CN101957486B - 耐高低温光学窗口支撑部件 - Google Patents

Abstract

耐高低温光学窗口支撑部件，涉及一种光学窗口的支撑部件，解决了现有的光学窗口支撑部件不适合高低温环境条件、安装光学窗口不灵活以及成本高的问题。本发明包括第一窗口支撑外圈、第二窗口支撑外圈、窗口支撑内圈和密封圈，第二窗口支撑外圈的内表面前端边缘向内探出一圈阻挡边，第一窗口支撑外圈与第二窗口支撑外圈共轴设置并相连，光学窗口共轴放置于第二窗口支撑外圈内，光学窗口一侧紧挨阻挡边，另一侧与密封圈前端面密封接触，窗口支撑内圈设置在第一窗口支撑外圈的内前端，并与第一窗口支撑外圈连接在一起，且窗口支撑内圈的前端面与密封圈的后端面紧密压接，密封圈的外径等于第二窗口支撑外圈的内径。本发明适用于高低温光学试验领域。

Description

耐高低温光学窗口支撑部件

技术领域

本发明涉及一种光学窗口的支撑部件。

背景技术

目前，在高低温箱内模拟静态温度环境条件，进行相关光学试验时，光学窗口是试验中必不可少的光学部件，其支撑部件的材质与结构优劣也必将影响光学试验的成败。然而，现有的光学窗口支撑部件一般来说存在以下几点问题：

(1)不适合高低温环境条件；

(2)光学窗口装卡不够灵活；

(3)综合成本比较昂贵。

发明内容

本发明的目的是解决现有的光学窗口支撑部件不适合高低温环境条件、安装光学窗口不灵活以及成本高的问题，提供了一种耐高低温光学窗口支撑部件。

耐高低温光学窗口支撑部件，它包括第一窗口支撑外圈、第二窗口支撑外圈、窗口支撑内圈和密封圈，所述第二窗口支撑外圈的内表面的前端边缘向内探出一圈阻挡边，所述第一窗口支撑外圈与第二窗口支撑外圈共轴设置，且第一窗口支撑外圈的前端与第二窗口支撑外圈的后端相连，光学窗口共轴放置于第二窗口支撑外圈内，且光学窗口的一侧端面紧挨第二窗口支撑外圈的阻挡边，光学窗口的另一侧端面与密封圈的前端面密封接触，窗口支撑内圈设置在第一窗口支撑外圈的内前端，并与第一窗口支撑外圈连接在一起，且窗口支撑内圈的前端面与密封圈的后端面压接，所述密封圈的外径等于第二窗口支撑外圈的内径。

本发明的积极效果：本发明的材料导热系数小，能够耐高低温环境条件，能够方便、简单装卡光学窗口，结构简单，可操作性及重复性好，采用第一窗口支撑外圈与第二窗口支撑外圈的结构，其中第一窗口支撑外圈采用成本较低的材料，可使得综合成本低廉。

附图说明

图1为本发明的耐高低温光学窗口支撑部件的结构示意图；图2为第一窗口支撑外圈的结构示意图；图3为第一窗口支撑外圈的正视图；图4为第二窗口支撑外圈的结构示意图；图5为窗口支撑内圈的结构示意图；图6为密封圈的的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的耐高低温光学窗口支撑部件，用于固定并支撑光学窗口w，它包括第一窗口支撑外圈1、第二窗口支撑外圈2、窗口支撑内圈3和密封圈4，所述第二窗口支撑外圈2的内表面的前端边缘向内探出一圈阻挡边，所述第一窗口支撑外圈1与第二窗口支撑外圈2共轴设置，且第一窗口支撑外圈1的前端与第二窗口支撑外圈2的后端相连，光学窗口w共轴放置于第二窗口支撑外圈2内，且光学窗口w的一侧端面紧挨第二窗口支撑外圈2的阻挡边，光学窗口w的另一侧端面与密封圈4的前端面密封接触，窗口支撑内圈3设置在第一窗口支撑外圈1的内前端，并与第一窗口支撑外圈1连接在一起，且窗口支撑内圈3的前端面与密封圈4的后端面压接，所述密封圈4的外径等于第二窗口支撑外圈2的内径。

