元件所產(chǎn)生的任何火花都可能引起爆炸，所以在艙室10中所有可能產(chǎn)生火花的元器件(包括繼電器、開關(guān)、鼓風(fēng)機(jī)馬達(dá)等)都被密封。類似地，在圖6A、6B中展示的壓縮機(jī)冷卻器是通過使來自壓縮機(jī)60的冷制冷氣體通過蒸發(fā)器52到凝結(jié)器5 8然后返回到壓縮機(jī)60按照標(biāo)準(zhǔn)的閉循環(huán)路徑循環(huán)起來操作的。由于這條制冷劑流動(dòng)路徑的大部分經(jīng)過艙室，或者在艙室中至少經(jīng)過ECU部分，所以存在艙室內(nèi)的環(huán)境受泄露的制冷劑污染的危險(xiǎn)。為了解決這個(gè)問題，制冷劑的流動(dòng)路徑可以是密封的，尤其是這條路徑所有的結(jié)合點(diǎn)都可以被這樣密封。
ECU控制為了使功率的使用和來自ECU20的噪聲兩者都減少到最小可以做幾件事，因此減少裝置放在它在其中定位的運(yùn)載工具或其它環(huán)境上的電力負(fù)荷。首先，風(fēng)扇62僅僅在開關(guān)56A閉合引起系統(tǒng)按冷卻模式工作時(shí)才需要被操作。其次，正常操作范圍足夠?qū)挘灾聦?duì)于相當(dāng)寬的環(huán)境溫度范圍既不需要加熱也不需要冷卻。艙室良好的絕熱增大不需要在艙室內(nèi)主動(dòng)加熱/冷卻的外界溫度范圍。第三，當(dāng)溫度開關(guān)檢測(cè)到溫度下降到例如20℃的時(shí)候，空氣循環(huán)風(fēng)扇50之一可能被關(guān)掉以減少空氣流，從而允許用電子電路給空氣更多的加熱。切斷兩個(gè)風(fēng)扇50是不符合要求的，因?yàn)橐恍┛諝庠谂撌抑醒h(huán)是符合要求的。為了進(jìn)一步減少這項(xiàng)發(fā)明的裝置(尤其是它的ECU)使用的能量，更復(fù)雜的控制算法也可能被實(shí)現(xiàn)。
此外，盡管如同先前指出的那樣為了消除潛在的潮氣問題干燥氣體可能被用在艙室10中，但是，在大多數(shù)應(yīng)用中，可能優(yōu)選的是通過使用技術(shù)上已知的適當(dāng)?shù)募夹g(shù)(例如，用泵、毛細(xì)管作用、重力流、蒸發(fā)加熱器或類似的東西)把來自被密封在艙室中的空氣的潮氣從蒸發(fā)器移動(dòng)到凝結(jié)器在排出的外界空氣中排放來消除任何潮氣問題。這樣清除潮氣可能僅僅在艙室最初被密封或者在艙室為了某種理由被打開之后被再次密封的時(shí)候被完成，可能每逢系統(tǒng)被重新啟動(dòng)時(shí)完成，或者按周期性的間隔被完成。
打算用艙室10處理的最后一個(gè)問題是振動(dòng)和撞擊。處理這個(gè)問題的一條途徑是把艙室10安裝在適配板70上，后者在運(yùn)載工具或準(zhǔn)備使用艙室的位置中可以被依次固定到適當(dāng)?shù)闹Ъ苌稀?biāo)準(zhǔn)的減震架72可以被置于艙室10和安裝板70之間，以便減少或消除振動(dòng)。這樣的減震架可以是彈簧、減震彈性墊片或其它技術(shù)上已知的減震架。減震支架還可以作為先前提到的支架72的補(bǔ)充或取代它被用在機(jī)架22和艙室10之間。其它用來減少對(duì)機(jī)架22和/或安裝在其中的COTS元器件的撞擊和振動(dòng)的技術(shù)也可以被使用。
艙室還應(yīng)該是為了在(例如，在飛機(jī)或其它運(yùn)載工具墜毀期間所遇到的)撞擊脈沖期間維持結(jié)構(gòu)的完整性以保證全體成員的安全和/或其它目的而設(shè)計(jì)的，取決于應(yīng)用。適配板70也被提供，以便考慮到在不需要修改艙室本身的情況下把艙室安裝到適合多種應(yīng)用的各種位置上。
盡管圖解說明的實(shí)施方案展示同一尺寸的多重支架，但是各種不同的商業(yè)技術(shù)和形式因素可以按各種各樣的組合被安裝。電源的多樣性使冗余能夠用于提高可信度和故障容限。此外，電源的多樣性還為了電磁兼容性和安全理由(例如，紅/黑的溝通)使各種電子器件的隔離成為可能。
至此，已提供了一種允許標(biāo)準(zhǔn)的COTS元器件在并非為這樣的元器件設(shè)計(jì)的環(huán)境中使用的裝置，包括比為元器件設(shè)計(jì)的工作范圍大得多的溫度范圍、更大的壓力范圍，包括不同高度的高空作業(yè)、在包含含鹽霧和其它潛在污染物的環(huán)境、元器件將暴露在振動(dòng)和撞擊(包括撞擊脈沖)之下的環(huán)境、易爆環(huán)境和包含EMF輻射的環(huán)境中作業(yè)。雖然就示范實(shí)施方案而言已將風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)50、62用于在艙室內(nèi)外移動(dòng)空氣，但是其它適當(dāng)?shù)牧悴考驒C(jī)構(gòu)(包括泵、噴霧器和其它技術(shù)上已知的機(jī)構(gòu))可以被用來完成這兩項(xiàng)功能。