CN103336336B - 一种方便拆装的密封制冷盒及光纤过孔密封连接器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种方便拆装的密封制冷盒，包括内部装有APD的盒体、制冷盒盖板、散热器、散热风扇、射频信号连接器及控制信号连接器，还包括光纤过孔密封连接器，所述光纤过孔密封连接器包括内锁紧螺母、分成两半的分体式螺栓、外锁紧螺母，所述分体式螺栓包括位于其中轴的光纤过孔，所述光纤过孔与位于盒体内部的APD的光纤尾管同轴，分体式螺栓穿过密封制冷盒体的一侧壁，APD的光纤尾管卡在所述光纤过孔中，外锁紧螺母和内锁紧螺母分别拧紧在位于盒体的外部和内部的分体式螺栓上。本发明还提供一种光纤过孔密封连接器。本发明的优点在于：保证APD的拆装方便的同时，使光纤尾管走线顺畅，从而保证光信号的正常传输，提高探测效率，使探测器运行稳定可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种单光子探测装置，具体是一种放置APD的制冷盒。
背景技术
目前单光子探测器领域最主要的器件还是雪崩光电二极管（APD），它是光探测领域中使用的光伏探测器元件，其主要功能就是将光信号转换成电信号输出，因为APD的灵敏度高、高增益和响应速度快的特点，成为光通信中的首选信号探测器件。雪崩光电二极管（APD）其最大的优点是具有放大效应，由它制成的光探测器具有很高的灵敏度，一般可比PIN光探测器的灵敏度高10-20dB。雪崩光电二极管也有缺点：第一，它会产生一种新的噪声——雪崩噪声；第二，在常温下APD内的热运动剧烈，会产生暗计数，影响光子的正常接收；第三，其工作电压受环境温度影响很大，在常温下需要的工作电压会很高，而在低温下则很低。为了减少APD的暗计数，降低其工作电压，APD需要在低温无光的环境下工作，温度至少需要达到-50℃的温度；通常将APD置于一密封性较好的制冷盒装置中，在其中采用制冷组件，例如温差电致冷组件（TEC），来对APD进行制冷，通过温控电路实现APD局部恒温，如实用新型201020014582.6中描述。现有的制冷盒装置中，作为通常设置，制冷盒的侧壁上设有将APD转换后的射频信号输出的射频信号连接器以及对制冷盒内部的制冷组件提供控制信号的控制信号连接器，并且制冷组件上连接有散热器。
目前，市场上绝大部分的APD的输入端都已将光纤直接耦合进入APD内部，且APD的光纤尾管的另一端接有光纤跳线头；在单光子探测器中使用时，将APD置于制冷盒内部，但其光纤尾管有一部分连同光纤跳线头是在制冷盒外部。由于单光子探测器在生产过程中面临着大量的调测工作，故所用的APD需要经常进行拆装更换，为了兼顾制冷盒的密封性要求，通常的设计是在制冷盒的上盖与盒体间的密封圈处留出一道缝隙，使光纤尾管通过缝隙穿过制冷盒侧壁，并且为了更好的密封，在缝隙处的上盖与侧壁间留出凹槽，凹槽内放上密封胶圈，光纤尾管穿过密封胶圈。但是，这种方法下APD的光纤尾管的走线并不十分顺畅，由于APD安装于制冷盒中央位置，APD输入端的光纤尾管延伸到制冷盒的侧壁后弯折向上至制冷盒的侧壁上沿，从上盖与侧壁间的光纤凹槽引出，由于光纤尾管不可避免地产生弯折，从而影响到了光信号的传输，导致探测效率降低；并且光纤弯折还会影响其使用寿命，这样探测器的稳定性也难以保证。另外，此种方法的密封效果并不理想，外界环境的热量很容易通过密封胶圈处的缝隙传入到制冷盒内部。
