CN105072841A - 抗高温及高过载复合电路防护结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗高温及高过载复合电路防护结构，包括外壳体，外壳体包括圆柱型结构的聚四氟乙烯外壳和钛合金外壳，钛合金外壳置于聚四氟乙烯外壳内，钛合金外壳内设置有聚四氟乙烯电池架和多级缓冲模块，多级缓冲模块包括四级缓冲层，四级缓冲层由内至外布置且依次为电路模块灌封加固层、内部玻璃棉缓冲隔热层、中部橡胶缓冲层和外部玻璃棉缓冲隔热层，聚四氟乙烯电池架位于内部玻璃棉缓冲隔热层与中部橡胶缓冲层之间，聚四氟乙烯电池架设置有电池槽，电池槽内和电路模块灌封加固层内均灌封有环氧树脂。本发明同时具备抗高过载及抗高温能力，能够获得更好的防护效果，系统成本更低，重量轻，各个模块之间可以拆卸，便于对易损模块进行更换。

Description

抗高温及高过载复合电路防护结构

技术领域

本发明涉及测试模块的防护结构，尤其涉及一种抗高温及高过载复合电路防护结构。

背景技术

环境试验是装备研制过程中必不可少的重要环节，是装备性能、功能以及安全性考核的重要手段。跌落、火烧、水浸等构成的异常序列环境试验对于装备的安全性能考核更是具有重要意义。装备进行环境试验时，需要在装备上安装测试模块，环境试验过程中装备不可避免要经受高g值及高温环境的冲击。在高g值冲击及高温下，测试模块中的电路部分比测试模块外壳及装备本身更加容易受到损坏，因此必须对电路模块做防护。

传统的测试模块采用的是有线数据采集系统，测试模块安装在装备上，并用过信号线及控制线与控制台连接，实时回传实验数据。传统的有线数据采集系统虽然功能强大，但其较大的体积和较低的抗冲击、抗高温能力决定了其只能用于地面有线测试中；对于大高度跌落试验和火烧试验构成的序列试验，传统有线数据采集系统面临在试验过程中由于测试线过长或者断裂而无法获取试验数据的风险，对于内部密封容器数据测试，传统有线测试则由于测试线的存在而难以满足密封测试和连续测试的要求，这些都给跌落、火烧序列试验的数据测试带来很大困难。

针对传统测试方式的弊端，出现了黑匣子形式的测试模块，环境试验时，将测试模块及存储模块均安装在装备上，待环境试验结束，从存储模块读取试验结果。但是目前环境测试用黑匣子仅仅具有抗冲击或者仅具有抗冲击性能，并未具有抗冲击皆抗冲击的复合防护效果，然而高温及冲击环境是装备在使用过程中经常遭遇的环境，并且其中的电路模块及防护壳体采用整体灌封，为一次性设计，不可拆卸，无法重复利用。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种抗高温及高过载复合电路防护结构。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种抗高温及高过载复合电路防护结构，包括外壳体，所述外壳体包括圆柱型结构的聚四氟乙烯外壳和钛合金外壳，所述钛合金外壳置于所述聚四氟乙烯外壳内，所述钛合金外壳内设置有聚四氟乙烯电池架和多级缓冲模块，所述多级缓冲模块包括四级缓冲层，四级所述缓冲层由内至外布置且依次为电路模块灌封加固层、内部玻璃棉缓冲隔热层、中部橡胶缓冲层和外部玻璃棉缓冲隔热层，所述聚四氟乙烯电池架位于所述内部玻璃棉缓冲隔热层与所述中部橡胶缓冲层之间，所述聚四氟乙烯电池架设置有三个用于放置电池的电池槽，所述电池槽内和所述电路模块灌封加固层内均灌封有环氧树脂，所述电路模块灌封加固层、所述内部玻璃棉缓冲隔热层、所述中部橡胶缓冲层、所述外部玻璃棉缓冲隔热层、所述钛合金外壳和所述聚四氟乙烯外壳的顶部中心均开设有相通的线孔。

