CN105466354A - 一种用于真空环境下的光学元件热应力评估系统 - Google Patents

Abstract

一种用于真空环境下的光学元件热应力评估系统，属于光学元件热应力控制相关技术领域，为了解决真空环境下对光学元件进行热应力评估的问题，该系统的石英加热管热辐照到光学元件上，在不同的时刻利用非接触式红外测温仪和干涉仪通过窗口玻璃分别进行光学元件表面的温度测量和面形测量，记录不同温度变化量对应的面形变化量，从而实现对真空环境下的光学元件热应力进行评估；该系统采用单面镀反射层的加热管作为光源，能够有效的防止了无效的热辐射对光学元件支撑及其他机械结构进行热辐照；温度和面形的测量均为非接触式，能够真实的反映出光学元件的面形在热辐射的情况下随温度的变化情况。

Description

一种用于真空环境下的光学元件热应力评估系统

技术领域

本发明涉及的光学元件热应力评估系统，主要应用于评估真空环境下光学元件受热辐射时产生的面形变化，属于光学元件热应力控制技术领域。

背景技术

光学元件受到光源的辐射，温度会随之升高，在热应力的影响下会导致其面形发生变化。真空环境下光学元件散热在没有借助外界温控系统的情况下，光学元件的热应力会导致元件面形发生很大变化，甚至会对光学元件产生破坏，从而无法满足使用要求，因此在真空环境下，如果光学元件受到外界热源辐射很强的话，必须要进行温度控制来保证光学元件的面形。

对光学元件而言，在真空环境下，温度控制对面形控制的影响是很难通过仿真来预测的，因为实际情况下光学元件与支撑的接触面积以及导热介质的传热效率等，都是很难达到理想值。因此，在真空环境下对光学元件热应力的评估是必要的，其对光学元件的使用具有重要的指导意义。

在真空环境下对光学元件热应力的评估，其主要目的是在不同的光强辐射下，测量出光学元件的口径范围内温度随时间的分布情况，同时利用检测设备检测出各个时刻对应的面形。最终通过数据处理，得出面形随温度的变化曲线，为光学元件在不同工况下使用提供依据。在真空环境下，温度的测量分为接触式和非接触式两种，接触式可以通过贴片式温度传感器来实现，而对于光学元件来说，该方式是无法使用的，其会对光学元件表面有划伤。因此，在对于光学元件真空环境下的温度测量，通常都是采用非接触式测量手段。光学元件的面形变化，通常都是采用干涉仪进行测量。

发明内容

本发明为了解决真空环境下对光学元件进行热应力评估的问题，提供了一种用于真空环境下的光学元件热应力评估系统，该系统同时还能进一步评估光学元件温控装置的效果。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

一种用于真空环境下的光学元件热应力评估系统，其包括干涉仪、真空罐、支撑架、玻璃窗口、石英加热管、石英加热管固定座、光学元件、支撑结构、六自由度调整平台和台阶；

其特征在于，所述干涉仪放置在支撑架上；所述支撑架和真空罐放置在光学平台上；

所述真空罐上部设置台阶，玻璃窗口设置在台阶外侧面上，石英加热管通过石英加热管固定座设置在台阶内侧面上，且与玻璃窗口位置相应；

所述光学元件固定在支撑结构上，支撑结构通过六自由度调整平台固定在真空罐底部；

干涉仪、玻璃窗口、石英加热管和光学元件四者依次同轴设置；干涉仪发出的光经过玻璃窗口和石英加热管入射到光学元件上。

所述在真空罐的下侧壁上设置了法兰盲板。

支撑架为五个自由度调整机构。

本发明的有益效果：

1、本发明采用单面镀反射层的加热管作为光源，并将其嵌入到一个具有光拦效果的固定座内，该固定座能够遮挡光学元件口径范围以外的热辐射，能够有效的防止了无效的热辐射对光学元件支撑及其他机械结构进行热辐照。

