[發(fā)明專利]風冷散熱TEC電制冷CCD杜瓦

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310018009.0
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103090586A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈磊
• 申請（專利權(quán)）人: 賈磊
• 主分類號: F25B21/02
• 分類號: F25B21/02
• 代理公司: 北京市大成律師事務(wù)所 11352
• 代理人: 王衛(wèi)東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明應(yīng)用于CCD探測器制冷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種風冷散熱TEC電制冷CCD杜瓦。

背景技術(shù)

CCD真空杜瓦通常安裝在天文望遠鏡的成像焦面，用于裝載CCD探測器對天體目標成像觀測。目前天文觀測研究追求更遠、更暗的天體目標，這就要求CCD杜瓦內(nèi)的制冷部件能夠?qū)CD探測器進行深度制冷，一般制冷溫度要低至-40～-80℃，才能很好的抑制CCD暗電流和熱噪聲，得到信噪比高的優(yōu)質(zhì)圖像。

傳統(tǒng)方法，CCD探測器設(shè)置在液氮真空杜瓦內(nèi),杜瓦中的CCD相當于人的眼睛，放到天文望遠鏡的成像焦面，利用液氮杜瓦將CCD探測器的工作溫度降至-50～-100℃，以此來壓制CCD電路的暗電流和熱噪聲，從而得到信噪比更高的光信號圖像。液氮杜瓦的優(yōu)點是冷量足，且沒有任何震動，但是它也具有很多不足之處：

第一，在長時間曝光成像時，望遠鏡需要對目標進行跟蹤，液氮杜瓦安裝在望遠鏡后端焦面位置，也會跟隨望遠鏡同步轉(zhuǎn)動，這就要考慮液氮口的姿態(tài)，防止液氮杜瓦在轉(zhuǎn)到某一角度，加液氮口過低導(dǎo)致液氮外流，損壞望遠鏡設(shè)備，這樣就導(dǎo)致不能隨時進行任意角度觀測。

第二，液氮杜瓦體積和質(zhì)量都比較大，它設(shè)計有一個2～3升的液氮腔體在裝載液氮，保證液氮維持一個觀測夜。傳統(tǒng)液氮杜瓦體積一般都在300mm*400mm的圓柱大小，質(zhì)量10約公斤或者更大。較大的質(zhì)量和體積對望遠鏡負載設(shè)計要提出明確要求。

第三，液氮杜瓦需要每天維護。液氮杜瓦正常運行時，需要每天添加液氮來保證一個觀測夜的制冷需求，后期設(shè)備運行階段的人工維護和液氮耗費量都需要考慮。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種風冷散熱TEC電制冷CCD杜瓦，采用TEC制冷、分子篩長時間維持真空和風冷散熱等技術(shù)來保證系統(tǒng)運行時CCD的低溫要求，熱沉散熱表面積大、降溫速度快，絕對制冷溫度低、真空維持時間長，體積小，質(zhì)量輕，便于安裝、控制，能進行任意角度觀測，且運行和維護簡單，可直接用于天文望遠CCD鏡成像及測光。

為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種風冷散熱TEC電制冷CCD杜瓦，包括真空杜瓦、CCD探測器、TEC制冷器、風冷散熱系統(tǒng)、分子篩，所述CCD探測器、TEC制冷器、分子篩設(shè)置在真空杜瓦內(nèi)部；所述TEC制冷器的冷端與CCD探測器熱導(dǎo)通，TEC制冷器的熱端與風冷散熱系統(tǒng)熱導(dǎo)通；所述風冷散熱系統(tǒng)與真空杜瓦腔體密封連接。

優(yōu)選地,所述TEC制冷器的冷端與CCD探測器通過冷指進行熱導(dǎo)通，所述冷指的一端與CCD探測器底部接觸，另一端與TEC制冷器冷端接觸。

優(yōu)選地,所述分子篩固定設(shè)置在冷指上。

優(yōu)選地,所述風冷散熱系統(tǒng)是由熱沉和風扇連接組成。

優(yōu)選地,所述真空杜瓦包括真空腔體，該真空腔體上部通過玻璃密封壓圈和O型密封圈固定設(shè)置光學(xué)封窗玻璃達到密封效果；所述真空腔體內(nèi)部設(shè)置CCD探測器、分子篩和TEC制冷器，底部由熱沉密封設(shè)置；所述真空腔體側(cè)壁設(shè)置CCD電路接口、TEC制冷溫控電路接口、杜瓦真空抽口。

優(yōu)選地,所述熱沉的上端設(shè)置為平面,通過腔體O型密封圈與真空腔體密封連接,并與真空腔體內(nèi)部的TEC制冷器熱端連接；下端設(shè)置為散熱通道，與風扇連接。

優(yōu)選地,所述冷指靠近CCD探測器的一端設(shè)有溫度傳感器。

優(yōu)選地,上述TEC制冷器為三級TEC制冷片。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1）本發(fā)明在真空杜瓦腔體內(nèi)設(shè)置CCD探測器、TEC制冷器和優(yōu)選型號的分子篩，通過熱沉直連外部風冷散熱系統(tǒng)，利用三級TEC制冷器制冷溫差大、快速簡單制冷、內(nèi)置分子篩長時間維持較高真空度防止熱對流和風冷散熱系統(tǒng)的高效散熱使TEC冷端達到較低制冷溫度的優(yōu)點，只需要加電就可以達到強制冷和維持高真空的目的，拋棄了繁瑣的頻繁加注液氮和抽真空的工作,有效解決了原先頻繁操作加液氮的難題。

2)本發(fā)明采用TEC制冷器對CCD探測器進行制冷，60分鐘內(nèi)可使4000*4000像素，像素尺寸15微米的大面陣CCD溫度降至低于-50℃,降溫速度快，適用于非MPP型CCD短時間快速曝光觀測和MPP型(IMO型)CCD的長時間曝光。在電力保證的條件下，本發(fā)明不需要每日進行特殊維護，除電力之外也無其它耗費，節(jié)能環(huán)保。