此外，对于多通道的单光子探测器，如果在一个制冷盒内放置两个或者两个以上的APD，则雪崩噪声就会形成互相串扰，导致探测效率的降低，特别是对于高频（>1GHz）单光子探测器来说，不同通道的APD间的噪声串扰会非常的严重；为了减少噪声串扰对探测效率的影响，通常的做法是制作多个制冷盒，每个制冷盒内放置一个APD和一个制冷组件，这样不仅单光子探测器的成本很高，其体积也很大，不利于推广应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种使APD的光纤尾管走线顺畅，从而保证光信号的正常传输，提高探测效率，使探测器运行稳定可靠，并且方便拆装的制冷盒。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：一种方便拆装的密封制冷盒，包括内部装有APD的盒体（1）、制冷盒盖板（2）、散热器（3）、散热风扇（4）、射频信号连接器（6）以及控制信号连接器（7），制冷盒盖板（2）盖住盒体（1），散热器（3）固定在盒体（1）的下端，散热风扇（4）与散热器（3）固定在一起，射频信号连接器（6）以及控制信号连接器（7）分别固定在盒体（1）的外侧壁上，其改进之处在于：还包括光纤过孔密封连接器（5），所述的光纤过孔密封连接器（5）包括内锁紧螺母（13）、分成两半的分体式螺栓（14）、外锁紧螺母（16），所述分体式螺栓（14）包括位于其中轴的光纤过孔（18），所述光纤过孔（18）与位于盒体（1）内部的APD(25)的光纤尾管(24)同轴，分体式螺栓（14）穿过密封制冷盒体（1）的一侧壁(23)，APD(25)的光纤尾管(24)卡在所述光纤过孔（18）中，外锁紧螺母（16）和内锁紧螺母（13）分别拧紧在位于盒体（1）的外部和内部的分体式螺栓（14）上。
作为进一步优化的技术方案，所述光纤过孔密封连接器（5）还包括O型密封圈(15)，所述分体式螺栓（14）的中部具有一突出的挡圈(142)，所述分体式螺栓（14）上位于挡圈(142)内侧的位置设置有容置所述O型密封圈(15)的密封圈槽(17)，安装好后，O型密封圈(15)紧抵在挡圈(142)和盒体（1）的侧壁(23)之间。
作为进一步优化的技术方案，所述分体式螺栓（14）的内部还设有一端开口在分体式螺栓（14）外端部的密封胶注射孔(19)，所述光纤过孔（18）与密封胶注射孔(19)相连通。
作为进一步优化的技术方案，所述分体式螺栓（14）的端壁上设置有横跨两半分体式螺栓（14）的快速分离撬槽(21)。
作为进一步优化的技术方案，所述分体式螺栓（14）的其中一半的安装壁上设置有定位销(20)，另一半分体式螺栓（14）的安装壁上对应于该定位销(20)设置有定位孔。
作为进一步优化的技术方案，所述盒体（1）中间设有若干个可插拔式内部屏蔽隔板（8），将制冷盒内部分成若干个独立的空间，在每个独立的空间内分别放置一个APD(25)，以实现多通道探测。
作为进一步优化的技术方案，所述制冷盒盖板（2）的内侧设有屏蔽沟槽（26），内部屏蔽隔板（8）的上部嵌入制冷盒盖板（2）的屏蔽沟槽（26）内。
作为进一步优化的技术方案，该密封制冷盒还包括在其内部的制冷组件（10）上焊接的一个一带二的APD固定夹具，所述内部屏蔽隔板（8）的下部按照制冷组件（10）和APD固定夹具的形状铣了避空部分（82），制冷组件（10）和一带二的APD固定夹具卡在内部屏蔽隔板（8）的避空部分（82）。
