用于声学摄像机的一体式壳体和被动冷却的制作方法

1.本发明涉及声学摄像机的散热。


背景技术：

2.在过去的几十年里，噪音污染已变成越来越大的问题。为了减少噪音排放，地方政府和工厂正在安装声学噪音传感器，以监测和深入了解噪音源。声学摄像机能够满足环境以及工业应用中的需求。声学摄像机可以包括麦克风阵列，并且可以或不与视觉图像捕获装置或摄像机组合使用。市面上有可安装用于远场波束成形(bf)应用的声学成像以及环境声级监测的固定式声学摄像机。
3.声学摄像机越来越多地用作多功能智能iot(物联网)、手持或移动装置。例如，可以将16x16厘米64通道mems麦克风阵列安装在交通十字路口上方的灯杆中。信号处理和计算单元以及一体式供电单元和连接件可以合并到同一个小尺寸设备中。由于隐私和数据保护法，原始数据优选尽可能靠近传感器阵列地进行处理，从而最小化数据失窃风险以及数据保护和隐私的其他风险。通常，只有已处理的、安全的和匿名的数据才能在设备外部进行通信。因此，在板载处理器上执行高度复杂和/或计算密集型处理。靠近传感器阵列或板载进行计算的另一个原因是数据带宽的限制。
4.用于执行声学波束成形、频谱分析、声学异常检测、声学事件定位、信号分类(借助人工智能声学建模)或其他计算密集型操作需要强大的板载处理能力。目前，这可以由中央处理单元和图形处理单元(cpu和gpu)、asic或fpga处理。在小尺寸装置中进行这种类型的板载处理需要大量功率作为热量散发到环境中。如果这未被正确执行，将导致计算单元停止运行，可能导致设备完全失能，这很可能导致数据丢失。
5.在标准应用中，为了冷却，使用带有肋的金属冷却元件来最大化与环境(通常是空气)接触的区域。高性能板载计算机通常需要主动冷却解决方案，其中可能包含水冷或通风机。在声学摄像机功能的情况下，禁止使用、或者至少应该限制使用可能产生噪音的通风机或泵。因此，在涉及边缘计算时，优选被动解决方案。此外，主动冷却解决方案限制了连续性或实地监测功能，而声学监测功能经常需要连续运行多年。这引入了额外的维护成本和需求。这意味着如果可以建立被动冷却，则会产生显着且持续的收益。
6.因此，为具有大量板载处理的声学摄像机提供改进的被动散热将是本领域的一个进步。


