[實用新型]用于低溫光學系統的紅外探測器組件杜瓦外殼結構

有效

• 申請號: 201920299334.1
• 申請日: 2019-03-11
• 公開（公告）號: CN209689754U
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 王小坤;陳俊林;孫聞;曾智江;張玨穎;劉大福;李雪
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01J5/02
• 分類號: G01J5/02;F25B9/06;F25B9/14
• 代理公司: 31311 上海滬慧律師事務所
• 代理人: 郭英<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本專利公開了一種用于低溫光學系統的紅外探測器組件杜瓦外殼結構，本專利的用于低溫光學的紅外探測器組件杜瓦外殼結構由剛性隔熱外殼和柔性隔熱外殼組成，其組合一起后安裝在紅外探測器杜瓦組件的吸氣劑腔室和制冷機的冷指之間。也可任選其中一種安裝在紅外探測器杜瓦組件的吸氣劑腔室和制冷機的冷指之間；本專利既實現了紅外探測器杜瓦制冷組件的低溫外殼與制冷機膨脹機或脈管的熱學隔離，克服了傳統紅外探測器杜瓦制冷組件無法滿足低溫光學系統要求的低背景、低的制冷功耗和安裝過定位的問題。本專利的結構簡單，操作方便，成本低廉；兼容性好，應用于各種集成式紅外探測器組件，同樣適合分置式紅外探測器杜瓦組件。

技術領域

本專利涉及紅外探測器的低溫封裝技術，具體指一種用于低溫光學系統的紅外探測器組件杜瓦結構。它適用于低溫光學系統要求紅外探測器杜瓦制冷組件處于較低的環境溫度場合。也適用于其它低溫真空腔體與熱源部件之間需要熱隔離的場合。

背景技術

光學遙感儀器是衛星等航天器的重要組成部分，其采用光學系統將收集的地球或空間的電磁輻射聚焦到紅外探測器上。為了進一步提升光學遙感儀器探測性能，目前先進的光學系統多采用低溫光學技術，將光學鏡頭制冷到更低的溫度水平(目前紅外長波光學系統多在零下100度左右)，以降低光機輻射，提高遙感儀器的探測靈敏度和動態范圍。隨著波長向長波擴展和探測靈敏度的提高，紅外探測器必須在深低溫下才能工作。由于機械制冷具有結構緊湊、體積小、重量輕、制冷時間短、制冷溫度可調范圍大等優點，目前該類探測器件在應用中多采用機械制冷方式。這樣也使得其應用時大多采用杜瓦封裝形成紅外探測器杜瓦制冷組件。

紅外探測器杜瓦制冷組件安裝在零下100度左右時，真空杜瓦的外殼的溫度降低，其會帶來如下好處：1)組件杜瓦外殼溫度降低，組件杜瓦外殼對組件杜瓦內冷平臺的輻射熱減小，使得制冷機的熱負載變小。從而制冷機的輸入功耗降低，對光學遙感儀器的供電和散熱有利；2)真空杜瓦外殼及光窗的溫度降低，其自身的輻射降低，這得探測器接受到較低的背景輻射。有利于遙感儀器的探測靈敏度和動態范圍。傳統的紅外探測器杜瓦制冷組件主要由紅外探測器、真空杜瓦和制冷機組成。真空杜瓦與制冷機的耦合方式無論是集成式或分置式，制冷機與真空杜瓦都是剛性金屬連接，即真空杜瓦的外殼與制冷機是金屬接觸。杜瓦的外殼也是真空杜瓦的光窗的安裝載體。當傳統的探測器制冷杜瓦組件處于零下100度左右，會帶來如下困難：1)無論真空杜瓦與制冷機是采用何種耦合方式，其之間為金屬連接，由于固體傳導換熱，也會使得制冷機處會處于零下100度左右。而國軍標中有關制冷機的環境適用工作溫度的低溫工作溫度為零下55度左右。當環境溫度為零下100度時，對制冷機的設計和工藝提出新的技術挑戰；2)制冷機與真空杜瓦連接處多為膨脹機或脈管，其是一個熱源。在制冷機工作時會發熱，熱量會傳給真空杜瓦的外殼和光窗。這會帶來如下問題：a)制冷機的膨脹機或脈管散發出的熱量，通過固體傳導傳到真空杜瓦外殼，導致真空杜瓦外殼溫度提高，提高了探測器接受到組件杜瓦光窗及外殼的背景輻射量，進而影響探測器的性能。b)真空杜瓦溫度的提高,組件杜瓦冷平臺接受組件杜瓦外殼的輻射熱，這會增加制冷機的負載，使得制冷機的輸入功耗增加，進而影響低溫光學系統的供電需求。c)在光學系統對組件杜瓦外殼散熱能力一定時，真空杜瓦外殼溫度的增加，導致制冷機的負載增加，制冷機輸入功耗增加，導致膨脹機或脈管的發熱進一步增加，這樣循環惡化，嚴重影響紅外探測器杜瓦制冷組件的壽命和可靠性。必須要探索一種新方法來解決這一問題。

發明內容

本專利的目的是提供一種用于低溫光學系統的紅外探測器組件杜瓦結構及實現方法，它適用于低溫光學系統要求紅外探測器杜瓦制冷組件處于較低的環境溫度場合。本專利既實現了紅外探測器杜瓦制冷組件的低溫外殼與制冷機膨脹機或脈管的熱學隔離，又兼顧了低溫光學系統對紅外探測器組件杜瓦和制冷機分別力學支撐要求，解決了傳統紅外探測器杜瓦制冷組件無法滿足低溫光學系統要求的低背景、低的制冷功耗和安裝過定位的問題。