CN103759828B - 紫外增强型ccd探测器裸片的固定与成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紫外增强型CCD探测器裸片的固定与成像装置，属于空间遥感技术领域。解决了现有技术中CCD裸片不能够承受严酷的力学环境和空间环境的技术问题。本发明的装置包括箱盖、底板、箱体、探测器基板、探测器组件、探测器导热块、绝缘导热垫和探测器驱动电路板。本发明装置结构简单，操作方便，且保证探测器裸片能够承受严酷的力学环境和温度环境，具有较好的成像质量，能够应用在空间遥感探测领域。

Description

紫外增强型CCD探测器裸片的固定与成像装置

技术领域

本发明涉及一种紫外增强型CCD探测器裸片的固定与成像装置，属于空间遥感技术领域。

背景技术

空间遥感技术在环境状况监测以及趋势预测等方面都显示出了无可替代的优势和良好的应用前景。现有技术中的遥感设备，如国外典型的有臭氧总量测绘光谱仪(TOMS)、太阳后向散射紫外光谱仪(BUV/SBUV/SBUV-2)、极地臭氧和气溶胶测量装置(POAMⅡ)、紫外/可见成像光谱仪及红外成像仪系统(OSIRIS)以及大气制图扫描成像吸收分光计(SCIAMACHY)等；国内的遥感仪器有太阳紫外光谱监视器、紫外臭氧探测仪等。近年来，为了对地球边缘大气层进行紫外光谱临边探测，获取整层大气密度、臭氧分布和气溶胶等微量成分的垂直结构及其三维分布，进而为研究全球环境和气候的变化提供依据，国内开展了紫外环形成像仪的研制。

在紫外环形成像仪探测的光谱波段内所能购买到的紫外增强型CCD探测器是非制冷的裸片，结构如图1所示。但作为空间遥感仪器，在其发射过程中要经受冲击和振动，在卫星平台上工作时要保持良好的温度变化范围，而该探测器没有对应的固定和热传导措施，不能够承受严酷的力学环境和空间环境，无法直接应用于空间遥感成像仪中，而现有技术中，还没有适合于空间遥感技术的紫外增强型CCD裸片。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中CCD裸片不能够承受严酷的力学环境和空间环境的技术问题，提供一种紫外增强型CCD探测器裸片的固定与成像装置。

本发明的紫外增强型CCD探测器裸片的固定与成像装置，包括箱盖、底板、箱体、探测器基板、探测器组件、探测器导热块、绝缘导热垫和探测器驱动电路板；所述箱盖固定在箱体顶端；所述箱体底端固定在底板上；所述探测器基板固定在箱体上，探测器基板的背面与箱体接触，探测器基板的表面依次固定探测器组件和探测器导热块；所述绝缘导热垫一面固定在探测器导热块上，另一面与底板接触；所述探测器组件包括探测器裸片、探测器固定安装座、第一压板和第二压板，探测器裸片通过第一压板和第二压板压紧固定在探测器固定安装座上，第一压板和第二压板不遮挡探测器裸片的相面区域，探测器裸片的背面与探测器固定安装座接触，探测器裸片的表面与探测器基板的表面相对；所述探测器驱动电路板与探测器裸片的插针插和并固定在探测器基板和箱体上；所述箱盖、箱体和探测器基板上设有通孔，保证箱盖、箱体和探测器基板不遮挡探测器裸片的相面区域。

进一步的，所述箱体为方形，包括侧面板和上面板，侧面板固定在底板上，上面板的中间位置开孔，上面板的开孔的两侧设有螺钉孔，探测器基板通过螺钉固定在上面板上。

进一步的，所述探测器基板的表面的两侧分别设有第一凸台，第一凸台上设有螺钉孔，用于与探测器固定螺钉配合固定探测器组件和探测器导热块。

进一步的，所述探测器基板通过螺钉固定在箱体上，并通过定位销定位在箱体上。

进一步的，所述探测器固定安装座上设有第二凸台，第二凸台与探测器裸片的背面相配合，探测器裸片的插针位于第二凸台的前后两侧，第一压板和第二压板通过螺钉固定在第二凸台的左右两侧。

进一步的，所述第二凸台上设有填胶槽，用于放置环氧胶，并粘结固定探测器裸片。

进一步的，所述探测器固定安装座的两侧分别设有上下贯通的第一凹槽，探测器导热块两侧分别设有上下贯通的第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽对齐且均设有螺纹，螺纹与探测器固定螺钉配合将探测器组件和探测器导热块固定在探测器基板上。

