專利名稱：用于紅外檢測器的冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于紅外檢測器的冷卻裝置。
這種類型的冷卻裝置例如用來冷卻在紅外傳感器中使用的紅外檢測器。傳感器可以包括一個裝有紅外檢測器的攝像機殼體。安裝在攝像機殼體中的透鏡系統(tǒng)把紅外輻射聚焦到紅外檢測器上。紅外檢測器一般包括一個檢測器元件的聚焦平面陣列。對于具體用途，可以把類型汞-鎘-碲(Hg-Cd-Te)的二極管元件用作檢測器元件。該物質(zhì)卓越地適用于長波紅外范圍(8-12μm)和中波紅外范圍(3-5μm)。為了保證其適當(dāng)功能，檢測器陣列在工作中冷卻到80開爾文的溫度。為此目的，利用在權(quán)利要求1中敘述的類型的冷卻裝置。
在該上下文中廣泛使用的是低溫冷卻裝置，如斯特林冷卻器。其他冷卻裝置是珀爾帖或焦?fàn)?湯姆遜類型的。在珀爾帖冷卻裝置中，珀爾帖元件實現(xiàn)一定的溫度降。通過串聯(lián)連接幾個珀爾帖元件，能實現(xiàn)遠大于使用單獨元件可能的溫度降。焦?fàn)?湯姆遜類型的冷卻裝置基于通過膨脹氣體冷卻的原理。
考慮到磨損和能量消耗，如果不使用傳感器，則一般不建議讓冷卻裝置接通。在該情況下，將脫開冷卻裝置，這使得紅外檢測器的溫度升高到環(huán)境值。在一定條件下，環(huán)境溫度可能升高到較高值，例如由作用在裝有檢測器的攝象機上的太陽熱量引起。這常常發(fā)生在其中環(huán)境溫度遠超過50℃的軍事環(huán)境中。然而，(Hg-Cd-Te)類型的檢測器看來似乎帶來這樣一個問題由于在檢測器二極管中的擴散效應(yīng)，檢測器在超過室溫的溫度下經(jīng)受分解。分解速率與溫度成正比地增加。這不可避免地減小檢測器二極管的有效性。這具體地構(gòu)成一個問題，因為這些類型的檢測器價格極高。另外，這將把檢測器陣列的使用壽命縮短到相當(dāng)程度。已知的冷卻裝置因此具有這樣一個缺陷不適用于當(dāng)暴露于較高溫度時其使用壽命嚴重縮短的檢測器陣列中的用途。
根據(jù)本發(fā)明，權(quán)利要求1中所述的冷卻裝置消除了該缺陷。
相伴的優(yōu)點在于，檢測器陣列能保持在可接收的備用溫度下，而冷卻裝置不消耗太多的能量。
在一個特定實施例中，冷卻裝置包括一個在備用模式中與操作模式相比以減小的冷卻功率工作的冷卻器。
一個另外的便利實施例在權(quán)利要求3中敘述。在該實施例中，紅外檢測溫度被測量，并且應(yīng)用于控制冷卻裝置的功率的調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器把溫度基本恒定地保持為用在工作和備用模式中所要求的值。
一個另外的便利實施例在權(quán)利要求6中敘述。通過在備用模式中比在工作模式中通電較少的珀爾帖元件，簡單地實現(xiàn)支持該實施例的新穎的原理。
另外的有效實施例在權(quán)利要求7、8和9中敘述。這些實施例通過一個用于工作模式的主冷卻器和一個用于備用模式的輔助冷卻器的應(yīng)用，實現(xiàn)新穎的原理。
現(xiàn)在將參照如下附圖進一步詳細描述本發(fā)明，在附圖中

圖1表示包括一個用來控制在兩種工作模式中的冷卻功率的調(diào)節(jié)器的分開斯特林(split-stirling)冷卻器；圖2表示包括一個根據(jù)焦?fàn)?湯姆遜原理的輔助冷卻器的分開斯特林冷卻器；圖3表示包括一個調(diào)節(jié)器的珀爾帖冷卻器。
圖1表示一種根據(jù)本發(fā)明、包括一個分開斯特林冷卻器1、適用于用在工作和備用模式中的冷卻裝置。分開斯特林冷卻器包括一個經(jīng)分開管3連接到一個冷凝器4上的壓縮機2。冷凝器4包括一個置換器和一個回?zé)崞鳎趫D中未表示。壓縮機2、分開管3及冷凝器4構(gòu)成一個填充有諸如氦之類的冷凍氣體的封閉系統(tǒng)。借助于兩個活塞5和6，壓縮機2在系統(tǒng)中產(chǎn)生隨時間變化的壓力。活塞5和6由對其施加交流電壓的直線電動機(這里未表示)致動，該電動機使兩個活塞在相反方向7以交流電壓的頻率和以取決于交流電壓振幅的振幅進行振蕩運動。該隨時間變化的壓力將在冷凝器4中產(chǎn)生四個連續(xù)的斯特林循環(huán)，即從冷側(cè)8向熱側(cè)9抽取熱量。結(jié)果，冷凝器4的冷側(cè)8假定具有70至80開爾文的溫度。冷凝器4可以定位在提供有透鏡(這里未表示)的攝像機殼體中。透鏡把紅外輻射聚焦到Hg-Cd-Te(汞-鎘-碲)類型的檢測二極管的一個注視陣列(staringarray)10上，陣列10連接到冷凝器的冷側(cè)。
