CN104105237A - 望远镜镜面的导电薄膜多相交流电加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种望远镜镜面的导电薄膜多相交流电加热方法，以满足极端环境下望远镜镜面高均匀性加热的要求。本发明方法使用镀膜工艺，在镜面基底上镀一层导电薄膜，再在镜面边缘安置电极，电极沿着镜面周向分布，并不得遮挡入射光线；电极需与导电薄膜接触良好，以减少接触电阻，防止接触面上的功率损耗；电极通过导线连接到电源上，电源对电极施加交流电，通过电极间的电压差在导电薄膜上形成分布电流，从而产生热量；交流电的幅值根据实际需要的发热量进行调节。本发明能够使镜面加热更均匀、避免电极附近的热集中、除霜效率高、节能环保。

Description

望远镜镜面的导电薄膜多相交流电加热方法

技术领域

本发明属于光学望远镜领域，具体涉及一种望远镜镜面的加热技术。

背景技术

在极端环境中工作的光学和红外望远镜是国防和天文观测的一个重要设备，光学镜面的高均匀性加热除霜是保障望远镜正常工作的主要技术之一。

目前用于玻璃除霜的方法主要有：

1.机械擦拭除霜法：用刮刷反复擦拭镜面除霜，与望远镜镜面有机械接触，并附加作用力，容易造成镜面的磨损，影响镜面的定位精度，应用受到很大的限制；

2.暖气流吹除法：暖气流会与附近的低温气团对流，造成环境视宁度变差，进而影响望远镜的成像质量，限制了这种方法在望远镜光学系统中的应用；

3.电阻丝加热方法：在镜面上布置电阻丝，通电加热，该方法广泛应用于汽车的挡风玻璃除霜，这种方法在望远镜镜面上应用的局限在于：在工艺上，电阻丝很难嵌入在高精度的镜面里，而且电阻丝是不透明的，影响望远镜成像；

4.直流电加热方法：导电薄膜在光学波段具有很好的通透性，通过调节膜层厚度可以控制面电阻，且其制备工艺较为成熟。在一些极端环境下的光学系统中获得应用，但由于采用了直流点状电极设计，易导致其镜面加热不均匀、电极附近电流集中等负面效应，极大影响了其使用的效果。

综上所述，现有技术中的各类除霜方法均存在使用上的局限，难以满足极端环境下望远镜镜面高均匀性加热的要求。

发明内容

为了克服现有望远镜镜面加热技术的不足，提供一种加热均匀、无局部热集中的加热方法，本发明提供了一种望远镜镜面的导电薄膜多相交流电加热方法，具体包括如下步骤：

(1)使用镀膜工艺，在镜面基底上镀一层导电薄膜；

(2)在镜面边缘安置电极，电极沿着镜面周向分布，并不得遮挡入射光线；电极需与导电薄膜接触良好，以减少接触电阻，防止接触面上的功率损耗；

(3)电极通过导线连接到电源上，电源对电极施加交流电，通过电极间的电压差在导电薄膜上形成分布电流，从而产生热量；

(4)不同位置电极上施加的交流电的相位不同，交流电的幅值根据实际需要的发热量进行调节。

进一步，本发明方法的电极形状优选为线条状，以增加与导电薄膜的接触面积，并减少电极附近的电流集中，从而减小电极附近的热集中。

进一步，本发明方法的电极亦可以是由多个短小的电极并联而成。

进一步，本发明方法的导电薄膜优选采用氧化铟锡薄膜，厚度为100纳米。

进一步，本发明方法的导线是通过焊接或通过螺钉固接在电极上的。

进一步，本发明方法的电极数量至少为三个；电极的数量越多，其加热除霜的效果会越好，但相应地多相交流电源的成本也随之上升；因此，在满足一定要求后，电极的数量(交流电的相数)越少，实现的成本会越少。在本发明的仿真实验结果中，电极的数量最优为六个，即六相交流电的加热结果为最佳。