进一步的，所述探测器导热块上设有第三凸台，第三凸台与绝缘导热垫尺寸配合并用于粘结固定绝缘导热垫。

进一步的，所述探测器驱动电路板通过螺钉固定在探测器基板和箱体上。

进一步的，所述探测器裸片与探测器固定安装座的接触面涂有一层导热胶，绝缘导热垫与底板的接触面涂有一层导热胶，底板与箱体的接触面涂有一层导热胶，箱体与箱盖的接触面涂有一层导热胶。

本发明的工作原理：目标体的入射光线经箱盖、箱体和探测器基板上的透射孔进入探测器裸片的像面上，光线打到探测器焦平面的像面上后发生光电耦合效应，将光学能量以电子形式通过转换电路转换后经电路板的输出接口输出到计算机中，再通过显示器显示出探测到的目标体的光电像。由于探测器裸片在工作过程中发生了功率的损耗，造成其内部的电子器件发热，如不及时的将热量导出，势必会造成信噪降低并加速电子器件的老化，影响探测器裸片的成像质量和寿命，本发明裸片产生的热量首先经过探测器固定安装座传导至探测器导热块，通过导热块依次传导至绝缘导热垫和底板后，一部分热量经箱体进行的辐射散热散出，另一部分热量经由底板与箱体的接触部位传导到箱体上，再经由开设有散热面的箱盖进行辐射散热到太空的冷黑空间，从而保证探测器裸片在一定温度范围内稳定工作，保证成像质量。

本发明的有益效果：

本发明的紫外增强型CCD探测器裸片的固定与成像装置结构简单，操作方便，且保证CCD探测器裸片在严酷的力学环境和温度环境内稳定工作，得到较好的成像质量，适用于空间遥感探测领域。

附图说明

图1为CCD探测器裸片的结构示意图；

图2为CCD探测器裸片的固定与成像装置的立体示意图；

图3为图2的B-B向剖面图；

图4为探测器组件的结构示意图；

图5为探测器组件的俯视图；

图6为图5的A-A向剖面图；

图7为探测器固定安装座的结构示意图；

图8为第一压板的结构示意图；

图9为图8的C-C向剖面图；

图10为第二压板的结构示意图；

图11为图10的D-D向剖面图；

图12为探测器基板固定探测器组件和探测器导热块的结构示意图；

图中，1、箱盖，2、底板，3、箱体，31、侧面板，32、上面板，4、探测器固定螺钉，41、配合圆柱面，5、探测器基板，51、第一凸台，52、凸起螺钉孔，53、销钉孔，54、调节螺钉孔，6、探测器组件，61、探测器裸片，62、探测器固定安装座，621、第二凸台，6211、填胶槽，622、第一凹槽，63、第一压板，64、第二压板，7、CCD探测器导热块，71、第三凸台，72、第二凹槽，8、绝缘导热垫，9、CCD探测器驱动电路板。

具体实施方式

以下结合附图1-10进一步说明本发明。

本发明的CCD探测器裸片的固定与成像装置，包括：箱盖1、底板2、箱体3、探测器固定螺钉4、探测器基板5、探测器组件6、探测器导热块7、绝缘导热垫8和探测器驱动电路板9。其中，箱体3为方形，包括侧面板31和上面板32，侧面板31固定在底板2上，上面板32固定在侧面板31上，箱盖1固定在上面板32上，箱盖1上有减重设计，上面板32的中间位置开孔，开孔位置两侧的上面板32上设有螺钉孔，探测器基板5通过螺钉固定在上面板32上，探测器基板5的背面与上面板32接触，探测器组件6和探测器导热块7通过探测器固定螺钉4依次固定在探测器基板5的表面；探测器组件6包括探测器裸片61、探测器固定安装座62、第一压板63和第二压板64，探测器裸片61的背面与探测器固定安装座62接触，探测器裸片61的表面与探测器基板5的表面相对，绝缘导热垫8一面固定在探测器导热块7的上，具体指探测器导热块7未与探测器组件6接触的一面，绝缘导热垫8的另一面与底板2接触；探测器驱动电路板9与探测器裸片61的插针插和后同时固定在探测器基板5和箱体3的上面板32上，箱盖1和探测器基板5上设有开孔，与上面板32的开孔相配合，不遮挡探测器裸片61的相面区域。

