CN106092512A - 一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统 - Google Patents

Abstract

一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统，包括一体化制冷设备、变温真空腔体、多路真空穿舱密封件、降温冷头、设置在变温真空腔体内的样品座架、安装在样品座架上的高功率加热器及位于安全区域内的两通道温控仪、真空泵和多路测试设备，降温冷头上部与一体化制冷设备连接，其下部位于变温真空腔体内，样品座架上连接有两个与两通道温控仪连接抗辐射温度传感器，真空泵与变温真空腔体连接相通，多路真空穿舱密封件连接在变温真空腔体上。本发明体积小，结构紧凑，系统集成度高，安全便携，无需大型变温系统，可长期工作，无需定时添加制冷媒介，人员操作要求简单，系统寿命更长，精度可靠性高。

Description

一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统

技术领域：

本发明涉及一种适用于光纤、光缆或光器件等的综合试验系统，尤其是一种适用于光纤通信链路的辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统。

背景技术：

目前光纤、光缆等光学器件在辐照条件下的传输特性研究，仅仅是在常温条件下开展，而产品实际应用时工况较为复杂，多伴随辐照、高低温、真空等综合条件。随着产品可靠性要求不断提升和质量特性的全面研究，需在低温、高温、变温、热真空下，同时承受γ辐射时光纤光缆的应用性能开展研究，最大程度模拟核辐射、宇航等实际工程应用需求。辐照试验时除总剂量、剂量率等因素外，温度的差异同样会引起同一光缆的辐照特性出现变化，即辐照时存在温度敏感性，特别是低温下的辐照特性测试十分必要。因为一般而言，高温有助于光退火效应的发生，会降低辐照感生损耗。

为最大程度模拟光缆在高低温和辐照综合环境下的传输性能，以及光缆材料是否会在低温辐照下应力加速开裂，需开展高低温、辐照综合条件下在线测试技术研究。受γ辐射本身会对附近设备或人员产生损伤，相关测试需实现在线远程监控，设备可在强辐射环境下长期运行。

目前，常规的高低温试验设备或腔体，直接置于强辐照环境中，利用试验箱自身的电控温控系统，采用机械制温一般可达到-65℃～150℃，或通过专有制冷管道定时添加液氮、液氦的方式实现更宽温度范围。这种试验设备一般没有除霜或真空控制装置，低温下样品直接暴露在水汽结霜环境下。另外，考虑到辅助设备不能承受辐照环境，一般需要在辐照源附近铺设专用管道，压缩机通过氦气管线连接到冷头上，压缩机可以安置在屋外，水冷机组给压缩机提供冷却水。

上述系统存在缺点如下：

一是温度试验系统体积相对较大，需要大型水冷机组、压缩机和敷设专用管道。不同辐照源下需要对系统进行重新搭建敷设管道，且不便于远距离移动。

二是设备处于强辐射环境下温度控制精度、操作安全可靠性差，且对于裸光纤等类似样品存在水汽结霜，对客观评价光纤等器件的综合特性会产生影响，难以模拟诸如宇航真空环境等特殊要求。

三是这类系统一般使用寿命较短，温度设备中电控、温控及管道等均会受到辐照影响，质量可靠性难以保证。

四是若需在宽温变下进行平台搭建，采用定时添加液氮、液氦的方式，一般采用液氮罐可操作时间仅能维持数小时最多数天时间，需要继续试验时只能通过降下辐照源后添加一定量的液氮或液氦后方能维持后续试验，存在试验中断的问题，系统难以满足长期辐照环境操作要求。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是，提供一种体积小，结构紧凑，系统集成度高，安全便携，无需大型变温系统，可长期工作，无需定时添加制冷媒介，人员操作要求简单，系统寿命更长，精度可靠性高，可以实现高低温、辐照、热真空等综合工况下光学器件的实时远程在线监控的适用于光纤通信链路的辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统一体化综合多路在线监测系统。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统，该系统包括一体化制冷设备、变温真空腔体、高功率加热器、多路真空穿舱密封件、带有温度传感器的降温冷头、用于支撑光纤等样品的样品座架以及位于安全区域内的两通道温控仪、真空泵和多路测试设备，降温冷头上部与一体化制冷设备连接，其下部位于变温真空腔体内，样品座架设置在变温真空腔体内，高功率加热器安装在样品座架上，样品座架上连接有第一抗辐射温度传感器和第二抗辐射温度传感器，第一抗辐射温度传感器和第二抗辐射温度传感器均与两通道温控仪连接，真空泵与变温真空腔体连接相通，多路真空穿舱密封件连接在变温真空腔体上，光纤等样品通过多路真空穿舱密封件与多路测试设备连接。

采用以上结构后，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用一体化制冷机方案，无需单独的压缩机、冷却水冷机组和辅助管道,把冷却装置和变温腔体高度集成,体积更小，整体制冷结构更轻，结构更紧凑。冷却采用风冷方式，省去水冷机组，对外部匹配实验条件要求更少。采用市电工作，运行起来不需要再添加任何制冷剂，温度可降低到液氮温度以下，满足宽温测试要求。