鼓風(fēng)機(jī)或其它通風(fēng)機(jī)的安排也可能因溫度傳感器56的安排隨著應(yīng)用不同而改變。多樣的溫度傳感器和/或其它傳感器機(jī)構(gòu)可能在一些應(yīng)用中被利用。另外，盡管在ECU中專用的冷卻器和加熱器機(jī)構(gòu)針對(duì)示范實(shí)施方案已討論過，但是其它的加熱和冷卻機(jī)構(gòu)(例如，熱電元件或兩相蒸發(fā)冷卻)在某些應(yīng)用中可能被取代。因此，盡管前面已就優(yōu)選的實(shí)施方案揭示了本發(fā)明，而且已提到關(guān)于這樣的優(yōu)選實(shí)施方案的許多變化，但是人們應(yīng)該理解這樣的描述僅僅是為了舉例說明的目的，而且在形式和細(xì)節(jié)方面上述的和其它的改變可以在仍然保持在權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的同時(shí)由熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人在這樣的實(shí)施方案中完成。
權(quán)利要求
1.一種允許批量生產(chǎn)現(xiàn)貨供應(yīng)的(COTS)電子器件在并非屬于COTS電子器件設(shè)計(jì)條件的嚴(yán)酷環(huán)境中被利用的裝置，該裝置包括環(huán)境密封艙室；在所述艙室中用來支撐所述COTS電子器件的支架；在所述艙室之內(nèi)的溫度傳感器；在所述的艙室中的環(huán)境控制單元(ECU)，所述的ECU包括操作時(shí)冷卻在它上面流過的流體的冷卻器、操作時(shí)給在它上面流過的流體加熱的加熱器和至少部份地作為對(duì)所述的溫度傳感器的響應(yīng)用來有選擇地操作所述的冷卻器和所述的加熱器的控制；以及用來使所述艙室中的流體通過所述的支架和所述的ECU循環(huán)的機(jī)構(gòu)，當(dāng)流體通過ECU循環(huán)時(shí)其溫度受到適當(dāng)?shù)目刂啤?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述的冷卻器包括壓縮機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中所述的艙室包括與艙室的其余部分分開的密封的通道，通過該通道外部的空氣循環(huán)起來以便冷卻所述的壓縮機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中所述的通道有耐腐蝕材料的墻壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，包括使空氣至少在所述的壓縮機(jī)工作時(shí)穿過通所述的通道循環(huán)的機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其中所述的使空氣穿過所述的通道循環(huán)的機(jī)構(gòu)在所述的加熱器工作時(shí)被關(guān)掉。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其中所述的通道在所述的加熱器工作時(shí)被封閉。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述的艙室有絕熱的墻壁。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述的ECU和所述的支架當(dāng)中至少有一個(gè)是絕熱的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，包括用來安裝所述艙室的適配板，所述的適配板使在各種應(yīng)用中安裝未改型的所述艙室變得容易。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，包括抑制所述的COTS電子器件振動(dòng)的機(jī)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，包括用來安裝所述的艙室的適配板，所述的用來抑制振動(dòng)的機(jī)構(gòu)包括在適配板和艙室之間的減震架。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中所述的用來抑制振動(dòng)的機(jī)構(gòu)包括在所述的支架和所述的艙室之間的減震架。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述的艙室有提供艙室的出入口的可移去的面板，所述的面板當(dāng)裝置在用時(shí)密封地附著到艙室的其余部分上。