采用上述技术方案，本发明能够取得如下的技术效果：

(1)镜面加热更均匀

在同等功率条件下，本发明使用了空间分布的多相交流电加载方法，镜面各处的分布电流趋于一致，从而加热更均匀；本发明显著减少了镜面上的过冷点，提高了镜面除霜的效果；另外，由于镜面加热均匀性的改善，镜面的温差减小，镜面附近空气对流相应减弱，有利于保持良好的观测视宁度。

(2)避免电极附近的热集中

本发明优选使用线条状电极，使得电极与导电薄膜的接触面积增大；同时采用了多相交流电加载设计，电极数量增多，进一步起到分摊电流的效果，有效避免了电极附近因电流积聚而产生的热集中，对导电薄膜起到保护作用。

(3)除霜效率高、节能环保

本发明加热效率更高，节能效果更好。由于本发明的加热均匀性好、无明显热集中，在获得同样的加热效果时，消耗的能量更少，起到节能环保的作用。

附图说明

图1是应用本发明方法的实施例中，导电薄膜多相电加热设备示意图。

图2是应用本发明方法的实施例中，导电薄膜多相电加热设备A-A’截面的剖面图。

图3是应用本发明方法的实施例中，导电薄膜加热设备的多相电压时序图。

图中标记代表：

1-A：线条状电极1，连接至多相交流电源，加载电压信号1；

1-B：线条状电极2，连接至多相交流电源，加载电压信号2；

1-C：线条状电极3，连接至多相交流电源，加载电压信号3；

2：光学镜面；3：导电薄膜；4：多相交流电源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

1、在镜面(2)上使用真空蒸发镀膜的方法镀上一层均匀的导电薄膜(3)，如氧化铟锡薄膜，控制薄膜(3)的厚度在适宜范围内(如100纳米)，以获得设计的面电阻；

2、用导电胶在镜面(2)边缘粘接3个长度适宜的线条状金属电极(1)，电极(1)沿着镜面(2)周向分布，使得电极(1)与导电薄膜(3)接触良好，以减少接触电阻，防止接触面上的功率损耗，三个电极(1)位置间隔120度，如图1所示；

3、电极(1)上焊接或通过螺钉固接一金属导线，如图2所示；该金属导线另一端连接三相电源(4)的一相交流输出，如图1所示；采用三相交流电源(4)供电，通过三相交流变压器对幅值进行调整，电极电压的相位差为120度，其波形参考如图3所示；

4、调节三相交流电(4)的幅值，以控制整个镜面(2)的发热功率，从而获得所需要的除霜能力。

上述实施例是实现本发明方法的一个较佳实施方式，在该实施例的基础上，若将电极的形状替换为点状或块状，也同样可以实现本发明的主要目的，但透光效果会较线条状要差一些。本发明方法中的电极数量可在考虑成本的前提下灵活增设，该电极亦可以是将一较长的线条状电极，分割成多个短线条状电极，然后并联使用。

上述实施方式中所涉及到的技术特征，只要彼此间未构成冲突就可以相互组合。本发明不限于上述实施例，一切采用等同替换或等效替换形成的技术方案均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种望远镜镜面的导电薄膜多相交流电加热方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)使用镀膜工艺，在望远镜镜面基底上镀一层导电薄膜；

(2)在所述望远镜镜面的边缘安置电极，所述电极沿着该望远镜镜面周向分布；

(3)所述电极通过导线连接到电源上，所述电源对所述电极施加交流电，通过所述电极间的电压差在所述导电薄膜上形成分布电流，从而产生热量；

(4)所述交流电的幅值根据实际需要的发热量进行调节。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述电极的形状为线条状，以增加其与所述导电薄膜的接触面积。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述电极是由多个短小的电极并联而成。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述导电薄膜采用氧化铟锡薄膜，厚度为100纳米。

5.根据权利要求2或4所述的方法，其特征是，所述导线是通过焊接或通过螺钉固接在电极上的。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述电极的数量至少为三个。