2、外接的两通道温控仪可以实现从低温到高温变温，连续不间断可控温变温，来模拟光纤在不同极端条件下的测试环境，同样样品处于真空环境中，不用担心样品降温过程中结霜，对测试影响。

3、采用本发明采用小型一体化技术，系统集成度高，结构紧凑，安全便携，无需大型变温系统，可长期工作，无需定时添加制冷人员操作要求简单，系统寿命更长，精度可靠性高。可以实现高低温、辐照、热真空等综合工况下光学器件的实时远程在线监控。

4、本发明通过独特的小型一体化方式，将抗辐照真空变温腔体、制冷设备、多路真空穿舱密封件与样品座架结合在一起，形成既能进行辐照验证，同时可针对样品开展变温或恒温环境、热真空条件下的辐照特性测试，同时通过安全布线和多路信号测试设备，实现多路信号在线持续监测，更真实的反映样品的综合特性，同时为加速验证产品的使用临界条件提供依据，为失效分析提供客观和合理的数据支撑。

优选地，本发明所述的一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统，其中，变温真空腔体可由铝、铜、不锈钢等抗高辐照材质构成。使用铝、铜、不锈钢等抗高辐照材质可以进一步有效保证变温真空腔体在不同辐照环境下的可靠使用。

优选地，本发明所述的一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统，其中，样品座架正前方的变温真空腔体上可设置一个保证射线透过且阻挡较小的辐射窗。

优选地，本发明所述的一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统，其中，辐射窗可为石英光窗。

为尽可能避免腔体对待辐照样品的屏蔽效应，系统在样品置放区域正前方，采用高透过性的石英光窗，石英光窗可降低射线的阻挡，保证在样品受辐照区域不会或很少受到屏蔽。这样即可满足不同高或低辐照剂量率的需求，同时可便于在辐照前从外层直接观察到光纤等器件在腔体内的安装布线情况。

优选地，本发明所述的一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统，其中，多路测试设备可采用多路光开关与常规设备搭建而成。这种多路测试设备至少可以实现24路以上光学信号的并行测试，即实现了辐照、高低温、热真空条件下多路光信号的在线监测，同时确保光器件在试验条件下信号传输客观和可靠

优选地，本发明所述的一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统，其中，变温真空腔体与安全区域之间可设置若干道大小不一的墙体，这些大小不一的墙体之间形成有多个拐弯的巷道。多个拐弯巷道的作用是达到射线消弱、屏蔽或阻挡射线对外界的辐照作用，从而有效保障试验区外射线不泄露。

优选地，本发明所述的一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统，其中，多路真空穿舱密封件可为多路穿舱真空密封法兰或穿舱连接器。

附图说明：

图1为本发明一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统的工作原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明本发明一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统作进一步详细说明：

如图1所示，本发明一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统由一体化制冷设备1、降温冷头2、变温真空腔体3、高功率加热器10、多路真空穿舱密封件5、用于支撑光纤9等样品的样品座架4、两通道温控仪6、真空泵7和多路测试设备8组成，两通道温控仪6、真空泵7和多路测试设备8均位于安全区域内，变温真空腔体3与安全区域之间设置有若干道大小不一的墙体14，这些大小不一的墙体14之间形成有多个拐弯的巷道15。降温冷头2自身带有温度传感器，可以传递温度信息给一体化制冷设备1。多路真空穿舱密封件5为多路穿舱真空密封法兰或穿舱连接器。样品座架4是可拆卸分离的，即可拆卸分离成样品座和样品支架，使用时必须合二为一。

本发明通过将一体化制冷设备1、变温真空腔体3和多路真空穿舱密封件5构成一体，实现高度集成，安全区域外接两通道温控仪6、真空泵7和多路测试设备8，有效实现光器件的多路在线实时监测。

本发明采用一体化制冷设备1和带有温度传感器的降温冷头2，代替传统降温需要的制冷媒介(如液氮、液氦等)，市电即可降低到较低温度，并能从低温连续变温到高温，满足宽温测试要求。本发明中的降温冷头2上部与一体化制冷设备1连接，其下部位于变温真空腔体3内。

样品座架4设置在变温真空腔体3内，高功率加热器10安装在样品座架4上，样品座架4上光纤9、光缆等元器件可通过多路真空穿舱密封件5与多路测试设备8连接，不破坏通信链路的整体性将信号整体在线穿舱引出，并通过辐照迷宫即多个拐弯的巷道15内布线将链路引出至安全测试区域，与多路测试设备8对接，实现多路信号的在线全程监测。多路真空穿舱密封件5连接在样品座架4后侧的变温真空腔体3上，