本发明用于作为高低温试验中光学窗口的支撑部件，在使用前，需要对本发明的支撑部件的各组成部分以及待安装的光学窗口进行清洁，并于清洁后，按照以下步骤组装：

a1、将第一窗口支撑外圈1与第二窗口支撑外圈2连接安装在一起，然后整体平放于干燥洁净的光学平台之上，且第二窗口支撑外圈2置于下方；

a2、将光学窗口从第一窗口支撑外圈1侧放入第二窗口支撑外圈2内，且光学窗口的下端面抵阻挡边的上端面；

a3、将密封圈4平放于光学窗口的上周边；

a4、将窗口支撑内圈3放入第一窗口支撑外圈1的筒内、抵密封圈4的上表面，并与第一窗口支撑外圈1连接后固定，完成对本发明与光学窗口的组装。

本发明的目的是为了使光学窗口支撑部件满足两方面的要求：一方面是耐高低温环境条件，且对光学窗口导热小，即隔热效果好；另一方面是装卡简易、灵活、牢固且拆卸方便。另外，可减少支撑部件的综合成本。

(1)材料导热系数小，且耐高低温环境条件；

(2)材料的机械性能、热学性能优良及化学性能稳定；

(3)避免支撑部件与光学窗口的硬连接；

(3)结构简单，可操作性及重复性好；

(4)综合成本低廉。

所述第一窗口支撑外圈1的材料可采用聚四氟乙烯。

聚四氟乙烯的主要性能参数如下(参见文献：李战雄，王标兵，欧育湘.耐高温聚合物[M].北京：化学工业出版社，2007.1：222-224)：

密度：2.1～2.3g/cm³

工作温度范围：-250～+260℃

拉伸强度：7～28Mpa

弹性模量：350～630Mpa

热导率：0.25～0.27W/(m·K)

热膨胀系数：9.9×10^-5K^-1

介电强度：23.6kV/mm(2mm厚)

介电损耗：0.0003

体积电阻率：＞10¹⁸Ω·cm

采用聚四氟乙烯可以达到以下效果：

①聚四氟乙烯导热系数小，隔热效果好，可使支撑部件不至于受热而发热；

②聚四氟乙烯机械性能好，可方便加工；

③聚四氟乙烯电绝缘性好，抗老化，耐腐蚀，不吸水，使用寿命长。

第二窗口支撑外圈2的材料可采用聚酰亚胺。

聚酰亚胺的主要性能参数如下(参见文献：丁孟贤.聚酰亚胺-化学、结构与性能的关系及材料[M].北京：科学出版社，2006：2～3)：

密度：        1.45g/cm³

工作温度范围：-269℃～+500℃

抗张强度：    250～530MPa

弹性模量：    3～4Gpa

导热系数：    0.53W/(m·K)

热膨胀系数：  2×10^-5～3×10^-5/℃

介电强度：    100～300kV/mm

介电损耗：    10^-3

体积电阻率：  10¹⁷Ω·cm

采用聚酰亚胺可以达到以下效果：

①聚酰亚胺耐高低温环境，且热膨胀系数小，在高低温环境下不变形不脆裂；

②聚酰亚胺导热系数小，隔热效果佳，可使支撑部件不至于受热而发热；

③聚酰亚胺机械性能好，可方便加工；

④聚酰亚胺电绝缘性好，抗老化，具有很高的耐辐照性能，耐腐蚀，不吸水，使用寿命长。

窗口支撑内圈3的材料可采用硬铝。

硬铝具有良好的机械性能、强度大又便于加工，而且密度小，是一种常用的支撑部件材料。

密封圈4的材料可采用硅胶。

硅胶具有优良的绝缘性及耐热空气老化性，可在温度-70℃～+350℃的条件下长期工作；本实施方式采用硅胶密封圈，可避免光学窗口与支撑部件的硬连接。

第一窗口支撑外圈1与第二窗口支撑外圈2采用不锈钢螺钉固定连接，装卡牢固且拆卸方便。

第一窗口支撑外圈1与窗口支撑内圈3采用螺纹相连接。

螺纹连接方式使得第一窗口支撑外圈1与窗口支撑内圈3的相对位置能够进行调节，旋转窗口支撑内圈3至密封圈4时，可通过缓慢调节，至松紧适当时即可停止旋转，可达到较好的密封效果。