进一步地，所述聚四氟乙烯外壳和所述钛合金外壳均为圆柱体结构，所述聚四氟乙烯外壳的壳盖通过三个开槽大圆柱头螺钉与所述钛合金外壳的壳盖固定连接，所述钛合金外壳内还设置有灌封盖板和接插件，所述接插件通过螺母固定在所述钛合金外壳的壳盖上，所述灌封盖板与所述钛合金外壳的壳盖之间围成一个空腔结构，所述钛合金外壳与所述钛合金外壳的壳盖通过六个沉头螺钉固定连接。

更进一步地，所述灌封盖板上设置有两个用于注入环氧树脂的灌注孔。

更进一步地，所述钛合金外壳的壳盖上设置有沉槽，所述接插件整体沉入所述钛合金外壳的壳盖沉槽中。

进一步地，所述电路模块灌封加固层包括圆柱型结构且上端开口的钛合金内壳及电路模块，所述钛合金内壳的端口作为所述电路模块灌封加固层的线孔，所述电路模块固定在所述钛合金内壳中，所述钛合金内壳的底部设置有高弹性结构的橡胶块，所述电路模块与所述钛合金内壳之间灌封有环氧树脂。

进一步地，所述内部玻璃棉缓冲隔热层包括一块圆筒结构且两端开口的中部内玻璃棉、一块中间开孔的顶部内玻璃棉和一块底部内玻璃棉组成，所述顶部内玻璃棉的中孔作为所述内部玻璃棉缓冲隔热层的线孔。

进一步地，所述聚四氟乙烯电池架为上端开口的圆筒型结构，三个所述电池槽均匀布置在所述聚四氟乙烯电池架的侧壁上，所述中部橡胶缓冲层包括上端开口的橡胶筒和设置在所述橡胶筒端口的圆形橡胶板，所述橡胶板的中心设置有线孔，所述橡胶板中心周围的环形部分设置有三个与所述电池槽相对应的通孔。

进一步地，所述外部玻璃棉缓冲隔热层由顶部厚玻璃棉、顶部薄玻璃棉、环状玻璃棉和底部玻璃棉组成，所述顶部厚玻璃棉和所述顶部薄玻璃棉的中心均设置有线孔。

本发明的有益效果在于：

1、同时具备抗高过载及抗高温能力；

2、多层的缓冲隔热设计，具备抗高温及抗冲击复合防护效果的同时，能够获得更好的防护效果；

3、采用廉价、轻质的材料，能够降低系统成本，减轻系统重量；

4、尽量实现各个模块之间的可拆卸设计，便于对易损模块进行更换，可延长使用寿命，缩减成本。

附图说明

图1是本发明所述抗高温及高过载复合电路防护结构的1/4剖视结构示意图；

图2是本发明所述聚四氟乙烯电池架的1/4剖视结构示意图；

图3是本发明所述多级缓冲模块的1/4剖视结构示意图；

图4是本发明所述电路模块灌封加固层的1/4剖视结构示意图；

图5是本发明所述外壳体的半剖视结构示意图；

图中：1-橡胶筒、2-底部内玻璃棉、3-聚四氟乙烯电池架、301-电池槽、4-中部内玻璃棉、5-电路模块、6-钛合金内壳、7-橡胶板、8-顶部薄玻璃棉、9-顶部厚玻璃棉、10-沉头螺钉、11-接插件、12-开槽大圆柱头螺钉、13-聚四氟乙烯外壳盖、14-钛合金外壳盖、15-灌封盖板、16-顶部内玻璃棉、17-电池、18-橡胶块、19-环状玻璃棉、20-聚四氟乙烯外壳、21-底部玻璃棉、22-钛合金外壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明包括外壳体，外壳体包括圆柱型结构的聚四氟乙烯外壳20和钛合金外壳22，钛合金外壳22置于聚四氟乙烯外壳20内，钛合金外壳22内设置有聚四氟乙烯电池架3和多级缓冲模块，多级缓冲模块包括四级缓冲层，四级缓冲层由内至外布置且依次为电路模块灌封加固层、内部玻璃棉缓冲隔热层、中部橡胶缓冲层和外部玻璃棉缓冲隔热层，聚四氟乙烯电池架3位于内部玻璃棉缓冲隔热层与中部橡胶缓冲层之间，聚四氟乙烯电池架3设置有三个用于放置电池17的电池槽301，电池槽301内和电路模块灌封加固层内均灌封有环氧树脂，电路模块灌封加固层、内部玻璃棉缓冲隔热层、中部橡胶缓冲层、外部玻璃棉缓冲隔热层、钛合金外壳22和聚四氟乙烯外壳20的顶部中心均开设有相通的线孔。