技术实现要素：

7.在这项工作中，提供了一种设备，包括到与先进处理单元或板载计算机相同壳体的一部分中的麦克风阵列。由于工业或城市空间应用的限制以及需要安装到基础设施上的方式，壳体的尺寸和重量可能会受到限制。轻质、侵入保护、易于安装和坚固性是需要优化的关键特性，以使设备在该应用领域中被接受。
8.因此，在适当散热的情况下，在考虑所述关键特性的同时，可以将板载计算机与散
热件连接，散热件是设备外部设计的一体式部分。由于板载计算机位于壳体(或体积)内部，因此找到了一种解决方案，以将通过金属散热器和内部结构的一部分将热量从计算单元高效地传递到壳体。在这种情况下，金属热消散部分作为产品外壳体的一体式部分具有较大的有效面积(见以下示例)。该解决方案可以或不包含肋，以最大化用于热消散的有效区域。然而，视觉和功能设计考量可能会限制该选项。例如，多尘的环境可能会堵塞肋之间的通道。还有，金属壳体的封闭式外部设计改进了侵入保护能力。
9.另外，设备的金属热消散部分的内部结构可以构造成使得该内部结构充当机械弹簧。这是设备坚固性以及散热能力的重要特征。内部(叶状)弹簧对与计算机芯片外部的大功率部件直接接触的散热器部件施加小压力。如果张力没有正确施加到整个区域上，则部分芯片可能会由于过热而失效。
附图说明
10.图1a示意性地示出了本发明的第一示例性实施例。
11.图1b示意性地示出了本发明的第二示例性实施例。
12.图2a-c示出了图1b的实施例的详细示例。
13.图3a-d是示出了图2a-c的示例的散热件的若干简图。
14.图4a示意性地示出了本发明的第三示例性实施例。
15.图4b示意性地示出了本发明的第四示例性实施例。
16.图5a-d是示出了如图4b上的封围件的示例性第二部分的若干简图。
17.图5e是示出了具有如图4b上的两部分式封围件的手持式声学摄像机的侧视图，其中封围件的后侧附接到辅助单元。
具体实施方式
18.图1a示意性地示出了本发明的第一示例性实施例。该示例是声学摄像机，包括构造为封围一体积的封围件102；背离该体积地布设在封围件的第一表面102a处的声学麦克风阵列104；布设在体积内并电气连接(经由示意性地示出为108的连接)到声学麦克风阵列104的板载处理器106；以及与板载处理器106进行热接触的散热件110。散热件110构造成将热量从板载处理器106传导到与第一表面102a不同的封围件的热消散表面102b。在此，用块状箭头112示意性地示出这种热传导。
19.图1b示意性地示出了本发明的第二示例性实施例，包括若干可选特征。
20.第一可选特征是热传递块114，其构造成至少部分地填充散热件110和板载处理器106之间的空间。
21.第二可选特征是使用弹簧张力来改善散热件和板载处理器之间的热接触。这在图1b上示出为包括弹簧件116的设备，其构造为提供机械力(实心黑色块状箭头)，以(经由热传递块114)保持散热件110与板载处理器106的热接触。
22.然而，经常优选地将散热件110本身构造为机械弹簧，其提供良好的热接触所需的接触力。在这种情况下，没有如图1b示例中的单独的弹簧元件116，而是将弹簧件(作为散热件的一部分)构造为与板载处理器进行热接触，以将热量从板载处理器传导到热消散表面。在这种情况下，如图1a或图1b上的，110既是散热件，也是弹簧件。
23.图2a-c示出了图1b的实施例的详细示例，包括一些附加的可选特征。声学摄像机可以包括布设在热消散表面102b上的一个或多个散热片202(在图2a上)。封围件102可以是正方形或矩形，从而具有四个角。封围件可以包括前板204、与前板204相对的背板206以及侧壁208，其中侧壁208将前板204连接到背板206，从而包围体积(见图2b)。板载处理器106可以构造成模块106a上的系统，包括至少一个集成电路芯片106b，其中芯片106b直接接触热传递块114，如图2c所示。在此，芯片106b不是裸芯，而是封装在封装件中，该封装件为热传递提供了良好的热接触表面，如本领域所知。在该示例中，封围件102的热消散表面102b在侧壁208上。
24.图3a-d是示出了图2a-c的示例的散热件的若干简图。图3a为等轴测图，图3b-d是三个相应的正交视图。在该示例中，弹簧件110在封围件的四个角处连接到热消散表面。这些视图中示出的可选特征包括如上所述的散热片202、电路板连接点302、机械接合部304(例如，用于安装在三脚架上)以及用于电源和数据的馈通件306。
25.在图3a的示例的情况下，根据分析建模和耐久性测试验证计算得出，封围件能够将总共15瓦的热量从板载处理器散发到声学摄像机的热消散表面，而不会对封围件内的空气产生任何显着加热。在板载处理器的最大性能条件下，处理器温度与散热器外表面之间的温度差不超过11摄氏度，而在16小时后达到稳态温度。处理器核心温度依然远低于其最大额定值。在上述热消散外壳体部件与包含相同板载处理器的塑料外壳体变型之间的直接比较中，处理器的核心在3分钟内达到了温度极限。根据处理器单元的最大功耗，可以确定和设计外壳体区域以及用于热消散的内部散热件/散热器的宽度和厚度。
26.另外，散热件的设计优选为使得完整的设计可以由金属成型工艺生产。由于声学摄像机生产期间的装配步骤更少，因此这使得能够大规模生产并降低成本。此外，在带有较高功率耗散的较大处理器单元的情况下，可以通过布设或插入导热材料到模具中来提高组件的冷却能力。
27.在前面的示例中，单个封围件同时封围板载处理器和麦克风阵列。在其他实施例中，外壳具有两部分——第一部分包括声学麦克风阵列和第二部分包括板载处理器。图4a示意性地示出了此构造的第一示例在此402是封围件102的第一部分，404是封围件102的第二部分。麦克风阵列104和板载处理器之间的电气连接108是通过触点406建立的，这可以用传统的电气接触技术进行。在该示例中，板载处理器106的散热如上所述。
28.这种构造提供的一个优点是麦克风阵列与单元的其余部分脱开。这很容易允许如图4b上示出的构造，其中麦克风阵列104比摄像头的其余部分具有更大的横向范围，并且只有第一部分402的封围件需要相应地放大。这种脱开有两个优点。较大的麦克风阵列将旨在提供用于低频声音的改进性能，并且将第二部分404保持在较小的尺寸应该有助于散热。本文认为，增加封围件的第二部分404的尺寸至少需要进行详细设计的额外的热验证，并且如果由此产生的热传递路径长度增加是个问题，则最终可能在更大尺寸下设计会更困难。
29.图5a-d是示出了示例性第二部分404的若干简图。图5a为等轴测图，图5b-d是三个相应的正交视图。在此，502是用于与结合图5e描述的辅助单元配接的接合部。
30.图5e是示出了具有如图4b上示出的两部分式封围件的手持式声学摄像机的侧视图，其中封围件的后侧附接到辅助单元。在此，402和404分别是如上所述的封围件的第一部分和第二部分。辅助单元504连接到封围件的第二部分404。
31.辅助单元504可以包括各种部件，比如：用于手持操作的枪柄式握把510、构造成为板载处理器和声学麦克风阵列提供电力的电池隔室506，以及用于为声学摄像机提供可视读数的显示器508。显示器508可以是触摸屏显示器。