本实施方式中，探测器基板5的表面的两侧分别设有第一凸台51，第一凸台51上设有螺钉孔，用于固定探测器组件6和探测器导热块7，探测器基板5上还设有凸起螺钉孔52，可以为一个或多个，用于探测器驱动电路板9的中心位置处的固定，探测器基板5上还设有销钉孔53，用于与定位销配合将探测器基板5定位在箱体3上，探测器基板5上还设有调节螺钉孔54，用于与调节螺钉配合将探测器基板5固定在箱体3上。

本实施方式中，探测器固定安装座62上设有第二凸台621，第二凸台621与探测器裸片61的背面相配合，用于放置探测器裸片61，探测器裸片61的插针位于第二凸台621的前后两侧，第二凸台621上设有填胶槽6211，用于放置环氧胶粘结固定探测器裸片61，填胶槽6211数量依据探测器裸片61的大小决定；探测器固定安装座62两侧均设有上下贯通的第一凹槽622，第一凹槽622内设有螺纹，第一凹槽622可以为一个或多个。

本实施方式中，第一压板63和第二压板64从侧面看成L型，第一压板63包括第一顶板631和第一侧板632，第二压板64包括第二顶板641和第二侧板642；第一顶板631和第二顶板641的背面与探测器裸片61的表面相对且压紧接触，第一侧板632和第二侧板642上设有螺钉孔，在探测器裸片61黏胶完成后，通过螺钉固定于第二凸台621的左右两侧，第一顶板631和第二顶板641的宽度与探测器裸片61的宽度相同；第一侧板632的两侧设有第一台阶6321和第二台阶6322，第二侧板642的两侧设有第三台阶6421和第四台阶6422，第一台阶6321与第三台阶6421的宽度均与探测器裸片1的宽度相同，第二台阶6322和第四台阶6422的宽度均与凸台621的宽度相同，使第一压板63和第二压板64的侧面与探测器裸片61和第二凸台621对齐；可在第一压板63和第二压板64与探测器裸片61的接触面涂厚度为0.5mm胶层形成对探测器裸片61的柔性压紧。

本实施方式中，探测器导热块7上设有第三凸台71，用于粘结固定绝缘导热垫8；探测器导热块7两侧设有上下贯通的第二凹槽72，第二凹槽72可以为一个或多个，第二凹槽72内设有螺纹，第二凹槽72与第一凹槽622对齐，通过探测器固定螺钉4和第一凸台51上的螺钉孔配合，固定探测器组件6和探测器导热块7。

本实施方式中，绝缘导热垫8的尺寸与第三凸台71相同。

本实施方式中，各零件间的接触表面精加工且光洁度高，所有接触配合部位的零件间均涂抹薄薄一层GD414导热胶(螺钉连接处除外)以增加导热效果，如探测器裸片61与探测器基板5的接触面涂有一层导热胶，箱盖1、底板2与箱体3的接触面均涂有一层导热胶等。

本实施方式中，通过光学检测装置检测并调整箱体3与探测器基板5之间的调节螺钉调整探测器探测的像面位置，保证像面中心的轴向和周向位置在探测精度许可范围内，调节好后，采用定位销固定其位置，光学检测装置由积分球、透镜组和数据采集系统组成，积分球发出的平行光进入透镜组后聚焦到探测器的像面上，再由数据采集显示系统接收和处理，并显示出探测器的实际位置调整。

本实施方式中，填胶槽6211中的环氧胶粘结探测器裸片61的过程中，粘接固化后，需要经过应力释放，过程为升温到30℃，保温3小时，继续升温到40℃，保温12小时，降温至30℃，保温3小时，再降温至20℃室温后从高低温箱中取出，然后再在室温20℃下静置24h。

本实施方式中，箱盖1、底板2、箱体3、第一压板63和第二压板64的材料为导电、导热效果好的铝合金7A09加工；探测器基板5的材料型号为4J32，探测器固定安装座62的材料型号为4J29，探测器导热块7采用热导率好、性价比高的纯铝1060。

本实施方式的探测器固定螺钉4为长度较长的螺钉，能够将探测器基板5、探测器组件6和探测器导热块7连接在一起；探测器固定螺钉4接触段设有与探测器组件6相配合的圆柱面41，通过探测器固定螺钉4对探测器组件6进行定位，探测器固定螺钉4的材料与探测器固定安装座62材料一致，都为4J29，以保证它们具有相同的热膨胀系数，减小因热膨胀所产生的应力；同时，为了保证在力学环境下的安装精度，探测器固定螺钉4与探测器固定安装座62的配合处精密加工，保证二者间的精密配合。调节螺钉和定位销都是标准件。

