專利名稱：液氮致冷的紅外探測(cè)器壓控變溫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外光電探測(cè)器測(cè)試技術(shù)，具體涉及一種液氮致冷的紅外探測(cè)器壓控變溫系統(tǒng)，它是一種采用液氮致冷的、壓力控制溫度變化的變溫測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對(duì)于碲鎘汞紅外探測(cè)器，由于其固有的物理特性，為避免入射信號(hào)被熱噪聲淹沒(méi)，所以一般必須工作在低溫下，例如77K工作溫度，或在77K上下約15 33度的工作范圍，即約65K IlOK的溫度范圍。另外，由于碲鎘汞材料的禁帶寬度隨溫度變化，因此在碲鎘汞探測(cè)器的響應(yīng)波長(zhǎng)、暗電流特性等參數(shù)也隨溫度變化。所以，在碲鎘汞探測(cè)器研制和生產(chǎn)過(guò)程中，研究者特別期望一種易于實(shí)現(xiàn)、沒(méi)有電磁干擾的變溫系統(tǒng)，對(duì)上述溫度范圍內(nèi)的器件性能與溫度、器件響應(yīng)波段與溫度等關(guān)系進(jìn)行研究。本發(fā)明就是在這樣的背景下提出并 實(shí)現(xiàn)的一種實(shí)用的變溫系統(tǒng)。通常，為獲得65K IlOK溫度范圍的變溫系統(tǒng)，可以有二種途徑獲得。一是采用機(jī)械制冷機(jī)，匹配專用的杜瓦，通過(guò)杜瓦內(nèi)的測(cè)溫元件反饋控制制冷機(jī)行程的方法，獲得在此溫區(qū)的任意溫度。二是一種通過(guò)機(jī)械方式提升液氮液面獲得被測(cè)器件高于77K的變溫杜瓦，或以液氮作為冷源、以電加熱達(dá)到冷熱平衡方法，使冷平面得到高于正常沸點(diǎn)液氮溫度的某一點(diǎn)低溫溫度[ZL89213854. 8]。這二種方法都有各自的問(wèn)題與不足。對(duì)于機(jī)械制冷機(jī)獲得低溫變溫的方法，雖然可以獲得上述所述溫區(qū)中任意點(diǎn)溫度，但首先存在的最大問(wèn)題是，對(duì)于小信號(hào)測(cè)試來(lái)說(shuō)，由于電磁干擾的存在，很容易對(duì)探測(cè)器微弱信號(hào)造成干擾，從而嚴(yán)重影響了弱信號(hào)測(cè)試精度；其次，機(jī)械制冷機(jī)必須配套專用的杜瓦，耦合、樣品安裝等過(guò)程非常繁雜，也非常耗費(fèi)時(shí)間，無(wú)法滿足探測(cè)器研制中快速、大量的探測(cè)器性能測(cè)試篩選的要求；再有，機(jī)械制冷機(jī)代價(jià)高昂，使用壽命有限。然而，對(duì)于采用提升液氮液面的方法獲得變溫的方法，其最大的問(wèn)題是只能獲得77K以上的溫度變化，因?yàn)樵摲椒ㄊ峭ㄟ^(guò)液面提升，減少液氮與冷指接觸面積的方法，減少冷量傳導(dǎo)，而此時(shí)其它熱損耗沒(méi)有降低，從而使被測(cè)樣品溫度高于77K ;另外，由于熱傳導(dǎo)的滯后效應(yīng)，經(jīng)常需要較長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間，控溫精度較差。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述存在的諸多問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種壓控液氮致冷變溫系統(tǒng)，方便地實(shí)現(xiàn)被測(cè)樣品在65 IlOK溫度范圍的任意變化。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的一種液氮致冷的紅外探測(cè)器變溫測(cè)試系統(tǒng)，系統(tǒng)由二部分組成，一為氣壓控制系統(tǒng)，二為變溫專用變溫杜瓦系統(tǒng)。被測(cè)樣品安裝于專用杜瓦內(nèi)。通過(guò)對(duì)杜瓦液氮容器內(nèi)液面的壓力控制，實(shí)現(xiàn)精確溫度控制，溫度變化范圍為63K 126K。由于是壓力控制溫度變化，變溫系統(tǒng)沒(méi)有外加的電磁干擾，因此特別適用于紅外探測(cè)器小信號(hào)的變溫測(cè)試?