專利名稱：一種可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)，具體涉及一種光學(xué)系統(tǒng)可控溫焦面探測(cè) 器機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可以應(yīng)用于真空環(huán)境下。
背景技術(shù)：
高性能空間相機(jī)或空間望遠(yuǎn)鏡等在不同工作模式和不同工作環(huán)境下， 其工作溫度 要求不同。如在成像和觀測(cè)時(shí)需要其焦面制冷到較低溫度(-50°C -150°C等)，而在某些 測(cè)試模式下，需要探測(cè)器工作在常溫環(huán)境(如10°C 40°C等)。當(dāng)探測(cè)器由常溫降至低溫時(shí)，某些印制板及膠等易揮發(fā)物質(zhì)、空氣中的水蒸汽都 會(huì)凝結(jié)到溫度較低的探測(cè)器上，將會(huì)對(duì)探測(cè)器性能產(chǎn)生影響。另外，探測(cè)器在不同模式下的溫度需求是不同的，就需要根據(jù)不同模式設(shè)定探測(cè) 器的溫度控制點(diǎn)?，F(xiàn)有的光電探測(cè)器機(jī)構(gòu)主要依靠被動(dòng)散熱方式進(jìn)行溫度控制，而沒有采 用智能主動(dòng)制冷和智能主動(dòng)加熱方式，因而其溫度控制范圍及溫度控制精度都很差。探測(cè)器機(jī)構(gòu)的溫度控制能力與探測(cè)器組件的熱環(huán)境密切相關(guān)，為了實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的 制冷需求，需要控制好環(huán)境向探測(cè)器的各種漏熱量，在真空條件下主要是導(dǎo)熱漏熱和輻射 漏熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)，主要解決了現(xiàn)有焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)無(wú)法滿 足在不同溫度條件下工作的問題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)，包括殼體1、機(jī)箱2、探測(cè)器3和探測(cè)器安裝座4，所 述機(jī)箱2固定設(shè)置于殼體1內(nèi)，機(jī)箱2的進(jìn)光口上設(shè)置有與探測(cè)器觀測(cè)位置對(duì)應(yīng)的透明觀 測(cè)窗7，所述探測(cè)器3和探測(cè)器安裝座4設(shè)置于機(jī)箱2內(nèi)，其特征在于所述探測(cè)器安裝座4 包括探測(cè)器支撐板41和冷板42，探測(cè)器支撐板41與機(jī)箱2固定連接；所述探測(cè)器3設(shè)置 于冷板42 —側(cè)，探測(cè)器3上設(shè)置有溫度測(cè)試傳感器；所述冷板42另一側(cè)設(shè)置有制冷器10 ； 所述制冷器10遠(yuǎn)離冷板42 —側(cè)設(shè)置有導(dǎo)熱裝置11 ；所述導(dǎo)熱裝置11和冷板42將制冷器 10隔離密封。上述制冷器10以選擇TEC熱電制冷器為佳。上述機(jī)箱2為真空密封機(jī)箱。上述導(dǎo)熱裝置11包括制冷器支撐板111、換熱板112、熱管113和散熱器114，制 冷器支撐板111、換熱板112和熱管113設(shè)置于機(jī)箱2內(nèi)，制冷器支撐板111 一端與冷板42 固定連接，另一端與換熱板112 —側(cè)固定連接，換熱板112另一側(cè)與熱管113固定連接；換 熱板112與熱管113的固定連接是螺紋固定連接后再通過導(dǎo)熱填料粘接；散熱器114設(shè)置 于機(jī)箱2外，散熱器114與熱管113連接。上述制冷器支撐板111外側(cè)或制冷器支撐板外側(cè)的冷板42上設(shè)置有加熱器12 ；設(shè)支撐板111靠近制冷器10 —側(cè)為內(nèi)側(cè)，遠(yuǎn)離制冷器10 —側(cè)為外側(cè)。上述機(jī)箱2與殼體1通過隔熱墊塊6固定連接，探測(cè)器支撐板41與殼體1之間設(shè)置有密封隔熱墊塊8。上述制冷器10與換熱板112之間設(shè)置有導(dǎo)熱填料；上述制冷器10與冷板42之間 設(shè)置有導(dǎo)熱填料，冷板42與探測(cè)器3之間設(shè)置有導(dǎo)熱填料。