一種焦面探測器精密熱控機構制造技術

本實用新型專利技術涉及一種焦面探測器精密熱控機構，包括真空箱體、制冷組件、冷屏組件、加熱組件以及溫度采集單元，還包括設置在真空箱體的外側以及加熱組件外側的隔熱層，制冷組件包括制冷器基板、至少一個探測器制冷器、至少一個冷屏制冷器、熱管組件以及散熱板。本實用新型專利技術解決了現有傳統的光電探測器熱控機構主要依靠被動散熱方式進行溫度控制，很難實現不同工作模式下的溫度快速變化的技術問題，采用主動制冷和主動加熱相結合的方式，通過對熱控系統結構的合理設計，不僅能夠使探測器溫度迅速變化以滿足不同工作模式下的溫度需求，而且能夠對溫度范圍進行精密控制，同時系統工作可靠性高。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種焦面探測器精密熱控機構，該機構既可應用于空間環境中，也可應用于地面環境中。
技術介紹
高性能空間相機或空間望遠鏡等在不同工作模式和工作環境下，其工作溫度要求不同。如在成像和觀測時需要其焦面制冷到較低溫度(_50°C -150°C等)，而在某些測試模式下，需要探測器工作在常溫環境(如10°C 40°C等)。為滿足焦面探測器不同工作模式下的溫度需求，需要實現熱控機構在不同溫度需求之間轉換的快速、高精度及高可靠性。 現有傳統的光電探測器熱控機構主要依靠被動散熱方式進行溫度控制，很難實現不同工作模式下的溫度快速變化，且溫度控制范圍及溫度控制精度都很差。本技術采用主動制冷和主動加熱相結合的方式，通過對熱控系統結構的合理設計，不僅能夠使探測器溫度迅速變化以滿足不同工作模式下的溫度需求，而且能夠對溫度范圍進行精密控制，同時系統工作可靠性高。
技術實現思路
本技術提供一種焦面探測器精密熱控機構，其解決了現有焦面探測器熱控機構無法滿足在不同工作模式下溫度迅速轉換，無法滿足工作要求的技術問題。為解決上述技術問題，本技術采用了如下技術解決方案一種焦面探測器精密熱控機構，其特殊之處在于包括真空箱體I、制冷組件、冷屏組件、加熱組件以及溫度采集單元，還包括設置在真空箱體I的外側以及加熱組件外側的隔熱層12，所述制冷組件包括制冷器基板5、至少一個探測器制冷器8、至少一個冷屏制冷器9、熱管組件6以及散熱板7，所述加熱組件包括基板薄膜加熱器10以及熱管薄膜加熱器11以，所述冷屏組件3包括冷屏罩31、冷屏底板32及窗口玻璃33，所述窗口玻璃33設置在冷屏罩31上，所述冷屏底板32與冷屏罩31密封連接形成冷屏空腔15，所述真空箱體I與制冷器基板5固定密封連接形成密閉空腔16，所述冷屛組件設置在密閉空腔16內，探測器4封裝于冷屏組件3中，所述加熱組件設置在制冷器基板5底部，所述冷屏制冷器9和探測器制冷器8均設置在制冷器基板5的上部，所述冷屛組件3通過冷屏底板32設置在冷屏制冷器9上，所述探測器制冷器8的另一端穿過冷屏底板32且伸入至冷屏空腔15，所述探測器制冷器8設置在探測器4的底部，探測器4的上部為感光面，所述基板薄膜加熱器10設置在制冷器基板5的底部，所述熱管組件的蒸發端61的上部固定在制冷器基板5的底部，所述熱管組件的蒸發端61的底部設置有熱管薄膜加熱器11，所述熱管組件的冷凝端62固定在散熱板7上，所述溫度采集單元包括設置在冷屏空腔15內的至少一個溫度傳感器13、設置在密閉空腔16內的至少一個溫度傳感器13，設置在探測器4的上部的溫度傳感器13。