第一窗口支撑外圈1的轴向长度为80mm～120mm，内径范围为140mm～160mm，壁厚范围为20mm～30mm，第一窗口支撑外圈1的后端面至距离该后端面D处的部分的外径范围为240mm～280mm，第一窗口支撑外圈1的其余部分的外径范围为180mm～220mm，其中，D的范围为10mm～20mm；第二窗口支撑外圈2的轴向长度范围为20mm～30mm，外径范围为180mm～220mm，内径范围为110mm～130mm；窗口支撑内圈3的轴向长度范围为20mm～40mm，外径范围为140mm～160mm，壁厚为5mm；密封圈4的轴向长度范围为3mm～5mm，外径范围为110mm～130mm，壁厚为5mm。

在实际应用中，本发明的耐高低温光学窗口支撑部件需置于高低温箱窗口的预留孔中，因此，应根据预留孔的尺寸及实际试验需要来设计及选择各个组成部分的尺寸，具体应考虑以下因素：

(A)设计第一窗口支撑外圈1的轴向长度时，应综合考虑高低温箱预留孔的深度及第一窗口支撑外圈1与第二窗口支撑外圈2的连接，以及隔热效果与材料成本；第一窗口支撑外圈1的后端面至距离该后端面D处的部分上开螺孔，以便与高低温箱连接固定。第一窗口支撑外圈1的径向长度可设计为高低温箱预留孔深度的五分之四左右。第一窗口支撑外圈1的外径应考虑插入高低温箱预留孔的孔径，第一窗口支撑外圈1的后端面至距离该后端面D处的部分的外径比其余部分的外径大50mm～60mm，可于两侧边开螺孔，以便与高低温箱连接固定。第一窗口支撑外圈1的内径应考虑试验实际情况(如发射源的外形尺寸)及第一窗口支撑外圈1的隔热与热胀冷缩效果。第一窗口支撑外圈1的壁厚应控制在20mm～30mm，因为壁厚过小，则会导致隔热效果不良，以及热胀冷缩导致变形；在外径确定的情况下，增加壁厚会导致内径过小，则会有碍于发射源的外形尺寸。第一窗口支撑外圈1的内径还应考虑与窗口支撑内圈3的螺纹连接及操作方便。在第一窗口支撑外圈1内且靠近光学窗口端设计M20mm×2mm的螺纹以便与硬铝压圈连接固定。

(B)设计第二窗口支撑外圈2的轴向长度时，应综合考虑第一窗口支撑外圈1与第二窗口支撑外圈2的连接，以及隔热效果与材料成本。聚酰亚胺相对聚四氟乙烯来讲，其材料性能优良且价格比较昂贵，因此，采用聚酰亚胺材料的第二窗口支撑外圈2，其轴向长度只需设计为高低温箱预留孔深度的五分之一左右。第二窗口支撑外圈2的外径应考虑插入高低温箱预留孔的孔径，以及第一窗口支撑外圈1与第二窗口支撑外圈2的连接，二者应配合加工。第二窗口支撑外圈2的内径应考虑光学窗口的外径尺寸，阻挡边的内径应考虑光学窗口的通光口径。

(C)窗口支撑内圈3的尺寸则需根据第一窗口支撑外圈1、第二窗口支撑外圈2以及光学窗口的尺寸来设计。窗口支撑内圈3的轴向长度应综合考虑其与第一窗口支撑外圈1的螺纹连接力度，以及安装与拆卸方便，另外就是密封圈4及光学窗口所需的距离，在此可设计窗口支撑内圈3的轴向长度为30mm左右。窗口支撑内圈3的外径应考虑其与第一窗口支撑外圈1的螺纹连接，二者应配合加工。窗口支撑内圈3的内径应不大于光学窗口的通光口径。

