冷機(jī)柱殼法蘭盤
[0043] 圖2中空套筒式冷開關(guān)原理示意圖。
[0044] 圖中：
[0045]L1一中空套筒式冷開關(guān)內(nèi)筒長度
[0046]L2-中空套筒式冷開關(guān)內(nèi)筒底面到外筒內(nèi)表面長度
[0047] 圖3冷開關(guān)閉合原理示意圖。
[0048] 圖中：
[0049]R1-冷開關(guān)的底部結(jié)構(gòu)熱阻
[0050]R2-中空套筒式冷開關(guān)底部結(jié)構(gòu)與外筒的接觸熱阻
[0051]R3-中空套筒式冷開關(guān)底部結(jié)構(gòu)與內(nèi)筒的接觸熱阻
[0052] R4-中空套筒式冷開關(guān)外筒熱阻
[0053] R5-中空套筒式冷開關(guān)內(nèi)筒熱阻
[0054] R6-中空套筒式冷開關(guān)外筒與連接部分熱阻
[0055] R7-中空套筒式冷開關(guān)內(nèi)筒與連接部分熱阻
[0056] R8-中空套筒式冷開關(guān)連接部分本身的熱阻
[0057] R9-中空套筒式冷開關(guān)連接部分與雙向冷頭的接觸熱阻
[0058] 圖4冷開關(guān)斷開原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
[0060] 本實(shí)施例為4-512X512大面陣的紅外探測(cè)器杜瓦組件結(jié)構(gòu)，其主要實(shí)施方法如 下：
[0061] 本發(fā)明涉及的雙制冷且互為備份的冷量傳輸結(jié)構(gòu)，主要結(jié)構(gòu)由支撐1、芯片基板 2、探測(cè)器安裝板3、芯柱4、冷鏈5、雙向冷頭6、中空套筒冷開關(guān)7、冷開關(guān)連接部分701、冷 開關(guān)外筒702、冷開關(guān)內(nèi)筒703、冷開關(guān)底部結(jié)構(gòu)704、下冷屏8、柱殼9等組成。
[0062]制冷機(jī)在工作時(shí)將制冷量通過制冷機(jī)冷指?jìng)鬏數(shù)蕉磐咝局?及冷開關(guān)底部結(jié)構(gòu) 703,由于冷開關(guān)外筒702和冷開關(guān)內(nèi)筒703的材質(zhì)分別為紫銅和因瓦，二者在80K低溫時(shí) 熱導(dǎo)率及線膨脹系數(shù)存在較大差異，導(dǎo)致冷開關(guān)外筒702收縮性比內(nèi)筒703大，冷開關(guān)外筒 702與內(nèi)筒703之間將會(huì)閉合，這樣就能使內(nèi)筒703與外筒702同時(shí)與雙向冷頭6進(jìn)行緊密 接觸，為探測(cè)器正常工作提供了冷量。少部分的制冷量通過右側(cè)的冷開關(guān)內(nèi)筒703、芯柱4 及右側(cè)制冷機(jī)的冷指進(jìn)行傳遞，但是沒有達(dá)到冷開關(guān)7所需要的80K溫度以及相應(yīng)收縮率， 冷開關(guān)外筒703與冷開關(guān)連接部分701存在間隙將不能閉合，因此，右側(cè)的制冷機(jī)將不會(huì)開 啟。如果左側(cè)的制冷機(jī)不能正常工作，右側(cè)的制冷機(jī)將通過電磁或者其他控制方式開啟，冷 開關(guān)7將實(shí)現(xiàn)閉合，保證探測(cè)器能夠連續(xù)性工作。
[0063] 其【具體實(shí)施方式】為：
[0064] 1)芯片基板7采用因瓦材料，具有更小的熱膨脹系數(shù)，可以有效降低熱失配對(duì)芯 片模塊性能的影響。芯片模塊在芯片基板2上完成拼接后，將濾光片支架與芯片基板進(jìn)行 對(duì)中裝配，之后將芯片基板7螺接在探測(cè)器安裝板3上，探測(cè)器安裝板3與支撐1進(jìn)行反向 螺接，支撐1與杜瓦蓋板采用螺接方式，
[0065] 2)芯片基板2與冷鏈5采用螺接方式。冷鏈5與雙向冷頭6均采用紫銅材料，二 者通過釬焊連接。雙向冷頭5與冷開關(guān)7通過冷開關(guān)連接部分701的外螺紋進(jìn)行連接。
[0066] 3)冷開關(guān)7與芯柱4進(jìn)行釬焊。冷開關(guān)7結(jié)構(gòu)剖面圖2所示，冷開關(guān)7各零件除 冷開關(guān)內(nèi)筒703采用因瓦材料外，其余均采用紫銅材料。冷開關(guān)底部結(jié)構(gòu)704與冷開關(guān)內(nèi) 筒703、外筒702以及冷開關(guān)連接部分701均采用高精度裝配及釬焊方式，需要保證冷開關(guān) 外筒703與冷開關(guān)連接部分701、冷開關(guān)外筒702與雙向冷頭6之間均留有0. 2mm間隙，以 實(shí)現(xiàn)制冷機(jī)降溫時(shí)冷開關(guān)能閉合。
[0067] 4)下冷屏8通過螺釘固定在探測(cè)器安裝板3的兩側(cè)，有效降低冷開關(guān)7及雙向冷 頭6的輻射漏熱。
[0068] 5)杜瓦在完成封裝后，分別將主副制冷機(jī)呈共線對(duì)置式布置，并將其冷指分別插 入杜瓦兩側(cè)的芯柱4中。
[0069] 根據(jù)冷開關(guān)的斷開熱阻=R片私+馬+馬+馬+馬，其閉合熱阻的計(jì)算公式為
其中Ri分別為其固體傳導(dǎo)漏熱，以 及接觸熱阻，經(jīng)過優(yōu)化計(jì)算得出冷開關(guān)的性能能達(dá)到lw/k，絕熱lw@50k。