上述殼體1的內(nèi)表面鍍金或鍍鋁，殼體1外部設(shè)置有隔熱材料，隔熱材料為多層隔 熱材料或泡沫隔熱材料；探測(cè)器安裝座4為鈦合金或殷鋼安裝座。上述導(dǎo)熱填料可以選擇⑶414單組份室溫硫化硅橡膠、⑶414C單組份室溫硫化硅 橡膠、D-3導(dǎo)熱脂、銦箔、CHO-THERM T500、Silpad2000導(dǎo)熱絕緣墊等。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、可以實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的不同工作溫度需求。探測(cè)器制冷降溫時(shí)，作用速度快，控制精度高，可靠性高。通過TEC模塊熱電制冷 器對(duì)探測(cè)器進(jìn)行主動(dòng)制冷，實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的制冷需求。通過探測(cè)器上的溫度測(cè)點(diǎn)與設(shè)定值比 較，然后調(diào)節(jié)TEC電流大小可以實(shí)現(xiàn)TEC的制冷能力調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)探測(cè)器溫度的精密制 冷。探測(cè)器需要升溫時(shí)，作用速度快，控制精度高，可靠性高。通過在探測(cè)器安裝座上 內(nèi)置或外貼加熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的加熱需求，通過探測(cè)器上的溫度測(cè)點(diǎn)結(jié)合上述加熱器可 以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉環(huán)控制，可以實(shí)現(xiàn)探測(cè)器溫度的精密閉環(huán)控制。另外改變TEC直流電方向，還 可以使TEC反向工作，使探測(cè)器加熱。2.探測(cè)器在各種環(huán)境(實(shí)驗(yàn)室或空間環(huán)境)工作時(shí)，不受結(jié)霜和污染影響。通過 對(duì)探測(cè)器空間進(jìn)行抽真空，保證探測(cè)器組件不會(huì)受到水蒸氣的影響。另外，機(jī)箱內(nèi)部沒有其 他電路板等易揮發(fā)物質(zhì)，也減少了污染量。3、減小環(huán)境漏熱量。由于機(jī)箱內(nèi)部為真空，探測(cè)器受到的環(huán)境漏熱量主要是導(dǎo)熱 漏熱和輻射漏熱。本設(shè)計(jì)中探測(cè)器散熱路徑各部件與周圍環(huán)境良好隔熱，探測(cè)器安裝座為 鈦合金材料并加裝多個(gè)隔熱可有效減小導(dǎo)熱漏熱。對(duì)探測(cè)器及機(jī)箱內(nèi)表面鍍金或鍍鋁處 理，可以減小其紅外發(fā)射率。同時(shí)機(jī)箱外部包覆隔熱材料(如多層隔熱材料或泡沫隔熱材 料)，以減小周圍環(huán)境的影響。


圖1為本發(fā)明的可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳述，如圖1所示該可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)包括殼體1、機(jī)箱2、探測(cè)器3和探測(cè)器安裝座4，殼體1 的內(nèi)表面可以進(jìn)行鍍金或鍍鋁處理，該處理可減小輻射漏熱和紅外發(fā)射率；殼體1外部設(shè)置有隔熱材料5，隔熱材料為多層隔熱材料或泡沫隔熱材料，減小了 對(duì)周圍環(huán)境的影響；機(jī)箱2固定設(shè)置于殼體1內(nèi)，機(jī)箱2與殼體1通過隔熱墊塊6固定連接； 機(jī)箱的進(jìn)光口上設(shè)置有與探測(cè)器觀測(cè)位置對(duì)應(yīng)的透明觀測(cè)窗7，以使探測(cè)器制冷時(shí)面受結(jié) 霜、結(jié)霧、污染影響，使探測(cè)器面免受損傷或性能下降。
