一种基于TEC的光模块快速升降温装置的制作方法

一种基于tec的光模块快速升降温装置
技术领域
1.本发明涉及一种基于tec的光模块快速升降温系统。


背景技术：

2.光器件及光模块温度可靠性测试，主要模拟光模块在不同环境下的工作温度，实际测试过程当中通常需要测试设备的温度达到-50℃至110℃。用于该测试的设备通常为高低温测试箱或者气流仪。测试过程当中，在高温，低温或温变环境下让光模块运行，检测光模块的环境可靠性。但由于高低温箱体积大，部署困难，而且升降温速度慢，不太适合小型化光模块的温循。另一种快速温循方式是采用热流仪，但热流仪同样存在占地空间大，功率大、成本高等问题。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：如何满足光器件及模块高效率温循测试需求，提供一种基于tec的光模块快速升降温温控装置。
4.本发明的技术方案具体为：一种基于tec的光模块快速升降温系统，包括电路控制系统以及与其相连接的预冷装置、光模块测试数据采集电路、升降温控温装置和回温装置，其中，预冷装置对光模块进行预冷降温，预冷之后的光模块被放入升降温控温装置进行快速降温，且在快速降温的同时，光模块测试数据采集电路对光模块进行测试，测试完毕后，光模块被放入回温装置进行回温处理。
5.预冷装置包括：上下两个第一半导体制冷片，每个第一半导体制冷片两侧分别包含1个第一金属导冷板和1个第一水冷散热器，两个第一金属导冷板中间放置待预冷的光模块，第一金属导冷板与光模块中间为柔性导热界面材料。
6.两个第一金属导冷板之间形成预冷腔室，预冷腔室左右两侧设置挡板。
7.第一半导体制冷片为单级半导体制冷片。
8.升降温控温装置包括上控温模块和下控温模块，上下两个控温模块相对设置，每个控制模块均包括上下两个第二半导体制冷片，每个第二半导体制冷片两侧分别包含1个第二金属导冷板和1个第二水冷散热器，上下两个第二金属导冷板中间为待测试的光模块，光模块与上下两个控温模块之间填充柔性导热材料。
9.第二半导体制冷片为多级半导体制冷片。
10.上控温模块的第二金属导冷板、第二半导体制冷片和第二水冷散热器固定连接在一起，且第二水冷散热器上方固定连接在固定板上，固定板固定在升降电机的输出轴末端。
11.光模块外设置防结霜装置；防结霜装置为金属外壳，金属外壳末端敞口；在上控温模块上增加一个非金属罩壳，非金属罩壳位于上控温模块的第二金属导冷板的下方，其形状与光模块裸露部分形状相配合。
12.在光模块测试数据采集电路的电路板上设置数据接口，数据接口与光模块的接口
配合连接。
13.回温装置包括回温架和回温除湿装置；其中，回温架上放置测试后的光模块；回温除湿装置主要由加热器和风扇组成，风扇将加热后的热风吹向回温架。
14.本发明的有益效果为：本发明基于半导体制冷片设计的一款小型光模块快速升降温装置，该装置制冷及加热均通过半导体制冷片实现。该产品预冷装置、升降温工作装置分别包含两个制冷片，体积紧凑、功率小、成本低、升降温速度快。能够实现≥30℃/min的升降温速率，大大提高光模块的测试效率。若提高测试效率可增加预冷装置数量和升降温装置数量实现多通道测试。
附图说明
15.图1为本发明的整体结构示意图；图2为预冷装置的结构示意图；图3为升降温控温装置的结构示意图；图4为光模块测试数据采集电路的数据接口结构图；图5为回温装置的结构示意图。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
18.如图1所示，一种基于tec的光模块快速升降温温控系统，主要包括电路控制系统4以及与其相连接的预冷装置1、光模块测试数据采集电路2、升降温控温装置3、回温装置和装置控制屏7。其中，预冷装置1对光模块14进行预冷降温，预冷之后的光模块被放入升降温控温装置3进行快速降温，且在快速降温的同时，光模块测试数据采集电路2对光模块进行测试，测试完毕后，光模块被放入回温装置进行回温处理。
19.如图2所示，预冷装置1主要包括：上下两个单级的第一半导体制冷片12，同时每个第一半导体制冷片12两侧分别包含1个第一金属导冷板13和1个第一水冷散热器11，即：上面的第一半导体制冷片的下表面为第一金属导冷板，上表面为第一水冷散热器；下面的第一半导体制冷片的下表面为第一水冷散热器，上表面为第一金属导冷板。该第一水冷散热器11主要对半导体制冷片的热面进行散热，该第一水冷散热器11连接冷水机。两个第一金属导冷板13中间放置待预冷的光模块14，第一金属导冷板13与光模块14中间为柔性导热界面材料。为了增加第一金属导冷板13与光模块14的接触面积，该金属导冷板进行形状仿形，根据光模块14尺寸，完美配合光模块14的突出及凹陷位置，以增加金属导冷板13与光模块14的接触面积。进一步地，两个第一金属导冷板13之间形成预冷腔室15，预冷腔室15左右两
侧设置挡板16，保证预冷效果；预冷腔室15的前后两侧为光模块进出口。需要说明的是，预冷腔室15可以容纳至少两个光模块14一起预冷。