本发明还提供了一种光纤过孔密封连接器，所述的光纤过孔密封连接器（5）包括内锁紧螺母（13）、分成两半的分体式螺栓（14）、外锁紧螺母（16），所述分体式螺栓（14）包括位于其中轴的光纤过孔（18），所述光纤过孔（18）与位于盒体（1）内部的APD(25)的光纤尾管(24)同轴，分体式螺栓（14）穿过密封制冷盒体（1）的一侧壁(23)，APD(25)的光纤尾管(24)卡在所述光纤过孔（18）中，外锁紧螺母（16）和内锁紧螺母（13）分别拧紧在位于盒体（1）的外部和内部的分体式螺栓（14）上。
作为进一步优化的技术方案，所述光纤过孔密封连接器（5）还包括O型密封圈(15)，所述分体式螺栓（14）的中部具有一突出的挡圈(142)，所述分体式螺栓（14）上位于挡圈(142)内侧的位置设置有容置所述O型密封圈(15)的密封圈槽(17)，安装好后，O型密封圈(15)紧抵在挡圈(142)和盒体（1）的侧壁(23)之间，所述分体式螺栓（14）的内部还设有一端开口在分体式螺栓（14）外端部的密封胶注射孔(19)，所述光纤过孔（18）与密封胶注射孔(19)相连通，所述分体式螺栓（14）的端壁上设置有横跨两半分体式螺栓（14）的快速分离撬槽（21）。
作为进一步优化的技术方案，所述分体式螺栓（14）的其中一半的安装壁上设置有定位销(20)，另一半分体式螺栓（14）的安装壁上对应于该定位销(20)设置有定位孔。
本发明的优点在于：
1、通过设计光纤过孔密封连接器，兼顾了制冷盒密封性和探测器调测的要求，在保证APD的拆装方便的同时，使光纤尾管走线顺畅，从而保证光信号的正常传输，提高探测效率，使探测器运行稳定可靠；
2、该制冷盒具有良好的密封性能，可提供较低的局部环境温度，使APD长期稳定工作；
3、通过设计内部屏蔽隔板，使得制冷盒可以同时容纳多个APD，且能够有效解决同一盒体内多个APD的信号之间的串扰问题，提高探测效率；
4、该种结构的多通道APD制冷盒，有效的提高了其内部制冷组件的利用率，体积小，成本低。
附图说明
图1是本发明方便拆装的制冷盒的整体结构爆炸图。
图2是图1中的光纤过孔密封连接器的结构爆炸图。
图3是图1中的光纤过孔密封连接器的立体组合图。
图4是光纤过孔密封连接器的装配示意图。
图5是图1中制冷盒盖板的内侧视图。
图6是图1中屏蔽隔板立体结构图。
图7是温差电制冷组件的立体结构图。
图8是APD固定夹具与APD组装结构分解图。
图9是4通道制冷盒的结构爆炸示意图。
具体实施方式
实施例一
请参阅图1所示，本发明方便拆装的制冷盒包括内部装有APD的盒体1、制冷盒盖板2、散热器3、散热风扇4、光纤过孔密封连接器5、射频信号连接器6，以及控制信号连接器7。
制冷盒盖板2盖住盒体1，散热器3固定在盒体1的下端，散热风扇4与散热器3固定在一起。射频信号连接器6以及控制信号连接器7分别固定在盒体1的外侧壁上。本实施例中，采用温差电致冷组件（TEC）来对APD进行制冷，当然也可以采用现有的其他制冷组件对APD进行制冷。
为了达到更好的密封效果，盒体1的上下端部可以向下凹陷形成对称的2个环型密封沟槽11，2个密封沟槽11内分别安装导电密封橡胶条9。盒体1与散热器3之间、盒体1与盖板2之间，通过导电密封橡胶条9实现密封和屏蔽外界信号。
同时参阅图7所示，所述散热器3与盒体1内部的制冷组件10的热面27焊接在一起，使热面27产生的热快速传导到散热器3上，再通过散热风扇4将热量带出盒体1外。盒体1与散热器3之间、散热风扇4与散热器3之间通过螺钉固定。散热器3选用高导热系数的金属材质（如紫铜）。
