CN103077953A - 一种空间光学遥感器焦面ccd热控器件 - Google Patents

Abstract

一种空间光学遥感器焦面CCD热控器件，涉及空间光学遥感技术领域，解决了现有焦面CCD组件的温度波动大、导热速率低的问题。该焦面CCD热控器件包括焦面CCD、导热填料、导热条、焦面电箱，焦面CCD通过导热填料与导热条相连，导热条通过导热填料与焦面电箱相连，还包括安装在焦面CCD和导热条之间的相变储热器，相变储热器通过导热填料分别与焦面CCD和导热条相连，相变储热器包括贴合面薄板、填料框架、相变材料和导热薄片，相变材料填充到填料框架中，导热薄片均匀分布在填料框架中并与填料框架固定相连，贴合面薄板将填料框架、相变材料和导热薄片封装成为一体。本发明的焦面CCD热控器件温度波动范围小，导热速率高。

Description

一种空间光学遥感器焦面CCD热控器件

技术领域

本发明涉及空间光学遥感技术领域，具体涉及一种空间光学遥感器焦面CCD热控器件。

背景技术

在空间光学遥感器中，焦面CCD是空间相机成像的关键部件，对于相机能否传输高质量的图片起着至关重要的作用。空间相机在轨热环境复杂，内部电子学器件，传热路径有限，焦面CCD作为间歇性内热源，在工作时间将产生大量的热量，而在非工作时间其热功耗近似为0，且焦面CCD一个轨道周期内的工作时间要远小于其非工作时间，若不采取热控措施，焦面CCD的温度波动将会超过允许的温度波动范围，焦面CCD温度升高产生的热噪声将带来空间相机尤其是高分辨空间相机图片质量的下降，甚至是焦面CCD器件的损坏。

与本发明最为接近的现有技术是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的王栋等于2011年在中国科学院光电技术研究所出版的“光电工程”期刊上提出的空间相机高速TDI CCD焦面组件热设计。如图1所示，该空间相机高速TDI CCD焦面组件包括：焦面CCD 1、导热填料2、导热条3和焦面电箱4，焦面CCD1通过导热填料2与导热条3相连，导热条3通过导热填料2与焦面电箱4相连，焦面CCD 1在工作期间产生的热量通过导热条3传递到焦面电箱4，由于焦面CCD 1的热容远小于焦面电箱4，而焦面CCD 1的工作时间较短，所以通过使用导热条3增强焦面CCD 1和焦面电箱4的导热，等效于增强了焦面CCD 1的等效热容，从而减少焦面CCD 1在工作时间的温度波动，导热填料2的使用是为了减小接触面的接触热阻。这种热控设计技术的缺点是：焦面CCD 1和焦面电箱4之间的导热速率主要受导热条3的热阻限制，而导热条3的热阻由其尺寸决定，一般在允许的空间限制和质量限制下很难满足焦面CCD 1的传热需求；对于焦面CCD1的工作时间，受导热条3导热速率限制，焦面CCD 1仍会有较大的温度波动；对于空间相机成像时间间隔有苛刻的要求，浪费成像机会。

发明内容

为了克服现有的焦面CCD组件存在的焦面CCD温度波动大、导热速率低的问题，本发明提供一种温度波动范围小、导热速率高的空间光学遥感器焦面CCD热控器件。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

空间光学遥感器焦面CCD热控器件，包括：焦面CCD、导热填料、导热条、焦面电箱，所述焦面CCD通过导热填料与所述导热条相连，所述导热条通过导热填料与所述焦面电箱相连，还包括安装在所述焦面CCD和所述导热条之间的相变储热器，所述焦面CCD（1）通过导热填料（2）与所述相变储热器（5）相连，所述相变储热器（5）通过导热填料（2）与所述导热条（3）相连，所述相变储热器包括：贴合面薄板、填料框架、相变材料和导热薄片，所述相变材料填充到所述填料框架中，所述导热薄片均匀分布在所述填料框架中并与所述填料框架固定相连，所述贴合面薄板将所述填料框架、相变材料和导热薄片封装成为一体。

所述贴合面薄板和填料框架均采用铝合金材料制成。

所述相变材料为十六烷或十八烷。

所述导热薄片采用铝箔、铜箔、银箔或高导热材料PGS制成。

工作原理：当焦面CCD工作时，焦面CCD 1产生的热量首先被相变储热器5吸收，导热条3将部分热量传递到焦面电箱4上，由于导热速率限制，相变储热器5的温度会随着焦面CCD 1的工作时间的持续而逐渐升高，当温度达到相变材料8的熔点后，相变材料8融化并吸收与融化潜热相当的热量，从而使相变储热器5的界面温度保持在相变材料8的熔点附近，即焦面CCD 1的温度保持在一定温度；当焦面CCD 1停止工作时，导热条3继续导热，使得相变储热器5中的相变材料8凝固并放出潜热，界面温度仍旧保持在相变材料8的熔点附近，随着非工作时间的持续，直至相变材料8全部凝固，相变储热器5的温度逐渐降低，直至初始状态，完成一个循环，相变储热器5将焦面CCD1工作时产生的导热条3不能及时传导的热量转化成相变材料8的内能，保持焦面CCD1的工作温度，在非工作时间，相变储热器5通过导热条3将储存的热量传递到焦面电箱4后耗散，相变材料8凝固后降温至初始状态，通过此过程，使得焦面CCD在工作时间和非工作时间始终保持在相对稳定的温度范围内，同时由于相变储热器5的储热和增大焦面CCD 1的等效热容的作用，有效减小了其在工作时间较大热流密度的情况下的温度波动。