电池17放入电池槽301后采用环氧树脂灌封，电池槽301深度比电池17高度高出约15mm，并且电池槽301采用图中所示形状，使电池17侧壁与电池槽301之间存在间隙，让环氧树脂能够流入电池槽301底部，并且能够完全淹没电池17，对电池17起到良好的缓冲保护作用。

聚四氟乙烯外壳20和钛合金外壳22均为圆柱体结构，聚四氟乙烯外壳20的壳盖通过三个开槽大圆柱头螺钉12与钛合金外壳22的壳盖固定连接，钛合金外壳22内还设置有灌封盖板15和接插件11，接插件11通过螺母固定在钛合金外壳22的壳盖上，聚四氟乙烯外壳盖13上均布三个矩形槽，用于接插件11的连接。聚四氟乙烯外壳20与聚四氟乙烯外壳盖13接合面采用胶粘剂连接。将钛合金外壳22装入聚四氟乙烯外壳20内，能够降低高过载环境下钛合金外壳22以及测试仓受到的冲击。钛合金外壳22内是多层复合电路防护模块。

接插件11为15芯的某型号公接插件，接插件11完全沉入钛合金外壳盖14上的槽中，在高过载下通过钛合金外壳盖14槽壁约束接插件11，可以防止接插件11受冲击变形。除传感器信号线以外的所有信号线通过该接插件11与外界连接，传感器信号线从钛合金外壳盖14中心的线孔引入与电路模块5连接。灌封盖板15与钛合金外壳22的壳盖之间围成一个空腔结构，所有信号线通过灌封盖板15中心的大线孔与电路模块5连接。灌封盖板15上设置有两个用于注入环氧树脂的灌注孔，信号线连接好后，从灌封盖板15上两侧的灌注孔注入环氧树脂进行灌封，同时堵住钛合金外壳盖14中心的线孔防止泄漏。钛合金外壳22与钛合金外壳盖14通过六个沉头螺钉10固定连接。

在高g值冲击条件下，除了选用质量等级、可靠性相对较高的元器件提高电路抗冲击特性外，还必须对电路模块进行灌封加固。加固设计要求设计出抗冲击性能较好的元器件布置方案和结构，并用机械性能较好的灌封材料对电路进行灌封强化使其固化成模块，从内部提高整个测试系统结构的可靠性和抗高冲击性。

电路模块灌封加固层包括圆柱型结构且上端开口的钛合金内壳6及电路模块5，钛合金内壳6的端口作为电路模块灌封加固层的线孔，电路模块5固定在钛合金内壳6中，钛合金内壳6的底部设置有高弹性结构的橡胶块18，电路模块5与钛合金内壳6之间灌封有环氧树脂。电路模块5的引线与钛合金内壳6边缘应保持适当距离，往钛合金内壳6中灌封环氧树脂时，环氧树脂应与钛合金内壳6端面齐平。

内部玻璃棉缓冲隔热层由三块块玻璃棉组成，包括一块圆筒结构且两端开口的中部内玻璃棉4、一块中间开孔的顶部内玻璃棉16和一块底部内玻璃棉2组成，顶部内玻璃棉16的中孔作为内部玻璃棉缓冲隔热层的线孔用于引出电源线及信号线。由于玻璃棉的热导率仅仅0.044W/m·K，而密度低至40kg/m3，因此能将电路模块5与外界良好隔热，由于其较低的密度可以大大减轻高过载下防护结构受到的冲击。