用于冷卻裝置的冷卻功率通過改變壓縮機活塞運動的振幅來控制/調(diào)節(jié)。為此目的，提供一個調(diào)節(jié)器11，以致動一個產(chǎn)生用于壓縮機電動機的的交流電壓的放大器12。調(diào)節(jié)器11包括一個這里未表示的選擇器開關(guān)，以允許冷卻裝置在工作模式或備用模式中起作用。在工作模式中，這樣控制冷卻功率，從而冷凝器4的冷側(cè)達到約70至80開爾文的溫度；在備用模式中的溫度可以在-20至40攝氏度的范圍內(nèi)，但最好不超過20攝氏度。冷凝器的冷側(cè)8可以裝有一個連接到調(diào)節(jié)器11上的溫度傳感器13。調(diào)節(jié)器11根據(jù)溫度測量把冷卻功率調(diào)節(jié)到希望值。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置的另一個實施例。冷卻裝置包括一個在對該實施例的例子中作為分開斯特林冷卻器2、3、4實現(xiàn)的主冷卻器；及一個在該例子中作為按照焦?fàn)?湯姆遜原理工作的冷卻器實現(xiàn)的輔助冷卻器14。經(jīng)一根供給管線15，膨脹氣體沿注視陣列10吹脹。在工作模式中，主冷卻器冷卻注視陣列10，直到達到70至80開爾文的工作溫度。在備用模式中，主冷卻器脫開，并且致動輔助冷卻器14。輔助冷卻器的冷卻容量足以防止注視陣列10的分解。
圖3表示本發(fā)明的一個實施例，其中冷卻裝置包括一組珀爾帖元件E1、…、En。每個珀爾帖元件Ei實現(xiàn)一定的溫度降。要冷卻的注視陣列10放置在該組珀爾帖元件的頂部。珀爾帖元件分別經(jīng)連接線A1、…、An借助于電源16供電。電源具有工作模式和備用模式。在工作模式中，向所有的珀爾帖元件供電；在備用模式中，只向有限數(shù)量的珀爾帖元件供電，盡管該數(shù)量的元件足以把注視陣列保持在陣列分解實際上不可能的溫度下。最好，只連接最接近注視陣列10的那些珀爾帖元件，例如前三個元件。要冷卻的一側(cè)可以提供有一個連接到電源上的溫度傳感器(在圖中未表示)，該電源根據(jù)溫度傳感器測量連接或脫開珀爾帖元件。
權(quán)利要求
1．用于紅外檢測器的冷卻裝置，用來在操作模式中把紅外檢測器冷卻到至少基本上為工作溫度T1，其特征在于，也把冷卻裝置設(shè)計成用來在備用模式中把紅外檢測器冷卻到至少基本上為備用溫度T2，其中T2遠高于T1。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于，所述裝置包括一個在備用模式中與操作模式相比以減小的冷卻功率工作的冷卻器。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷卻裝置，其特征在于，所述裝置包括一個用來測量紅外檢測元件的溫度的溫度傳感器、和一個用來在工作和備用模式中響應(yīng)來自溫度傳感器的信號而控制冷卻功率的調(diào)節(jié)器。
4．一種調(diào)節(jié)器，用于結(jié)合到根據(jù)權(quán)利要求3所述的冷卻裝置中。
5．根據(jù)權(quán)利要求3所述的冷卻裝置，其特征在于，冷卻器是斯特林、焦?fàn)?湯姆遜或珀爾帖類型的冷卻器。
6．根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷卻裝置，其特征在于，所述裝置包括多個串聯(lián)連接的珀爾帖元件，并且通過在備用模式中比在工作模式中向較少的珀爾帖元件供電，能有效地減小冷卻功率。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于，所述裝置包括一個在工作模式中用來冷卻紅外檢測器的主冷卻器、和一個在備用模式中用來冷卻紅外檢測器的輔助冷卻器。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻裝置，其特征在于，輔助冷卻器是焦?fàn)?湯姆遜類型的。
9．根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻裝置，其特征在于，輔助冷卻器包括一根用來把膨脹氣體供給到紅外檢測器的供給管線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用來冷卻紅外檢測器的冷卻裝置。冷卻裝置在工作模式和備用模式中起作用。在工作模式中,把紅外檢測器冷卻到工作溫度;在備用模式中,把紅外檢測器冷卻到非工作備用溫度,以便預(yù)防檢測器元件的分解。
文檔編號H01J23/00GK1288593SQ99802128
公開日2001年3月21日 申請日期1999年1月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月14日
發(fā)明者安東尼奧·亨德里庫斯·瑪麗婭·奧爾伯茨 申請人:荷蘭塞納拉帕拉塔公司