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述的流體是一種氣體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其中所述的氣體是空氣。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置包括從所述的氣體中除去潮氣的機(jī)構(gòu)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中所述的機(jī)構(gòu)是至少在開始從艙室除去潮氣時(shí)起作用的。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其中所述的氣體是實(shí)質(zhì)上消除了來自所述艙室的潮氣的干燥氣體。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述的裝置是密封的，以便在易爆環(huán)境中工作。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的裝置包括圍繞著所述艙室中每個(gè)或許有可能產(chǎn)生火花的要素的氣密密封件。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述的溫度傳感器包括至少一個(gè)ON/OFF開關(guān)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的裝置，其中所述的溫度傳感器包括用來控制所述的冷卻器的第一ON/OFF開關(guān)和用來控制所述的加熱器的第二ON/OFF開關(guān)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的裝置，其中所述的ON/OFF開關(guān)是雙金屬開關(guān)。
25.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述的冷卻器利用通過管道系統(tǒng)流動(dòng)的流體制冷劑，而且其中所述的管道系統(tǒng)是氣密密封的。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述的密封艙室是為了抑制從任何方向穿過它的電磁輻射而被密封的。
27.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置包括在所述的ECU上的RFI過濾器。
28.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述的ECU包括用來降低功耗和音頻噪聲當(dāng)中至少一種的控制。
29.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述的支架是適合夾持眾多電子元器件的架子。
30.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述的艙室是為了在撞擊脈沖下維持結(jié)構(gòu)的完整性而設(shè)計(jì)的。
全文摘要
這項(xiàng)發(fā)明提供一套允許在并非為批量生產(chǎn)現(xiàn)貨供應(yīng)的(COTS)電子器件設(shè)計(jì)的包括可能已超出COTS元器件的設(shè)計(jì)規(guī)范的環(huán)境溫度變化、環(huán)境壓力變化、撞擊和振動(dòng)、環(huán)境污染物和/或電磁輻射的嚴(yán)酷環(huán)境中使用COTS電子器件的裝置。該裝置包括有用于COTS元器件的架子或其它適當(dāng)?shù)闹Ъ懿⑶矣惺怪T如空氣之類的流體流經(jīng)艙室并且經(jīng)過支架循環(huán)的環(huán)境控制單元(ECU)的密封艙室。艙室中的溫度受到監(jiān)視，而且ECU是為了加熱或冷卻流經(jīng)它的流體維持艙室中的溫度在COTS電子器件的設(shè)計(jì)限度范圍內(nèi)而進(jìn)行操作的。為了除去來自ECU的冷卻單元的熱量，可以提供與內(nèi)部循環(huán)流體通道密封隔離的外圍流體的流動(dòng)通道。為了處理其它的環(huán)境問題，密封艙還可以有減震架、熱絕緣和適當(dāng)?shù)钠帘巍?br> 文檔編號(hào)H05K7/20GK1432262SQ01810259
公開日2003年7月23日 申請(qǐng)日期2001年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月8日
發(fā)明者戴維·L·沃斯, 羅納德·J·費(fèi)杜克, 羅伯特·L·詹寧斯, 簡(jiǎn)·M·尼爾森 申請(qǐng)人:洛克希德·馬汀股份有限公司