；驹?br> 大家知道，沸點(diǎn)比室溫低得多的低溫液體是在各種實(shí)驗(yàn)中的主要冷源，而液氮就是最常用、最便宜的冷源。因而在紅外探測(cè)器研制中被廣泛采用作為低溫冷源。由液氮的氣液相圖(如圖I、圖2所示)，通常用溫度和壓強(qiáng)為坐標(biāo)來(lái)表示單元系的平衡性質(zhì)。圖中，氣相、液相和固相的分界線分別稱為氣化線、熔解線(凝固線)和升華線。曲線上的任意一點(diǎn)表示該點(diǎn)所給出的溫度和壓強(qiáng)下二相共存。氣化線的存在說(shuō)明，氣液二相達(dá)到平衡(即飽和)時(shí)，溫度(沸點(diǎn))和壓強(qiáng)(飽和蒸氣壓)之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，氣化線又稱為飽和蒸氣壓曲線。氣化線從三相點(diǎn)出發(fā)，終止于臨界點(diǎn)。氮?dú)獾娜帱c(diǎn)溫度與壓強(qiáng)及臨界點(diǎn)溫度與壓強(qiáng)見(jiàn)表I。表I、氮?dú)獾男再|(zhì)
權(quán)利要求
1.一種液氮致冷的紅外探測(cè)器壓控變溫系統(tǒng)，它由氣壓控制系統(tǒng)和變溫專用變溫杜瓦系統(tǒng)構(gòu)成，其特征在于 所述的液氮致冷的紅外探測(cè)器壓控變溫系統(tǒng)各部件間的連接方式為系統(tǒng)中三通閥(10)的A端與恒壓閥(6)和壓力控制閥門(7)相連，三通閥(10)的B端與精密控制針閥(4)和真空隔斷閥門(3)相連，三通閥(10)的C端與變溫專用變溫杜瓦系統(tǒng)連接；壓力控制閥門(7)的另一端連接氮?dú)怃撈?8)，真空隔斷閥門(3)的另一端連接真空抽氣泵(2);壓力量表(9)連接在三通閥(10)和恒壓閥(6)之間，真空量表(5)連接在三通閥(10)和精密控制針閥(4)之間； 系統(tǒng)的工作方式為正壓區(qū)工作，三通閥門(10)處于A-C通，A-B、B-C隔斷，打開壓力控制閥(7)，專用變溫杜瓦(I)內(nèi)的壓力控制液氮液面上部空腔(1-10)壓力上升，即專用變溫杜瓦內(nèi)的液氮(1-5)的氣液面的壓力上升，隨著壓力的增加，液氮溫度上升，壓力由壓力量表(9)測(cè)量；恒壓閥(6)的壓力控制在10 15個(gè)大氣壓之間，此時(shí)溫度在77. 344K到100K IlOK之間變化，精確的被測(cè)器件(1-7)溫度可以由杜瓦內(nèi)的溫度傳感器(1-6)得到；在真空區(qū)工作，三通閥門(10)處于A-C、A-B隔斷，B-C通，打開真空隔斷閥門(3)，專用變溫杜瓦(I)內(nèi)的壓力控制空腔(1-10)真空度下降，即專用變溫杜瓦內(nèi)的液氮(1-5)的氣液面的真空度下降，隨著真空度的下降，液氮溫度下降，真空度由真空量表(5)測(cè)量；在達(dá)到所需的真空度附近，精確的真空度可由精密控制針閥(4)進(jìn)行細(xì)調(diào)控制，真空度由O. IOlOMPa到O. 0125MPa變化，則溫度在77. 344K到63. 15K之間變化，精確的被測(cè)器件(1_7)溫度由杜瓦內(nèi)的溫度傳感器(1-6)得到。
全文摘要
本發(fā)明公開了液氮致冷的紅外探測(cè)器壓控變溫系統(tǒng)，系統(tǒng)由增壓系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、專用杜瓦系統(tǒng)組成。被測(cè)樣品安裝于專用杜瓦內(nèi)。通過(guò)對(duì)杜瓦液氮容器內(nèi)液面的壓力控制，實(shí)現(xiàn)精確溫度控制；該系統(tǒng)的溫度變化范圍為63K～126K。由于是壓力控制杜瓦探測(cè)器的溫度變化，該變溫系統(tǒng)沒(méi)有外加的電磁干擾，特別適用于紅外探測(cè)器小信號(hào)變溫測(cè)試。
文檔編號(hào)G01J5/00GK102818634SQ20121027400
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者張勤耀, 祝海彬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所