[0070] 以上就完成了一種用于紅外探測(cè)器杜瓦組件的雙制冷且互為備份的冷量傳輸結(jié) 構(gòu)一一中空套筒式冷開關(guān)，來解決傳統(tǒng)的航天用紅外探測(cè)器杜瓦組件在軌壽命末期功耗增 大問題和制冷機(jī)故障而導(dǎo)致儀器癱瘓的概率，提高空間用紅外探測(cè)器組件空間應(yīng)用的可靠 性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙制冷且互為備份的冷量傳輸結(jié)構(gòu)，它包括：支撐（1)、芯片基板（2)、探測(cè)器安 裝板（3)、芯柱（4)、冷鏈（5)、雙向冷頭（6)、中空套筒冷開關(guān)（7)、冷開關(guān)連接部分（701)、 冷開關(guān)外筒（702)、冷開關(guān)內(nèi)筒（703)、冷開關(guān)底部結(jié)構(gòu)（704)、下冷屏（8)、柱殼（9)、主制冷 機(jī)柱殼法蘭盤（901)、備份制冷機(jī)柱殼法蘭盤（902);其特征在于： 雙向冷頭（6)與冷開關(guān)通過冷開關(guān)連接部分（704)的外螺紋進(jìn)行連接，中空套筒式冷 開關(guān)（7)與芯柱（4)進(jìn)行釬焊，中空套筒式冷開關(guān)各零件除中內(nèi)筒（703)采用因瓦材料外， 其余均采用紫銅材料，中空套筒式底部結(jié)構(gòu)（704)與中空套筒式冷開關(guān)內(nèi)筒（703)、外筒 (702)以及中空套筒式冷開關(guān)連接部分（701)均采用高精度裝配及釬焊方式，需要保證中 空套筒式外筒（702)與中空套筒式連接部分（704)、中空套筒式外筒（702)與雙向冷頭（6) 之間均留有0. 2mm-0. 6_間隙；下冷屏（8)通過螺釘固定在探測(cè)器安裝板（3)的兩側(cè)，支撐 (1)、探測(cè)器安裝板（3)、芯柱（4)均采用TC4材料，芯柱（4)與柱殼（9)之間采用激光焊接 方式密封連接，主制冷機(jī)法蘭盤（901)和備份制冷機(jī)法蘭盤（902)釬焊在焊在柱殼（9)上。2. -種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述一種雙制冷且互為備份的冷量傳輸結(jié)構(gòu)的方法，其特征 在于方法步驟如下： 1) 完成中空套筒冷開關(guān)冷量傳輸結(jié)構(gòu)的焊接與裝配； 2) 完成各零部件的焊接、探測(cè)器組裝、二極管膠接及引線焊接等工藝； 3) 將步驟1)中中空套筒冷開關(guān)冷量傳輸結(jié)構(gòu)與步驟2)中的杜瓦與進(jìn)行密封裝配； 4) 將步驟3)的杜瓦與雙制冷機(jī)耦合裝配； 5) 將步驟4)的杜瓦組件進(jìn)行抽真空，在杜瓦內(nèi)部真空達(dá)到IX10 4Pa后，開啟左側(cè)主制 冷機(jī)，冷量通過左側(cè)冷開關(guān)（7)進(jìn)行傳遞，少部分的制冷量通過右側(cè)的冷開關(guān)內(nèi)筒（703)、 芯柱（9)及右側(cè)制冷機(jī)的冷指進(jìn)行傳遞、但是沒有達(dá)到冷開關(guān)所需要的80K溫度以及相應(yīng) 收縮率，冷開關(guān)外筒（702)與冷開關(guān)連接部分（701)存在間隙將不能閉合，因此，備份制冷 機(jī)將不會(huì)開啟； 5)如果主制冷機(jī)不能正常工作，備份制冷機(jī)將通過電磁或者其他控制方式開啟，冷開 關(guān)將實(shí)現(xiàn)閉合，保證探測(cè)器能夠連續(xù)性工作。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙制冷且互為備份的冷量傳輸結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，結(jié)構(gòu)中的冷開關(guān)內(nèi)筒采用因瓦材料，其余采用紫銅材料。冷開關(guān)底部結(jié)構(gòu)與冷開關(guān)內(nèi)筒、外筒以及中空套筒式連接部分均采用高精度裝配釬焊方式，需保證外筒與連接部分、外筒與雙向冷頭之間均留有0.2mm-0.6mm間隙。中空套筒式冷開關(guān)與雙向冷頭通過螺紋連接，主制冷機(jī)與備份制冷機(jī)呈左右對(duì)置式布置。主制冷機(jī)開啟，冷量通過主制冷機(jī)冷開關(guān)傳遞，少部分冷量通過備份的冷開關(guān)內(nèi)筒、芯柱及備份制冷機(jī)的冷指?jìng)鬟f，但沒有達(dá)到備份中空套筒式冷開關(guān)所需要的溫度以及相應(yīng)收縮率，備份外筒與連接部分存在間隙將不能閉合，反之亦然，保證探測(cè)器能夠連續(xù)工作。本發(fā)明提高了空間紅外探測(cè)器組件應(yīng)用的可靠性。
【IPC分類】G01J5/02
【公開號(hào)】CN105371961
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510866470
【發(fā)明人】陳俊林, 沈一璋, 王小坤, 李俊, 孫聞, 郝振貽
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年12月1日