技术特征：
1.一种声学摄影机，包括：封围件，所述封围件构造为封围体积；声学麦克风阵列，所述声学麦克风阵列背离所述体积地布设在所述封围件的第一表面处；板载处理器，所述板载处理器布设在所述体积内并且电气连接到所述声学麦克风阵列；以及散热件，所述散热件与所述板载处理器热接触，其中，所述散热件构造为将来自所述板载处理器的热量传导到所述封围件的与所述第一表面区分的热消散表面。2.根据权利要求1所述的声学摄影机，其特征在于，还包括布设在所述热消散表面上的一个或多个散热片。3.根据权利要求1所述的声学摄影机，其特征在于，还包括弹簧件，所述弹簧件构造为提供机械力，所述机械力旨在使所述散热件与所述板载处理器保持热接触。4.根据权利要求3所述的声学摄影机，其特征在于，所述弹簧件是所述散热件的一部分，并且构造为与所述板载处理器进行热接触，以将来自所述板载处理器的热量传导到所述热消散表面。5.根据权利要求4所述的声学摄影机，其特征在于，所述封围件是方形或矩形，并且具有四个角。6.根据权利要求5所述的声学摄影机，其特征在于，所述弹簧件在所述封围件的所述四个角处连接到所述热消散表面。7.根据权利要求3所述的声学摄影机，其特征在于，还包括热传递块，所述热传递块构造为至少部分地填充所述散热件与所述板载处理器之间的空间。8.根据权利要求1所述的声学摄影机，其特征在于，所述封围件包括前板、与所述前板相对的背板，以及侧壁，其中，所述侧壁连接所述前板和所述背板，从而封围所述体积。9.根据权利要求8所述的声学摄影机，其特征在于，所述封围件的热消散表面在所述侧壁上。10.根据权利要求1所述的声学摄影机，其特征在于，所述封围件具有包括所述声学麦克风阵列的第一部分和包括所述板载处理器的第二部分。11.根据权利要求10所述的声学摄影机，其特征在于，还包括辅助单元，所述辅助单元连接到所述封围件的所述第二部分。12.根据权利要求11所述的声学摄影机，其特征在于，所述辅助单元包括从以下组中选择的一个或多个部件：用于手持操作的枪柄式握把、构造成为所述板载处理器和所述声学麦克风阵列提供电力的电池隔室，以及用于为所述声学摄像机提供可视读数的显示器。13.根据权利要求12所述的声学摄影机，其特征在于，所述显示器是触摸屏显示器。

技术总结
提供了声学摄影机的改进被动散热，该声学摄影机具有麦克风阵列和板载处理器。使用密封封围件内的散热件将热量传导到封围件的热消散表面，来对板载处理器进行散热。优选地该散热件大部分是弹簧件，其具有提供机械力以确保与板载处理器的良好热接触和提供到热消散表面的热传导的双重功能。单个封围件可以同时封围板载处理器和麦克风阵列。替代地，封围件可以具有两个部分，第一部分封围麦克风阵列，并且第二部分封围板载处理器。且第二部分封围板载处理器。且第二部分封围板载处理器。


技术研发人员：R
受保护的技术使用者：索拉玛控股有限公司
技术研发日：2021.12.16
技术公布日：2023/8/24