中部内玻璃棉4采用几层具有一定刚度的玻璃棉板重叠粘接后，机加工成所要求尺寸。底部内玻璃棉2和顶部内玻璃棉16采用柔性的玻璃棉毡，组装后玻璃棉毡被预压缩。

聚四氟乙烯电池架3为上端开口的圆筒型结构，三个电池槽301均匀布置在聚四氟乙烯电池架3的侧壁上，中部橡胶缓冲层包括上端开口的橡胶筒1和设置在橡胶筒1端口的圆形橡胶板7，橡胶板7的中心设置有线孔，用于引出电源线与信号线，橡胶板7中心周围的环形部分设置有三个与电池槽301相对应的通孔，用于通入电源线。电源线从电池17引出后，穿过橡胶板7上边缘中心周围的通孔及中心的线孔后与电路模块5连接。为了便于安装，电源线由两根线焊接而成，焊接点位于橡胶板7端面处，焊接后用热缩管包紧。为了防止橡胶板7相对于橡胶筒1旋转对电源线造成剪切力，在橡胶板7与橡胶筒1接合处用适量胶粘剂粘牢。

外部玻璃棉缓冲隔热层是最关键的热防护层，防止热量传入内部破坏橡胶缓冲层。外部玻璃棉缓冲隔热层由顶部厚玻璃棉9、顶部薄玻璃棉8、环状玻璃棉19和底部玻璃棉21组成，顶部厚玻璃棉9和顶部薄玻璃棉8的中心均设置有线孔，用于信号线引出，顶部厚玻璃棉9中心的线孔直径较大，用于容纳过长弯曲的信号线。顶面厚玻璃棉9、顶面薄玻璃棉8、底部玻璃棉2采用柔性的玻璃棉毡，组装后玻璃棉毡被预压缩。环状玻璃棉19采用几层具有一定刚度的玻璃棉板重叠粘接后，机加工成所要求尺寸。

本发明所述抗高温及高过载复合电路防护结构的主要特点：

1)对电路模块5采用环氧树脂进行灌封，电路模块5底部垫一层高弹性橡胶块18，使电路模块5悬空于钛合金内壳6中再进行环氧浇注，防止电路模块5与钛合金内壳6刚性接触；