(D)设计密封圈4的尺寸时，应综合考虑高低温试验环境条件、第二窗口支撑外圈2的内径以及光学窗口的通光口径。密封圈4的轴向长度应控制在3～5mm。这是因为密封圈4用于密封且缓解高低温试验时光学窗口与第二窗口支撑外圈2、窗口支撑内圈3所产生的热胀冷缩效果，若密封圈4的轴向长度过大，则造成空间与资源的浪费，轴向长度过小，则起不到缓解的效果。密封圈4的外径应不小于光学窗口的外径，能够密封住光学窗口的外径。密封圈4的内径应不大于光学窗口的通光口径。

本实施方式还可以包括O形圈5，在本实施方式中，第一窗口支撑外圈1的外表面上设置有向内凹陷的圆环形槽，所述O形圈5放置于该圆环形槽内。O形圈是常用的密封件，有较好的密封效果。

Claims (9)

1.耐高低温光学窗口支撑部件，其特征在于它包括第一窗口支撑外圈(1)、第二窗口支撑外圈(2)、窗口支撑内圈(3)和密封圈(4)，所述第二窗口支撑外圈(2)的内表面的前端边缘向内探出一圈阻挡边，所述第一窗口支撑外圈(1)与第二窗口支撑外圈(2)共轴设置，且第一窗口支撑外圈(1)的前端与第二窗口支撑外圈(2)的后端相连，光学窗口(w)共轴放置于第二窗口支撑外圈(2)内，且光学窗口(w)的一侧端面紧挨第二窗口支撑外圈(2)的阻挡边，光学窗口(w)的另一侧端面与密封圈(4)的前端面密封接触，窗口支撑内圈(3)设置在第一窗口支撑外圈(1)的内前端，并与第一窗口支撑外圈(1)连接在一起，且窗口支撑内圈(3)的前端面与密封圈(4)的后端面压接，所述密封圈(4)的外径等于第二窗口支撑外圈(2)的内径。

2.根据权利要求1所述的耐高低温光学窗口支撑部件，其特征在于所述第一窗口支撑外圈(1)的材料采用聚四氟乙烯。

3.根据权利要求1所述的耐高低温光学窗口支撑部件，其特征在于第二窗口支撑外圈(2)的材料采用聚酰亚胺。

4.根据权利要求1所述的耐高低温光学窗口支撑部件，其特征在于窗口支撑内圈(3)的材料采用硬铝。

5.根据权利要求1所述的耐高低温光学窗口支撑部件，其特征在于密封圈(4)的材料采用硅胶。

6.根据权利要求1所述的耐高低温光学窗口支撑部件，其特征在于第一窗口支撑外圈(1)与第二窗口支撑外圈(2)采用不锈钢螺钉固定连接。

7.根据权利要求1所述的耐高低温光学窗口支撑部件，其特征在于第一窗口支撑外圈(1)与窗口支撑内圈(3)采用螺纹相连接。

8.根据权利要求1所述的耐高低温光学窗口支撑部件，其特征在于第一窗口支撑外圈(1)的轴向长度为80mm～120mm，内径范围为140mm～160mm，壁厚范围为20mm～30mm，第一窗口支撑外圈(1)的后端面至距离该后端面D处的部分的外径范围为240mm～280mm，第一窗口支撑外圈(1)的其余部分的外径范围为180mm～220mm，其中，D的范围为10mm～20mm；第二窗口支撑外圈(2)的轴向长度范围为20mm～30mm，外径范围为180mm～220mm，内径范围为110mm～130mm；窗口支撑内圈(3)的轴向长度范围为20mm～40mm，外径范围为140mm～160mm，壁厚为5mm；密封圈(4)的轴向长度范围为3mm～5mm，外径范围为110mm～130mm，壁厚为5mm。

9.根据权利要求1所述的耐高低温光学窗口支撑部件，其特征在于它还包括O形圈(5)，第一窗口支撑外圈(1)的外表面上设置有向内凹陷的圆环形槽，所述O形圈(5)放置于该圆环形槽内。

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