[發明專利]一種星載高光譜探測儀CCD溫度控制系統

在審

• 申請號: 202011607310.1
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112763095A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 曾議;廖捷;魯曉峰;曹子昊;楊東上;宋潤澤;沈威;薛輝;司福祺
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

本發明公開了一種星載高光譜探測儀CCD溫度控制系統，將CCD熱量傳導到熱沉，石墨膜導熱索，以及熱管，并導入具有溫控功能的星上輻冷板的制冷系統。包含兩路獨立的CCD溫控機構，每一路溫控機構包含CCD制冷封裝和導熱傳遞結構；同時，兩路CCD溫控共用一個星上輻射控溫結構。主要采用被動方式制冷，無機械運動部件，無功率制冷器件，從而降低系統體積和復雜度，節省能源，并通過特別設計的封裝結構，提高系統的可靠性，解決了無自帶制冷封裝的CCD器件溫控結構復雜，可靠性和安全性較低的難題。

技術領域

本發明涉及一種光學遙測儀器高精度CCD器件熱控系統，具體是涉及一種通過特別設計的CCD制冷封裝，將CCD熱量傳導到熱沉，導熱索，以及熱管，并導入具有溫控功能的星上輻冷板的制冷系統。

背景技術

星載高光譜探測儀是過探測地球大氣或臨近空間反射、散射的光輻射來解析地面、空間目標的分布和變化。為滿足日益提高的觀測能力需求，對儀器提出了大視場，高空間和光譜分辨率的指標要求，儀器核心的成像組件共采用了兩個相同的國際先進的CCD器件，以實現大視場、高分辨率，高信噪比的光譜成像技術。兩個CCD器件在交付時都沒有自帶制冷封裝，使用時須額外進行制冷熱控設計，降低CCD內核溫度并保持內核在穩定的低溫環境工作，使其具有更低的暗電流背景噪聲，以滿足更高的分辨率和信噪比要求。同時，CCD是精密昂貴的核心器件，進行制冷封裝設計時須考慮裝配過程應力、力學和熱環境應力對CCD器件的影響，滿足高可靠性、安全性要求。

目前國外一些星載探測儀器的CCD器件或者自帶制冷封裝，導致價格有很大增長；或者溫控系統多采用電力驅動的熱電轉換器件制冷，或機械式運動式制冷，使得溫控系統復雜，可靠性降低。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種通過特別設計的CCD制冷封裝，將CCD熱量傳導到熱沉，導熱索，以及熱管，并導入具有溫控功能的星上輻冷板的制冷系統，采用被動方式制冷，無機械運動部件，無電力驅動或功率制冷器件，解決目前系統成本高昂，結構復雜，可靠性和安全性較低的難題。

為解決上述問題，本發明的方案為：

一種星載高光譜探測儀CCD溫度控制系統，所述溫控系統包含兩路獨立CCD溫控機構，每一路溫控機構包含兩個獨立的組成部分：CCD制冷封裝主結構、制冷導熱傳遞結構；同時，兩路CCD溫控機構共用一個星上輻射控溫結構。所述的CCD制冷封裝主結構有一個過渡導熱塊及導熱板，導熱索壓板，導熱索，CCD封裝殼體，殼體蓋板，CCD器件，CCD線路板，安裝定位機構；所述的制冷導熱傳遞結構有導熱索支撐架，隔熱板，壓板，內部熱管，內部熱管支撐臂，內部熱管隔熱墊，外部熱管，外部熱管安裝架，外部熱管隔熱墊；所述的星上輻射控溫結構有星上輻冷板，輻冷板安裝結構，輻冷板隔熱墊，輻冷板控溫器。

所述的CCD器件熱面與過渡導熱塊間進行無應力安裝，并填涂導熱硅膠。CCD器件管腳無應力焊接在CCD線路板上。CCD線路板中間開口，以便過渡導熱塊穿過，過渡導熱塊與CCD器件接觸的端部四周加工有微小臺階，CCD線路板與過渡導熱塊臺階之間的縫隙填涂結構膠，減小接觸應力。CCD線路板形狀設計為具有一定柔性，可以釋放后期變形引起的應力。安裝定位機構由鈦合金螺釘及鈦合金墊圈組成，用于將CCD線路板定位在CCD封裝殼體上，安裝結構順序為螺釘、墊圈、線路板、墊圈、殼體，利于減小后期由于環境變化對線路板產生的應力。

所述的過渡導熱塊為一紫銅塊狀結構，導熱板為紫銅T型結構，和過渡導熱塊組成CCD熱沉。過渡導熱塊與導熱板之間首先填涂導熱硅膠，后以適當緊固力連接，以將CCD器件熱量傳導于導熱索，并能部分釋放力學和熱環境變化導致的變形和應力。導熱板與殼體蓋板間以適當緊固力連接。殼體蓋板材質為鈦合金，表面發黑處理。殼體蓋板與CCD封裝殼體間以以適當緊固力連接。CCD封裝殼體材質為鈦合金，表面發黑處理。CCD封裝殼體預留若干注膠孔，通過注膠孔在CCD器件與CCD封裝殼體間填注結構膠，以減少應力對CCD器件影響。