射频信号连接器6将APD转换后的射频信号输出，为了保证输出信号的稳定性，防止相互之间的串扰，并防止外界温度和信号对制冷盒内部的干扰，设计时所选的射频信号连接器6为带屏蔽和密封功能的MCX型连接器。
控制信号连接器7主要用于对制冷盒内部的TEC提供控制信号，为了保证信号传输的稳定性，以及防止外界温度和信号对制冷盒内部的干扰，设计时所选的控制信号连接器7为带屏蔽和密封功能的DB型连接器。为了更好的保证整个盒体的密封性，控制信号连接器7在盒体1上对应的安装螺钉孔12设计为盲孔。
其中，APD的光纤尾管另一端的光纤跳线头直径约为10mm左右,APD本身的直径约6mm，APD与光纤跳线头中间光纤的直径仅1mm左右，即两头大中间小，导致其应用于密封设备非常困难。目前市场上没有能够直接适用于APD光纤尾管的密封连接器；此外，探测器在生产过程中需要经常进行调测，这就要求对APD的拆装更换应尽可能方便快捷，这种具有快速拆装功能的适用于APD光纤尾管的密封连接器更是没有。为了解决现有APD的光纤尾管在探测器的密封制冷盒应用中存在的光信号传输、密封、拆装等技术问题，这里提供一种可快速拆装式小型光纤过孔密封连接器5。
请同时参阅图2至图4所示，所述的光纤过孔密封连接器5包括内锁紧螺母13、分成两半的分体式螺栓14、外锁紧螺母16。
所述分体式螺栓14包括位于其中轴的光纤过孔18，所述光纤过孔18与位于盒体1内部的APD25的光纤尾管24同轴，且光纤过孔18的直径稍大于APD25的光纤尾管24的直径。光纤过孔密封连接器5的分体式螺栓14穿过密封制冷盒体1的一侧壁23，位于盒体1内部的APD25的光纤尾管24卡在所述光纤过孔18中，外锁紧螺母16和内锁紧螺母13分别拧紧在位于盒体1的外部和内部的分体式螺栓14上。这种装配方式可以使得APD25的光纤尾管24完全不用弯曲，因为光纤过孔密封连接器5的安装孔位置可以和APD25在制冷盒内的安装位置保持水平一致，从而最大可能的减小由于光纤尾管24的弯曲而造成的光信号传输损耗等问题。
作为该实施例优化的方案，为了使光纤过孔密封连接器5具有更好的密封性，所述光纤过孔密封连接器5还包括O型密封圈15，所述分体式螺栓14的中部具有一突出的挡圈142，所述分体式螺栓14上位于挡圈142内侧的位置设置有容置所述O型密封圈15的密封圈槽17，安装好后，O型密封圈15紧抵在挡圈142和盒体1的侧壁23之间。
为了达到更好的密封效果，在上述各方案的基础上，所述分体式螺栓14的内部还设有一端开口在分体式螺栓14外端部的密封胶注射孔19，所述光纤过孔18与密封胶注射孔19相连通，通过密封胶注射孔19注入的密封胶可流入光纤过孔18中，以达到密封效果。
为了更准确的固定分体式螺栓14，所述分体式螺栓14的其中一半的安装壁上设置有定位销20，另一半分体式螺栓14的安装壁上对应于该定位销20设置有定位孔（图未示）。
为了达到进一步的方便拆装，快速分离分体式螺栓14的效果，所述分体式螺栓14的端壁上设置有横跨两半分体式螺栓14的快速分离撬槽21。
如图3所示，APD25的光纤尾管24的另一端接有光纤跳线头22，当同时采用以上所有的技术方案时，使用分体式螺栓14对其进行拆装的过程如下：
装配使用过程：将分体式螺栓14分离，将光纤尾管24置于分体式螺栓14内部的光纤过孔18中，通过定位销20和定位孔将分体式螺栓14结合好，将O型密封圈15套入密封圈槽17内；再将分体式螺栓14穿过密封制冷盒体1，使O型密封圈15与盒体1的侧壁23贴紧，分别将外锁紧螺母16和内锁紧螺母13拧紧；通过胶枪将密封胶注射到密封胶注射孔19中，直到光纤过孔18两端有密封胶刚好溢出为止。