本发明的有益效果是：本发明的空间光学遥感器焦面CCD热控器件通过在焦面电箱和焦面CCD的导热条中间环节加入相变储热器，有效地提高了焦面CCD的储热能力和等效热容，克服了导热条导热速率有限带来的焦面CCD工作时温度波动较大的问题，减小了焦面CCD工作时间的温度波动，提高了空间相机特别是高分辨空间相机的成像质量。本发明的空间光学遥感器焦面CCD热控器件可配合焦面CCD进行模块化生产和组装，适用于现代高分辨率及未来更高分辨率卫星，同时为空间相机成像质量的提高提供了一种新的技术途径。

附图说明

图1为现有技术的空间相机高速TDI CCD焦面组件热设计的结构示意图；

图2为本发明的空间光学遥感器焦面CCD热控器件的结构示意图；

图3为本发明中的相变储热器的结构示意图；

图4为本发明中的相变储热器内部结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图2所示，本发明的空间光学遥感器焦面CCD热控器件，包括：焦面CCD1、导热填料2、导热条3、焦面电箱4和相变储热器5，焦面CCD1、导热填料2、导热条3和相变储热器5均位于焦面电箱4内部，相变储热器5通过贴合面薄板6与焦面CCD1连接，导热条3通过螺钉分别和焦面电箱4和相变储热器5连接，相变储热器5和焦面CCD1的连接处、相变储热器5和导热条3的连接处、导热条3和焦面电箱4的连接处均填充有导热填料2，导热填料2选用航天规格的导热硅胶，增加导热的速度，导热条3选用高导热率材料APG或者铝合金材料，相变储热器5通过螺钉分别与焦面CCD1和导热条3固定连接，相变储热器5与焦面CCD1和导热条3之间的缝隙均用导热填料2填充，相变储热器5主要由贴合面薄板6、填料框架7、相变材料8和导热薄片9组成，填料框架7由高导热率金属或者复合材料一体化加工成型，为带有六个矩形凹孔，边缘设置成与贴合面薄板6边缘切合的结构，使贴合面薄板6能够与填料框架7合在一起，相变材料8均匀填充到填料框架7的凹孔中，相变材料8按照焦面CCD1的正常工作温度进行选择，一般对于室温附近，可以选择十六烷、十八烷等石蜡材料，导热薄片9均匀分布在填料框架7中，可以按照一定角度摆放，如60度，并与填料框架7固定连接，增加导热性，导热薄片9的作用是增强相变储热器5内部导热，保证相变储热器5内部等温的要求，根据相变储热器5的尺寸、相变材料8及焦面CCD 1的温差要求进行设计，其材料可以选用铝箔、铜箔、银箔或新型高导热材料PGS等，贴合面薄板6将填料框架7、相变材料8和导热薄片9封装成为一体，即构成了相变储热器5，贴合面薄板6和填料框架7均采用铝合金材料制成。

Claims (4)

1.空间光学遥感器焦面CCD热控器件，包括：焦面CCD（1）、导热填料（2）、导热条（3）、焦面电箱（4），所述焦面CCD（1）通过导热填料（2）与所述导热条（3）相连，所述导热条（3）通过导热填料（2）与所述焦面电箱（4）相连，其特征在于，还包括安装在所述焦面CCD（1）和所述导热条（3）之间的相变储热器（5），所述焦面CCD（1）通过导热填料（2）与所述相变储热器（5）相连，所述相变储热器（5）通过导热填料（2）与所述导热条（3）相连，所述相变储热器（5）包括：贴合面薄板（6）、填料框架（7）、相变材料（8）和导热薄片（9），所述相变材料（8）填充到所述填料框架（7）中，所述导热薄片（9）均匀分布在所述填料框架（7）中并与所述填料框架（7）固定相连，所述贴合面薄板（6）将所述填料框架（7）、相变材料（8）和导热薄片（9）封装成为一体。

2.根据权利要求1所述的空间光学遥感器焦面CCD热控器件，其特征在于，所述贴合面薄板（6）和填料框架（7）均采用铝合金材料制成。

3.根据权利要求1所述的空间光学遥感器焦面CCD热控器件，其特征在于，所述相变材料（8）为十六烷或十八烷。

4.根据权利要求1所述的空间光学遥感器焦面CCD热控器件，其特征在于，所述导热薄片（9）采用铝箔、铜箔、银箔或高导热材料PGS制成。

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