上述探測器制冷器8均勻分布在探測器底部，所述冷屏制冷器9均勻分布在冷屏底板32底部。上述探測器制冷器8和冷屏制冷器9為TEC熱電制冷器。上述熱管組件的蒸發端61與基板薄膜加熱器10之間設置有導熱層和/或所述熱管組件的冷凝端62與散熱板7之間設置有導熱層。上述導熱層為⑶414單組份室溫硫化硅橡膠、⑶414C單組份室溫硫化硅橡膠、D_3導熱脂、銦箔、CHO-THERM T500或Silpad2000導熱絕緣墊。上述制冷器基板所選用熱膨脹系數與基板制冷器相匹配的材料。上制冷器基板5與制冷器8、制冷器8與探測器4和冷屏底板32之間的連接可以通過焊接或膠粘來實現，采用膠粘法時，應選用低揮發高導熱的粘接材料。所述真空箱體I的內壁、冷屏罩31的內壁和外壁、冷屏底板32的表面、所述探測器4除感光面外的其余表面以及所述制冷器基板5的上部表面均鍍有金處層，紅外發射率(O. 05。所述散熱板7外表面噴涂白漆，紅外發射率> O. 92所述真空箱體I上設置有真空窗口玻璃2，所述真空窗口玻璃2設置在探測器4的相對位置。本技術的優點在于I、可以實現探測器的不同工作溫度需求。探測器需要制冷時，通過TEC模塊熱電制冷器對探測器進行主動制冷，探測器需要升溫時，通過在探測器安裝座上內置或外貼加熱器來實現探測器的加熱需求，TEC與加熱器作用速度快，能夠迅速滿足探測器的溫度需求。2、可以實現溫度精密控制。探測器需要制冷時，通過探測器上的溫度測點與設定值比較，然后調節TEC電流大小可以實現TEC的制冷能力調節，從而實現探測器溫度的精密制冷。探測器需要升溫時，通過探測器上的溫度測點結合上述加熱器可以實現自動閉環控制，可以實現探測器溫度的精密閉環控制。另外改變TEC直流電方向，還可以使TEC反向工作，使探測器加熱。3、可以滿足不同環境下的應用需求。探測器在各種環境(地面環境或空間環境)工作時，不受結霜和污染影響。通過對探測器空間進行抽真空，保證探測器不會受到水蒸氣的影響。另外，熱控機構內沒有其他電路板等易揮發物質，也減少了污染量。4、系統漏熱小，可靠性高由于熱控機構內部為真空，探測器不受對流換熱漏熱的影響。本設計中探測器散熱路徑各部件與周圍環境良好隔熱，探測器安裝座為鈦合金材料并加裝多個隔熱可有效減小導熱漏熱。對探測器及機箱內表面鍍金或鍍鋁處理，可以減小其紅外發射率。同時熱控機構外部包覆隔熱材料(如多層隔熱材料或泡沫隔熱材料)，以減小周圍環境的影響。附圖說明圖I為本技術的焦面探測器精密熱控機構示意圖。圖2為制冷器組件在制冷器基板上的位置分布，圖3為溫度傳感器在探測器、冷屏底板及制冷器基板上的位置分布。具體實施方式—種焦面探測器精密熱控機構，包括真空箱體1，真空窗口玻璃2，冷屏組件3 (包括冷屏罩31、冷屏底板32及窗口玻璃33)、探測器、制冷器基板5、熱管組件6、散熱板7、探測器制冷器8、冷屏制冷器9、基板薄膜加熱器10、熱管薄膜加熱器11、多層隔熱材料12、溫度傳感器13、機構所處環境邊界14，所述真空箱體I外部設置有隔熱層12，隔熱材料為多層隔熱材料或泡沫隔熱材·料，真空箱體I與制冷器基板6固定連接形成一個密閉空腔，所述探測組件和冷屛組件設置在密閉空腔內，密閉空腔內實施抽真空；兩者之間加裝密封隔熱墊；探測器4封裝于冷屏組件3中。