2、本发明中，温度和面形的测量均为非接触式，能够真实的反映出光学元件的面形在热辐射的情况下随温度的变化情况，同时该系统能够进一步的评估出光学元件在温度变化较大的情况下，温度控制装置的控温效果。

附图说明

图1为本发明一种用于真空环境下的光学元件热应力评估系统的示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种用于真空环境下的光学元件热应力评估系统，其包括干涉仪1、真空罐2、支撑架3、玻璃窗口4、石英加热管5、石英加热管固定座6、光学元件7、支撑结构8、六自由度调整平台9和台阶11。

干涉仪1放置在支撑架3上，支撑架3是五自由度调整机构，可以实现干涉仪1除了转动以外的五个自由度的调整。

支撑架3和真空罐2放置在具有隔振效果的光学平台12上。真空罐2上部设置台阶11，玻璃窗口4设置在台阶11外侧面上，石英加热管5固定石英加热管固定座6上，石英加热管固定座6设置在上台阶11，石英加热管5位于台阶11的内侧面，且与玻璃窗口4位置相应。

在真空罐2的下侧壁上设置了法兰盲板10，真空罐2为光学元件温度控制装置的评估提供了接口，在有温度控制装置时，通过更换法兰盲板10来解决温度控制装置中换热介质的进、出问题，从而能够达到评估真空环境下温度控制装置的控温效果的目的。

光学元件7固定在支撑结构8上，支撑结构8通过螺钉固定在六自由度调整平台9上，六自由度调整平台9通过螺钉固定在真空罐2底部。

干涉仪1、玻璃窗口4、石英加热管5和光学元件7四者依次同轴设置；干涉仪1发出的光经过玻璃窗口4和石英加热管5入射到光学元件上7。

本发明一种用于真空环境下的光学元件热应力评估系统的工作过程如下：

首先，安装调整完成系统内部的各光学元件的位置；然后，对真空罐2进行抽真空；再接通石英加热管5的电源，调节石英加热管5的功率至实际的工作辐照功率，石英加热管5热辐照到光学元件7上。在不同的时刻利用非接触式红外测温仪通过窗口玻璃4进行实验件7表面的温度测量，同时通过干涉仪1通过窗口玻璃4进行光学元件7的面形测量，记录不同温度变化量对应的面形变化量，得到温度变化量和面形变化量的对应表，通过面形变化量找到对应的温度变化量，从而实现对真空环境下的光学元件热应力进行评估。

Claims (3)

1.一种用于真空环境下的光学元件热应力评估系统，其包括干涉仪(1)、真空罐(2)、支撑架(3)、玻璃窗口(4)、石英加热管(5)、石英加热管固定座(6)、光学元件(7)、支撑结构(8)、六自由度调整平台(9)和台阶(11)；其特征是，

所述干涉仪(1)放置在支撑架(3)上；所述支撑架(3)和真空罐(2)放置在光学平台(12)上；

所述真空罐(2)上部设置台阶(11)，玻璃窗口(4)设置在台阶(11)外侧面上，石英加热管(5)通过石英加热管固定座(6)设置在台阶(11)内侧面上，且与玻璃窗口(4)位置相对应；

所述光学元件(7)固定在支撑结构(8)上，支撑结构(8)通过六自由度调整平台(9)固定在真空罐(2)底部；

干涉仪(1)、玻璃窗口(4)、石英加热管(5)和光学元件(7)四者依次同轴设置；干涉仪(1)发出的光经过玻璃窗口(4)和石英加热管(5)入射到光学元件上(7)。

2.根据权利要求1所述的用于真空环境下的光学元件热应力评估系统，其特征在于，所述在真空罐(2)的下侧壁上设置法兰盲板(10)。

3.根据权利要求1所述的用于真空环境下的光学元件热应力评估系统，其特征在于，支撑架(3)为五个自由度调整机构。