拆离使用过程：松开外锁紧螺母16和内锁紧螺母13，从盒体1中取出分体式螺栓14，从而将APD25和其光纤尾管24一起从盒体1中取出，拆掉O型密封圈15；用一字槽螺丝刀置于快速分离撬槽21中，旋转螺丝刀即可分开带密封胶的分体式螺栓14，然后取出光纤尾管24即可。
实施例二
同时参阅图1和图6所示，在上述实施例一的基础上，所述盒体1中间还可以根据需要的通道数设有若干个可插拔式内部屏蔽隔板8，内部屏蔽隔板8可以是整块板式结构，这样可以将制冷盒内部分成若干个独立的空间，在每个独立的空间内分别放置一个APD和一个TEC，实现一个探测器的多通道探测，且有效的防止了盒体1内部的APD的输出信号之间的相互串扰问题，无需制作多个制冷盒，节省了探测器的成本。参阅图5所示，制冷盒盖板2的内侧设有屏蔽沟槽26，内部屏蔽隔板8的上部嵌入制冷盒盖板2的屏蔽沟槽26内，形成嵌入式连接。内部屏蔽隔板8为可插拔式，拆装方便，不仅使得整个制冷盒的结构变的简单，容易加工，也为探测器的安装、调测等提供了便利。
为了进一步降低成本，减少体积，所述内部屏蔽隔板8的下部按照制冷组件10的形状铣了避空部分82，这样使制冷盒内部分为若干个相对独立的空间，每个独立空间内分别放置一个APD，而两个相邻的独立空间内的APD可以共用一个位于APD下端的制冷组件10。
如图7和图8所示，可以在制冷组件10的冷面28上焊接一个一带二的APD固定夹具，所述一带二的APD固定夹具包括下固定夹具29和上固定夹具30，下固定夹具29和上固定夹具30上分别设有两个截面成半圆的槽，下固定夹具29和上固定夹具30合起来后，形成两个圆形通道，两个APD25可以分别放在其中对应的圆形通道内，下固定夹具29和上固定夹具30通过螺丝锁固。安装时，先将下固定夹具29焊接到制冷组件10的冷面28上，然后将两个APD25和上固定夹具30一起锁在下固定夹具29上。一个制冷组件10带两个APD25，可以有效的提高制冷组件10的利用效率，减小探测器的体积和重量。
类似的这种结构形式可以做多通道的APD集成。如图9所示，在双通道APD制冷盒的基础上，只需再增加两块内部屏蔽隔板8和一个制冷组件10，其他部分做相应的扩展设计，即可制成4通道APD制冷盒。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种方便拆装的密封制冷盒，包括内部装有APD的盒体(1)、制冷盒盖板(2)、散热器(3)、散热风扇(4)、射频信号连接器(6)以及控制信号连接器(7)，制冷盒盖板(2)盖住盒体(1)，散热器(3)固定在盒体(1)的下端，散热风扇(4)与散热器(3)固定在一起，射频信号连接器(6)以及控制信号连接器(7)分别固定在盒体(1)的外侧壁上，其特征在于：还包括光纤过孔密封连接器(5)，所述的光纤过孔密封连接器(5)包括内锁紧螺母(13)、分成两半的分体式螺栓(14)、外锁紧螺母(16)，所述分体式螺栓(14)包括位于其中轴的光纤过孔(18)，所述光纤过孔(18)与位于盒体(1)内部的APD(25)的光纤尾管(24)同轴，分体式螺栓(14)穿过密封制冷盒体(1)的一侧壁(23)，APD(25)的光纤尾管(24)卡在所述光纤过孔(18)中，外锁紧螺母(16)和内锁紧螺母(13)分别拧紧在位于盒体(1)的外部和内部的分体式螺栓(14)上。
