[發明專利]一種用于空間光學遙感器CCD組件的節能散熱裝置

有效

• 申請號: 201410182456.4
• 申請日: 2014-05-04
• 公開（公告）號: CN103968869B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 郭亮;張旭升;毛阿龍;黃勇;胡日查
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01D11/00
• 分類號: G01D11/00
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所22210
• 代理人: 王丹陽

技術領域

本發明屬于空間光電測控領域，特別地涉及一種用于空間光學遙感器CCD組件的節能散熱裝置。

背景技術

CCD組件是空間光學遙感器的核心組部件，其工作狀態良好是保證成像質量的關鍵，CCD組件對其本身的工作溫度要求非常嚴格，過高或過低的溫度都會降低其光電轉換的能力。由于空間光學遙感器的特殊工作需求，CCD組件具有體積小、發熱量高、間歇式工作等特點，因此CCD組件不但需要將其工作期間所產生的熱量排散出去，同時需要在不工作期間進行補償加熱以防止其溫度過低，這樣就帶來了CCD組件熱控制中的特殊問題，即熱量排散與溫度補償的矛盾需求。

當空間光學遙感器工作時，CCD組件所產生的熱量如果不能及時地散發出去，那么熱量的累積將會造成明顯的溫度升高，系統熱噪聲和暗電流隨之增加，將會致使成像質量下降，甚至難以成像；另外，長期的高溫工作也會影響CCD器件的工作精度和預期壽命。因此CCD組件的散熱需要建立良好的導熱通道，目前通常采用熱控制措施是通過熱管連接到低溫外部輻射器進行散熱。由于熱管導熱能力很強，因此這種熱控措施能夠十分有效地將CCD組件熱量排散出去，但是同時也會帶來溫度補償的問題，即當空間光學遙感器處于非工作期間時，由于散熱通道的存在，CCD組件在較低溫度的外部輻射器的作用下將會處于低溫狀態。雖然低溫狀態可以減小電子信號中的熱噪聲和暗電流，但是CCD器件在低溫狀態下不但無法保證其正常啟動溫度，而且會出現黑斑，影響成像質量。目前的解決方法通常是進行補償加熱以維持CCD組件的溫度，但是其最大的缺點是由于CCD組件功耗通常很大，因此所需補償加熱功耗同樣很大，不但造成能量的浪費，特別是對于頻繁機動、外部環境變化劇烈、能源短缺的航天器而言，過大的補償加熱功耗甚至是無法實現的。

綜上所述，為保證空間光學遙感器CCD組件的正常工作，就必須在建立良好導熱通道的同時降低其補償加熱功耗需求，因此迫切需要一種既能夠滿足熱量排散目的、同時又具有關閉導熱通道能力的節能散熱裝置。

發明內容

本發明的目的是提出一種結構緊湊、加工及裝配簡單、可靠性高、導熱能力強、節能效果好的用于空間光學遙感器CCD組件的節能散熱裝置。

本發明所采用的技術方案是：一種用于空間光學遙感器CCD組件的節能散熱裝置，包括：熱端、導熱段、定位桿和冷端，所述導熱段置于所述熱端與所述冷端之間，所述熱端與所述導熱段固定連接，所述定位桿置于所述導熱段內部，且所述定位桿的兩端分別與所述熱端和所述冷端通過螺紋方式連接，所述導熱段與所述冷端間隙布置，所述熱端、冷端均采用高導熱率材料制成，所述導熱段采用高導熱率、高線脹系數材料制成，所述定位桿采用低導熱率、低線脹系數材料制成，所述導熱段所用材料的線脹系數大于所述定位桿材料的線脹系數。

進一步地，所述間隙布置為：當CCD組件工作時，所述導熱段受熱膨脹且伸長后至少能與所述冷端接觸；當CCD組件停止工作時，所述導熱段熱量輸入停止且收縮后至少能與所述冷端分離。

進一步地，所述高導熱率材料采用鋁合金或鎂合金或銅或銀或金或石墨基復合材料。

進一步地，所述高導熱率、高線脹系數材料采用鋁合金或鎂合金或銅或銀或金。

進一步地，所述低導熱率、低線脹系數材料采用低膨脹合金或碳纖維復合材料或鈦合金或鋼。

進一步地，所述冷端與所述導熱段采用不相同的材料制成。

進一步地，所述熱端與所述導熱段采用鈦合金螺釘固定連接。

進一步地，所述定位桿的兩端設置有止推環。

本發明節能散熱裝置的工作過程如下：節能散熱裝置位于CCD組件與空間光學遙感器的輻射器之間，熱端與CCD組件之間導熱連接，冷端與輻射器之間導熱連接。當CCD組件工作時，所產生熱量首先導到熱端處，通過熱端與導熱段之間的接觸導熱表面導到導熱段上，導熱段受熱膨脹，伸長至與冷端接觸并形成正向壓力，熱量通過導熱段與冷端之間的接觸導熱表面導到冷端處，此時CCD組件的散熱通道導通，熱量最終導到溫度較低的外部輻射器處向外排散；當CCD組件停止工作時，熱量輸入停止，導熱段收縮，導熱段與冷端之間的接觸狀態由正壓力逐漸改變成無壓力，此時CCD組件的散熱通道斷開，CCD組件的溫度將不會受到較低溫度的外部輻射器的影響而降低，繼續維持在理想的溫度范圍內，這樣就無需對非工作期間的CCD組件進行補償加熱，從而有效地節約能量。