所述制冷器基板5上安裝6個制冷組件，所述制冷組件包括探測器制冷器8和冷屏制冷器9，其中探測器制冷器8用來冷卻探測器，冷屏制冷器9用來冷卻冷屏組件，以降低探測器所處的環境溫度；故探測器固定在探測器制冷器8上，而冷屏底板32固定在冷屏制冷器9上。所述熱管組件6的蒸發端61與制冷器基板5固定連接，熱管組件6的冷凝端62固定在散熱板7上。所述制冷器基板5底部粘貼基板薄膜加熱器10，當探測器需要升溫時，基板薄膜加熱器10對制冷器基板5進行加熱，通過熱傳導和熱輻射的方式進而使探測器溫度升高，實現主動加熱。與所述制冷器基板5固定的熱管組件6的蒸發端61上粘貼薄膜加熱器11，可以保證熱管組件的蒸發端61溫度不至過低。上述探測器4上表面靠近讀出區粘貼溫度傳感器13，用于監測和控制探測器4的溫度。上述冷屏罩31上粘貼溫度傳感器13，用于監測和控制探測器環境溫度。制冷器基板5上粘貼溫度傳感器13，用于監測和控制冷屏制冷器9熱端的溫度。以下結合附圖對本技術進行詳述，如圖所示制冷器8和制冷器9以選擇TEC熱電制冷器為佳，制冷器的數目和型號根據具體的制冷量和接觸面積來確定。冷屏罩31和冷屏底板32應選用熱導率較高的材料，如鋁合金等；散熱板7應選用熱導率較高的材料，如鋁合金等；制冷本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種焦面探測器精密熱控機構，其特征在于：包括真空箱體（1）、制冷組件、冷屏組件、加熱組件以及溫度采集單元，還包括設置在真空箱體（1）的外側以及加熱組件外側的隔熱層（12），所述制冷組件包括制冷器基板（5）、至少一個探測器制冷器（8）、至少一個冷屏制冷器（9）、熱管組件（6）以及散熱板（7），所述加熱組件包括基板薄膜加熱器（10）以及熱管薄膜加熱器（11）以，所述冷屏組件（3）包括冷屏罩（31）、冷屏底板（32）及窗口玻璃（33），所述窗口玻璃（33）設置在冷屏罩（31）上，所述冷屏底板（32）與冷屏罩（31）密封連接形成冷屏空腔（15），所述真空箱體（1）與制冷器基板（5）固定密封連接形成密閉空腔（16），所述冷屛組件設置在密閉空腔（16）內，探測器（4）封裝于冷屏組件（3）中，所述加熱組件設置在制冷器基板（5）底部，所述冷屏制冷器（9）和探測器制冷器（8）均設置在制冷器基板（5）的上部，所述冷屛組件（3）通過冷屏底板（32）設置在冷屏制冷器（9）上，所述探測器制冷器（8）的另一端穿過冷屏底板（32）且伸入至冷屏空腔（15），所述探測器制冷器（8）設置在探測器（4）的底部，探測器（4）的上部為感光面，所述基板薄膜加熱器（10）設置在制冷器基板（5）的底部，所述熱管組件的蒸發端（61）的上部固定在制冷器基板（5）的底部，所述熱管組件的蒸發端（61）的底部設置有熱管薄膜加熱器(11)，所述熱管組件的冷凝端(62)固定在散熱板(7)上，所述溫度采集單元包括設置在冷屏空腔(15)內的至少一個溫度傳感器(13)、設置在密閉空腔(16)內的至少一個溫度傳感器(13)，設置在探測器(4)的上部的溫度傳感器(13)。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊文剛，王晨潔，鳳良杰，王英豪，杜云飛，樊學武，
申請(專利權)人：中國科學院西安光學精密機械研究所，
類型：實用新型
國別省市：