2)采用内外两层玻璃棉缓冲隔热层，能够起到很好的隔热缓冲作用，还能很大程度减轻系统重量；

3)采用聚四氟乙烯材料制作电池架，聚四氟乙烯材料本身具有一定缓冲性能，并采用环氧树脂对安装与电池架上的电池17进行封闭式灌封，能对电池17起到很好的缓冲保护；

4)采用高弹性橡胶与玻璃棉的复合缓冲方式，由于高弹性橡胶与玻璃棉刚度不同，软硬复合的缓冲方式能起到更好的缓冲效果；

5)信号线与控制线采用接插件11与外界进行连接，避免了过多的引出线，能有效防止引线断裂；

6)接插件11整体沉入钛合金外壳盖的槽中，通过槽对接插件的约束，防止高过载下接插件变形，影响数据回读；

7)钛合金外壳盖14与灌封盖板15之间形成空腔，该空腔用环氧树脂灌封，实现整个缓冲防护模块的密封，利于隔热与防水；

8)顶部厚玻璃棉9中心开较大通孔，用于容纳过长的信号线及控制线，若外部的接插件11因为冲击变形不能用于数据会读，可将此处引线连接进行数据回读；

9)钛合金外壳22外部包裹一层聚四氟乙烯外壳20，可以防止强度较高的钛合金壳体对防护结构安装体造成损坏，同时也能保护昂贵的钛合金外壳不受损坏，能再利用；

10)整个防护结构仅有电路模块5、电池槽301、钛合金外壳盖14与灌封盖板15之间的空腔进行了灌封，因此很多部件可以进行更换可拆卸，有利于零部件的重复利用，延长防护结构使用寿命。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种抗高温及高过载复合电路防护结构，其特征在于：包括外壳体，所述外壳体包括圆柱型结构的聚四氟乙烯外壳和钛合金外壳，所述钛合金外壳置于所述聚四氟乙烯外壳内，所述钛合金外壳内设置有聚四氟乙烯电池架和多级缓冲模块，所述多级缓冲模块包括四级缓冲层，四级所述缓冲层由内至外布置且依次为电路模块灌封加固层、内部玻璃棉缓冲隔热层、中部橡胶缓冲层和外部玻璃棉缓冲隔热层，所述聚四氟乙烯电池架位于所述内部玻璃棉缓冲隔热层与所述中部橡胶缓冲层之间，所述聚四氟乙烯电池架设置有三个用于放置电池的电池槽，所述电池槽内和所述电路模块灌封加固层内均灌封有环氧树脂，所述电路模块灌封加固层、所述内部玻璃棉缓冲隔热层、所述中部橡胶缓冲层、所述外部玻璃棉缓冲隔热层、所述钛合金外壳和所述聚四氟乙烯外壳的顶部中心均开设有相通的线孔。

2.根据权利要求1所述的抗高温及高过载复合电路防护结构，其特征在于：所述聚四氟乙烯外壳和所述钛合金外壳均为圆柱体结构，所述聚四氟乙烯外壳的壳盖通过三个开槽大圆柱头螺钉与所述钛合金外壳的壳盖固定连接，所述钛合金外壳内还设置有灌封盖板和接插件，所述接插件通过螺母固定在所述钛合金外壳的壳盖上，所述灌封盖板与所述钛合金外壳的壳盖之间围成一个空腔结构，所述钛合金外壳与所述钛合金外壳的壳盖通过六个沉头螺钉固定连接。

3.根据权利要求2所述的抗高温及高过载复合电路防护结构，其特征在于：所述灌封盖板上设置有两个用于注入环氧树脂的灌注孔。

4.根据权利要求2所述的抗高温及高过载复合电路防护结构，其特征在于：所述钛合金外壳的壳盖上设置有沉槽，所述接插件整体沉入所述钛合金外壳的壳盖沉槽中。

5.根据权利要求1所述的抗高温及高过载复合电路防护结构，其特征在于：所述电路模块灌封加固层包括圆柱型结构且上端开口的钛合金内壳及电路模块，所述钛合金内壳的端口作为所述电路模块灌封加固层的线孔，所述电路模块固定在所述钛合金内壳中，所述钛合金内壳的底部设置有高弹性结构的橡胶块，所述电路模块与所述钛合金内壳之间灌封有环氧树脂。

6.根据权利要求1所述的抗高温及高过载复合电路防护结构，其特征在于：所述内部玻璃棉缓冲隔热层包括一块圆筒结构且两端开口的中部内玻璃棉、一块中间开孔的顶部内玻璃棉和一块底部内玻璃棉组成，所述顶部内玻璃棉的中孔作为所述内部玻璃棉缓冲隔热层的线孔。

7.根据权利要求1所述的抗高温及高过载复合电路防护结构，其特征在于：所述聚四氟乙烯电池架为上端开口的圆筒型结构，三个所述电池槽均匀布置在所述聚四氟乙烯电池架的侧壁上，所述中部橡胶缓冲层包括上端开口的橡胶筒和设置在所述橡胶筒端口的圆形橡胶板，所述橡胶板的中心设置有线孔，所述橡胶板中心周围的环形部分设置有三个与所述电池槽相对应的通孔。

8.根据权利要求1所述的抗高温及高过载复合电路防护结构，其特征在于：所述外部玻璃棉缓冲隔热层由顶部厚玻璃棉、顶部薄玻璃棉、环状玻璃棉和底部玻璃棉组成，所述顶部厚玻璃棉和所述顶部薄玻璃棉的中心均设置有线孔。