2.如权利要求1所述的方便拆装的密封制冷盒，其特征在于：所述光纤过孔密封连接器(5)还包括O型密封圈(15)，所述分体式螺栓(14)的中部具有一突出的挡圈(142)，所述分体式螺栓(14)上位于挡圈(142)内侧的位置设置有容置所述O型密封圈(15)的密封圈槽(17)，安装好后，O型密封圈(15)紧抵在挡圈(142)和盒体(1)的侧壁(23)之间。
3.如权利要求1或2所述的方便拆装的密封制冷盒，其特征在于：所述分体式螺栓(14)的内部还设有一端开口在分体式螺栓(14)外端部的密封胶注射孔(19)，所述光纤过孔(18)与密封胶注射孔(19)相连通。
4.如权利要求3所述的方便拆装的密封制冷盒，其特征在于：所述分体式螺栓(14)的端壁上设置有横跨两半分体式螺栓(14)的快速分离撬槽(21)。
5.如权利要求1所述的方便拆装的密封制冷盒，其特征在于：所述分体式螺栓(14)的其中一半的安装壁上设置有定位销(20)，另一半分体式螺栓(14)的安装壁上对应于该定位销(20)设置有定位孔。
6.如权利要求1所述的方便拆装的密封制冷盒，其特征在于：所述盒体(1)中间设有若干个可插拔式内部屏蔽隔板(8)，将制冷盒内部分成若干个独立的空间。
7.如权利要求6所述的方便拆装的密封制冷盒，其特征在于：所述制冷盒盖板(2)的内侧设有屏蔽沟槽(26)，内部屏蔽隔板(8)的上部嵌入制冷盒盖板(2)的屏蔽沟槽(26)内。
8.如权利要求6所述的方便拆装的密封制冷盒，其特征在于：该密封制冷盒还包括在其内部的制冷组件(10)上焊接的一个一带二的APD固定夹具，所述内部屏蔽隔板(8)的下部按照制冷组件(10)和APD固定夹具的形状铣了避空部分(82)，制冷组件(10)和一带二的APD固定夹具卡在内部屏蔽隔板(8)的避空部分(82)。
9.一种光纤过孔密封连接器，其特征在于：光纤过孔密封连接器(5)包括内锁紧螺母(13)、分成两半的分体式螺栓(14)、外锁紧螺母(16)，所述分体式螺栓(14)包括位于其中轴的光纤过孔(18)，所述光纤过孔(18)与位于盒体(1)内部的APD(25)的光纤尾管(24)同轴，分体式螺栓(14)穿过密封制冷盒体(1)的一侧壁(23)，APD(25)的光纤尾管(24)卡在所述光纤过孔(18)中，外锁紧螺母(16)和内锁紧螺母(13)分别拧紧在位于盒体(1)的外部和内部的分体式螺栓(14)上。
10.如权利要求9所述的光纤过孔密封连接器，其特征在于：所述光纤过孔密封连接器(5)还包括O型密封圈(15)，所述分体式螺栓(14)的中部具有一突出的挡圈(142)，所述分体式螺栓(14)上位于挡圈(142)内侧的位置设置有容置所述O型密封圈(15)的密封圈槽(17)，安装好后，O型密封圈(15)紧抵在挡圈(142)和盒体(1)的侧壁(23)之间，所述分体式螺栓(14)的内部还设有一端开口在分体式螺栓(14)外端部的密封胶注射孔(19)，所述光纤过孔(18)与密封胶注射孔(19)相连通，所述分体式螺栓(14)的端壁上设置有横跨两半分体式螺栓(14)的快速分离撬槽(21)。
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-
2013
- 2013-06-28 CN CN201310270105.4A patent/CN103336336B/zh active Active
Patent Citations (5)
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