探測(cè)器3和探測(cè)器安裝座4設(shè)置于機(jī)箱內(nèi)，探測(cè)器安裝座4的材料可選用鈦合金或殷鋼；探測(cè)器安裝座4包括探測(cè)器支撐板41和冷板42，探測(cè)器支撐板41與機(jī)箱2固定 連接；探測(cè)器支撐板41與機(jī)箱2之間設(shè)置有密封隔熱墊塊8，減小了導(dǎo)熱漏熱。探測(cè)器3設(shè)置于冷板42 —側(cè)，探測(cè)器3上設(shè)置有溫度測(cè)試傳感器。冷板42另一 側(cè)設(shè)置有制冷器10，此處制冷器選擇TEC熱電制冷器，當(dāng)探測(cè)器需要制冷降溫時(shí)，TEC熱電 制冷器可以根據(jù)冷端溫度實(shí)測(cè)值與設(shè)定值比較，通過相應(yīng)的控制算法來(lái)調(diào)節(jié)TEC的制冷量 大小，從而實(shí)現(xiàn)探測(cè)器溫度的閉環(huán)自動(dòng)控制。制冷器10遠(yuǎn)離冷板42 —側(cè)設(shè)置有導(dǎo)熱裝置11 ；導(dǎo)熱裝置11和冷板42將制冷器 10隔離密封。其中導(dǎo)熱裝置包括制冷器支撐板111、換熱板112、熱管113和散熱器114，制 冷器支撐板111、換熱板112和熱管113設(shè)置于機(jī)箱2內(nèi)，制冷器支撐板111 一端與冷板42 固定連接，另一端與換熱板112 —側(cè)固定連接，換熱板112另一側(cè)與熱管113固定連接；換 熱板112與熱管113的固定連接是螺紋固定連接后再通過導(dǎo)熱填料粘接；散熱器114設(shè)置 于機(jī)箱2外，散熱器114與熱管113連接。制冷器支撐板111外側(cè)或制冷器支撐板外側(cè)的冷板42上可分別設(shè)置有加熱器12， 也可均設(shè)置加熱器12 ；設(shè)制冷器支撐板111靠近制冷器10 —側(cè)為內(nèi)側(cè)，遠(yuǎn)離制冷器10 — 側(cè)為外側(cè)。當(dāng)探測(cè)器3需要加熱升溫時(shí)，加熱器12可以根據(jù)探測(cè)器溫度實(shí)測(cè)值與設(shè)定值比 較，通過相應(yīng)的控制算法來(lái)調(diào)節(jié)加熱器的功率及加熱時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)探測(cè)器溫度的閉環(huán)自動(dòng)控 制。制冷器10與換熱板112之間、制冷器10與冷板42之間、冷板42與探測(cè)器3之間 均可填充有導(dǎo)熱填料；導(dǎo)熱填料可以選擇GD414單組份室溫硫化硅橡膠、GD414C單組份室 溫硫化硅橡膠、D-3導(dǎo)熱脂、銦箔、CHO-THERM T500、Silpad2000導(dǎo)熱絕緣墊等。工作狀態(tài)的描述假定探測(cè)器初始溫度為20°C，目標(biāo)溫度為-80°C;TEC制冷器工作，TEC冷端與冷板 接觸一側(cè)開始制冷，使探測(cè)器溫度不斷降低。根據(jù)探測(cè)器溫度與目標(biāo)溫度的差值大小調(diào)節(jié) 制冷器的工作電流及其制冷量，從而最終使探測(cè)器制冷到目標(biāo)溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)器的制冷； 為了達(dá)到最優(yōu)的制冷效果，必須將TEC制冷器熱端產(chǎn)生的熱量予以排散。通過相應(yīng)的散熱 裝置如熱管、散熱器等將該熱量傳遞到外部空間或熱沉。如果探測(cè)器溫度需要達(dá)到較高溫度如40°C，則啟動(dòng)探測(cè)器支撐板上的加熱器模 塊。根據(jù)探測(cè)器溫度與目標(biāo)溫度的差值來(lái)調(diào)節(jié)加熱器的工作時(shí)間及功率大小，最終使探測(cè) 器溫度達(dá)到穩(wěn)定的目標(biāo)溫度。
權(quán)利要求
一種可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)，包括殼體(1)、機(jī)箱(2)、探測(cè)器(3)和探測(cè)器安裝座(4)，所述機(jī)箱(2)固定設(shè)置于殼體(1)內(nèi)，機(jī)箱(2)的進(jìn)光口上設(shè)置有與探測(cè)器觀測(cè)位置對(duì)應(yīng)的透明觀測(cè)窗(7)，其特征在于所述探測(cè)器3和探測(cè)器安裝座(4)設(shè)置于機(jī)箱(2)內(nèi)，其特征在于所述探測(cè)器安裝座(4)包括探測(cè)器支撐板(41)和冷板(42)，探測(cè)器支撐板(41)與機(jī)箱(2)固定連接；所述探測(cè)器(3)設(shè)置于冷板(42)一側(cè)，探測(cè)器(3)上設(shè)置有溫度測(cè)試傳感器；所述冷板(42)另一側(cè)設(shè)置有制冷器(10)；所述制冷器(10)遠(yuǎn)離冷板(42)一側(cè)設(shè)置有導(dǎo)熱裝置(11)；所述導(dǎo)熱裝置(11)和冷板(42)將制冷器(10)隔離密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)，其特征在于所制冷器(10)為TEC 