显然，以上具体实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.紫外增强型CCD探测器裸片的固定与成像装置，其特征在于，包括：箱盖(1)、底板(2)、箱体(3)、探测器基板(5)、探测器组件(6)、探测器导热块(7)、绝缘导热垫(8)和探测器驱动电路板(9)；

所述箱盖(1)固定在箱体(3)顶端；

所述箱体(3)的底端固定在底板(2)上；

所述探测器基板(5)固定在箱体(3)上，探测器基板(5)的背面与箱体(3)接触，探测器基板(5)的表面依次固定探测器组件(6)和探测器导热块(7)；

所述绝缘导热垫(8)一面固定在探测器导热块(7)上，另一面与底板(2)接触；

所述探测器组件(6)包括探测器裸片(61)、探测器固定安装座(62)、第一压板(63)和第二压板(64)，探测器裸片(61)通过第一压板(63)和第二压板(64)压紧固定在探测器固定安装座(62)上，第一压板(63)和第二压板(64)不遮挡探测器裸片(61)的相面区域，探测器裸片(61)的背面与探测器固定安装座(62)接触，探测器裸片(61)的表面与探测器基板(5)的表面相对；

所述探测器驱动电路板(9)与探测器裸片(61)的插针插和并固定在探测器基板(5)和箱体(3)上；

所述箱盖(1)、箱体(3)和探测器基板(5)上设有开孔，保证箱盖(1)、箱体(3)和探测器基板(5)不遮挡探测器裸片(61)的相面区域。

2.根据权利要求1所述的紫外增强型CCD探测器裸片的固定与成像装置，其特征在于，所述箱体(3)为方形，包括侧面板(31)和上面板(32)，侧面板(31)固定在底板(2)上，上面板(32)的中间位置开孔，上面板(32)的开孔的两侧设有螺钉孔，探测器基板(5)通过螺钉固定在上面板(32)上。

3.根据权利要求1所述的紫外增强型CCD探测器裸片的固定与成像装置，其特征在于，所述探测器基板(5)的表面的两侧分别设有第一凸台(51)，第一凸台(51)上设有螺钉孔，用于与探测器固定螺钉(4)配合固定探测器组件(6)和探测器导热块(7)。

4.根据权利要求1所述的紫外增强型CCD探测器裸片的固定与成像装置，其特征在于，所述探测器基板(5)通过螺钉固定在箱体(3)上，并通过定位销定位在箱体(3)上。

5.根据权利要求1所述的紫外增强型CCD探测器裸片的固定与成像装置，其特征在于，所述探测器固定安装座(62)上设有第二凸台(621)，第二凸台(621)与探测器裸片(61)的背面相配合，探测器裸片(61)的插针位于第二凸台(621)的前后两侧，第一压板(63)和第二压板(64)通过螺钉固定在第二凸台(621)的左右两侧。

6.根据权利要求5所述的紫外增强型CCD探测器裸片的固定与成像装置，其特征在于，所述第二凸台(621)上设有填胶槽(6211)，用于放置环氧胶，并粘结固定探测器裸片(61)。

7.根据权利要求1所述的紫外增强型CCD探测器裸片的固定与成像装置，其特征在于，所述探测器固定安装座(62)的两侧分别设有上下贯通的第一凹槽(622)，探测器导热块(7)两侧分别设有上下贯通的第二凹槽(72)，第一凹槽(622)和第二凹槽(72)对齐且均设有螺纹，螺纹与探测器固定螺钉(4)配合将探测器组件(6)和探测器导热块(7)固定在探测器基板(5)上。

8.根据权利要求1所述的紫外增强型CCD探测器裸片的固定与成像装置，其特征在于，所述探测器导热块(7)上设有第三凸台(71)，第三凸台(71)与绝缘导热垫(8)尺寸配合并用于粘结固定绝缘导热垫(8)。

9.根据权利要求1所述的紫外增强型CCD探测器裸片的固定与成像装置，其特征在于，所述探测器驱动电路板(9)通过螺钉固定在探测器基板(5)和箱体(3)上。

10.根据权利要求1所述的紫外增强型CCD探测器裸片的固定与成像装置，其特征在于，所述探测器裸片(61)与探测器固定安装座(62)的接触面涂有一层导热胶，绝缘导热垫(8)与底板(2)的接触面涂有一层导热胶，底板(2)与箱体(3)的接触面涂有一层导热胶，箱体(3)与箱盖(1)的接触面涂有一层导热胶。