20.如图3所示，升降温控温装置3包括上控温模块301和下控温模块302，上下两个控温模块相对设置，每个控制模块均包括：上下两个多级的第二半导体制冷片32，同时每个第二半导体制冷片32两侧分别包含1个第二金属导冷板33和1个第二水冷散热器31，即：上面的第二半导体制冷片的下表面为第二金属导冷板33，上表面为第二水冷散热器31；下面的第二半导体制冷片的下表面为第二水冷散热器31，上表面为第二金属导冷板33。从而，升降温控温装置3包括了上下两个控温模块。该第二水冷散热器31主要对多级半导体制冷片（tec）的热面进行散热降温，该第二水冷散热器31连接冷水机。上下两个第二金属导冷板33中间为待测试的光模块14，光模块14与上下两个控温模块之间填充柔性导热材料。通过改变上下两个多级半导体制冷片（tec）的电流方向，实现待测试光模块的快速升降温功能。
21.需要说明的是，上控温模块301固定连接在一起，即：第二金属导冷板33、第二半导体制冷片32和第二水冷散热器31固定连接在一起，且第二水冷散热器31上方固定连接在固定板37上，固定板37固定在升降电机36的输出轴末端，升降电机36可以通过支架固定在工作台上。这样，升降电机36能够实现上控温模块301的升降。测试过程中，将光模块14插入时，升降电机36对上控温模块301自动提升，光模块14放置完成后，上控温模块301在升降电机的带动下自动下降，保证压紧待测试的光模块14。该装置的主要目的是针对不同尺寸的光模块，通过自动升降装置均能够实现上下两个控温模块与光模块的紧密接触，通过增加电机压力，进而增加控温模块与光模块的实际接触面积。同时为了进一步增加导冷板与光模块的接触面积，可根据光模块的外形，对第二金属导冷板进行仿形处理。
22.进一步地，光模块14外设置防结霜装置35。防结霜装置35为金属外壳，金属外壳末端敞口，保证在测试过程中光模块14尾部有一部分裸露在外侧；同时，为了防止光模块14的裸露位置出现凝霜，在上控温模块301上增加一个非金属罩壳，非金属罩壳位于上控温模块301的第二金属导冷板33的下方，其形状与光模块14裸露部分形状相配合；且非金属罩壳为非金属材料，随着上温装置进行升降，不影响光模块测试过程中的插拔。当光模块14插入后，随着上控温模块301的下降，非金属罩壳对光模块14尾端裸漏出来的金属部分罩住。该非金属罩壳的主要目的是将光模块裸漏的金属部分与外界空气进行隔绝，非金属罩壳与光模块裸漏的金属之间仅仅存在很小的缝隙，基本不会导致凝霜的出现。同时该罩壳为非金属材料，具有一定的保温效果，能够防止裸漏的金属部分与外界空气的热交换，进一步提高降温或升温的速度。
23.如图4所示，光模块测试数据采集电路2主要用来采集测试过程中光模块的相关测试信号。其中，光模块测试数据采集电路2的电路板为现有技术，其数据采集电路也为现有技术，不涉及本案发明点。本发明中，在光模块测试数据采集电路2的电路板上设置数据接口21，（图示中隐去了数据采集电路的元器件，只显示电路板，数据接口21连接在采集元器件上，比如排插，或者串口等等形式）数据接口21与光模块14的接口配合连接。当光模块14插入升降温控温装置3后，与数据接口21接通。这样可实现在快速降温的同时，进行数据采集测试。
24.如图5所示，回温装置包括回温架5和回温除湿装置6。其中，回温架5为常规置物架，回温架5上放置测试后的光模块14。回温除湿装置6主要由加热器和风扇组成，风扇将加
热后的热风吹向回温架5，目的是维持整个测试空间的温度，通过加热降低测试空间的湿度，防止低温测试后及测试过程中光模块的凝霜；同时能够使低温测试后的光模块尽快恢复到室温。
25.电路控制系统4控制预冷装置1、升降温控温装置3、回温除湿装置6、光模块测试数据采集电路2和装置控制屏7的工作。其中，预冷装置1中的第一水冷散热器11、两个第一半导体制冷片12、光模块测试数据采集电路2、升降温控温装置3中的第二水冷散热器31、两个第二半导体制冷片32和升降电机36、回温除湿装置6的加热器和风扇均与电路控制系统4相连接。电路控制系统4的控制上述装置的启停工作均为本领域技术人员所熟知的技术。
26.装置控制屏7为触摸屏，既能显示各个装置的工作参数，也能触摸进行操作。
27.本发明的工作原理是：首先，人工将两块光模块14放入预冷装置1中，预冷装置1为在光模块测试过程中实现预冷功能，大大降低模块测试时间，能够实现光模块温度在1-2分钟内，预冷到-30℃左右。预冷完成后，人工将其中一块光模块14插入升降温控温装置3，第三块光模块接着插入预冷装置1中进行预冷。
28.插入升降温控温装置3的光模块14同时进行快速降温和数据测试。其中，升降温控温装置3是该设备的主要工作装置，实现快速升降温功能，当测试光模块低温工作性能时，能够降预冷后的光模块进行深度降温，实现1-2分钟内，装置温度达到-50℃，光模块温度达到设定测试温度；当测试光模块高温工作性能时，该装置能够在1-2分钟内达到110℃，光模块温度达到设定测试温度。光模块测试数据采集电路2，主要实现光模块高低温测试过程中的测试数据的采集功能。
29.测试完成后，人工将升降温控温装置3的光模块14放入回温架5，回温装置将低温测试后的光模块，自然升温到环境温度，防止低温测试后光模块表面凝霜。
30.本发明基于半导体制冷片设计的一款小型光模块快速升降温装置，该装置制冷及加热均通过半导体制冷片实现。该产品预冷装置、升降温工作装置分别包含两个制冷片，体积紧凑、功率小、成本低、升降温速度快。能够实现≥30℃/min的升降温速率，大大提高光模块的测试效率。若提高测试效率可增加预冷装置数量和升降温装置数量实现多通道测试。
31.以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。