熱電制冷器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)，其特征在于所述機(jī)箱(2)為真空 密封機(jī)箱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)熱裝 置(11)包括制冷器支撐板(111)、換熱板(112)、熱管(113)和散熱器(114)，制冷器支撐 板(111)、換熱板(112)和熱管(113)設(shè)置于機(jī)箱(2)內(nèi)，制冷器支撐板(111) 一端與冷板(42)固定連接，另一端與換熱板(112)—側(cè)固定連接，換熱板(112)另一側(cè)與熱管(113)固 定連接；換熱板(112)與熱管(113)的固定連接是螺紋固定連接后再通過導(dǎo)熱填料粘接； 散熱器(114)設(shè)置于機(jī)箱(2)外，散熱器(114)與熱管(113)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)，其特征在于所述制冷器支撐板 (111外側(cè)或制冷器支撐板外側(cè)的冷板(42)上設(shè)置有加熱器(12)；設(shè)支撐板(111)靠近制 冷器(10) —側(cè)為內(nèi)側(cè)，遠(yuǎn)離制冷器(10) —側(cè)為外側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)，其特征在于所述機(jī)箱(2)與殼體(1)通過隔熱墊塊(6)固定連接，探測(cè)器支撐板(41)與殼體(1)之間設(shè)置有密封隔熱墊塊 ⑶。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)，其特征在于所述制冷器(10)與換 熱板(112)之間設(shè)置有導(dǎo)熱填料；上述制冷器(10)與冷板(42)之間設(shè)置有導(dǎo)熱填料，冷板 (42)與探測(cè)器(3)之間設(shè)置有導(dǎo)熱填料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)，其特征在于所述殼體(1的內(nèi)表面 鍍金或鍍鋁，殼體(1)外部設(shè)置有隔熱材料，隔熱材料為多層隔熱材料或泡沫隔熱材料；探 測(cè)器安裝座(4)為鈦合金或殷鋼安裝座。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)熱填料可以 選擇⑶414單組份室溫硫化硅橡膠、⑶414C單組份室溫硫化硅橡膠、D-3導(dǎo)熱脂、銦箔、 CHO-THERM T500、Silpad2000 導(dǎo)熱絕緣墊等。
全文摘要
一種可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)，主要解決了現(xiàn)有焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)無(wú)法滿足在不同溫度條件下工作的問題。該可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)包括殼體、機(jī)箱、探測(cè)器和探測(cè)器安裝座，探測(cè)器安裝座包括探測(cè)器支撐板和冷板，探測(cè)器支撐板與機(jī)箱固定連接，探測(cè)器設(shè)置于冷板一側(cè)，探測(cè)器上設(shè)置有溫度測(cè)試傳感器；冷板另一側(cè)設(shè)置有制冷器，制冷器遠(yuǎn)離冷板一側(cè)設(shè)置有導(dǎo)熱裝置，所述導(dǎo)熱裝置和冷板將制冷器隔離密封。該可控溫焦面探測(cè)器機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的不同工作溫度需求，探測(cè)器在各種環(huán)境(實(shí)驗(yàn)室或空間環(huán)境)工作時(shí)，不受結(jié)霜和污染影響，有效減小環(huán)境漏熱量。
文檔編號(hào)G05D23/20GK101813951SQ200910311020
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者鳳良杰, 楊文剛, 樊學(xué)武, 汶德勝, 解永杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所