本发明在样品座架4和控温区即变温真空腔体3内分别采用测量光纤9等样品温度的第一抗辐射温度传感器11以及监测变温真空腔体3内温度的第二抗辐射温度传感器12来实现控温，第一抗辐射温度传感器11和第二抗辐射温度传感器12均与两通道温控仪6连接，通过引出线实现两通道温控仪6的精确温度控制和检测，其中，两通道温控仪6的一个通道用于光纤9等样品温度的监控信号的传输，另一个通道用于腔体温度控制信号的传输。第一抗辐射温度传感器11和第二抗辐射温度传感器12均不需要专门的多路真空穿舱密封件5，只需将连接线直接穿过腔体，传感器和线连接，并将传感器直接表贴即固定在样品座架4上。

真空泵7与变温真空腔体3连接相通，真空泵7在辐照试验开始前针对小型腔体进行抽真空，真空达到后可直接关闭，避免样品降温过程中结霜对测试带来的影响，同时可更好模拟高度真空环境。

本发明中变温真空腔体3的设计主要考虑射线屏蔽效应、样品安全观察置放以及样品容积。变温真空腔体3多由铝、铜、不锈钢等抗高辐照材质构成，这类材料可以有效保证腔体在不同辐照环境下可靠使用。但存在针对不同射线存在屏蔽效应，腔体的厚度会直接抵挡一定的射线。腔体厚度较大时，样品置于腔体内则难以实现较高辐照剂量率条件下的验证，影响加速老化验证的能力。腔体太薄则会影响系统结构的强度可靠性。为尽可能避免腔体对待辐照样品的屏蔽效应，系统在样品置放区域即样品座架4正前方，采用高透过性的石英光窗13，石英光窗13可以降低射线的阻挡，保证在样品受辐照区域不会或很少受到屏蔽。这样即可满足不同高或低辐照剂量率的需求，同时可便于在辐照前从外层直接观察到光纤等器件在腔体内的安装布线情况。此外，样品容积可根据样品大小灵活轻便的进行设计，与制冷和真空兼容性好，只需提升制冷系统的功率即可实现较大腔体的变温。

本发明通过在置放样品区即样品座架4后侧安装抗高辐照、耐宽温变和热真空的多路穿舱真空密封法兰5，将需要进行测试的光纤9、光缆等通过多路真空穿舱密封件5实现穿舱密封，可保证光链路整体连续，尽量避免采用会在高低温、真空、辐照等条件下引入插损或附加损耗的多路穿舱需舱内外对接的连接器。将置放于样品区的光纤、光缆等光信号直接穿舱引出布线后，与外部多路测试设备8相连接。外部多路测试设备8采用多路光开关与常规设备搭建而成，至少实现24路以上光学信号的并行测试，即实现了辐照、高低温、热真空条件下多路光信号的在线监测，同时确保光器件在试验条件下信号传输客观和可靠。

以上所述的实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统，其特征在于：该系统包括一体化制冷设备(1)、变温真空腔体(3)、高功率加热器(10)、多路真空穿舱密封件(5)、带有温度传感器的降温冷头(2)、用于支撑光纤(9)等样品的样品座架(4)以及位于安全区域内的两通道温控仪(6)、真空泵(7)和多路测试设备(8)，所述降温冷头(2)上部与一体化制冷设备(1)连接，其下部位于变温真空腔体(3)内，所述样品座架(4)设置在变温真空腔体(3)内，所述高功率加热器(10)安装在样品座架(4)上，所述样品座架(4)上连接有第一抗辐射温度传感器(11)和第二抗辐射温度传感器(12)，所述第一抗辐射温度传感器(11)和第二抗辐射温度传感器(12)均与两通道温控仪(6)连接，所述真空泵(7)与变温真空腔体(3)连接相通，所述多路真空穿舱密封件(5)连接在变温真空腔体(3)上，所述光纤(9)等样品通过多路真空穿舱密封件(5)与多路测试设备(8)连接。

2.根据权利要求1所述的一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统，其特征在于：所述变温真空腔体(3)由铝、铜、不锈钢等抗高辐照材质构成。

3.根据权利要求1所述的一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统，其特征在于：所述样品座架((4)正前方的变温真空腔体(3)上设置有一个保证射线透过且阻挡较小的辐射窗(13)。

4.根据权利要求3所述的一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统，其特征在于：所述辐射窗(13)为石英光窗。

5.根据权利要求1所述的一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统，其特征在于：所述多路测试设备(8)采用多路光开关与常规设备搭建而成。

6.根据权利要求1所述的一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统，其特征在于：所述变温真空腔体(3)与安全区域之间设置有若干道大小不一的墙体(14)，这些大小不一的墙体(14)之间形成有多个拐弯的巷道(15)。

7.根据权利要求1所述的一种辐照、热真空及高低温一体化综合多路在线监测系统，其特征在于：所述多路真空穿舱密封件(5)为多路穿舱真空密封法兰或穿舱连接器。