CN107121199B - 一种超长线列杜瓦液氮制冷用的快冷装置和实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超长线列杜瓦液氮制冷用的快冷装置和实现方法。超长线列杜瓦液氮制冷用的快冷装置的主要由冷帽、外壁件、内壁件、铜棒和铜块组成。冷帽与外壁件通过焊接固定，内壁件嵌套在外壁件内，且内壁件与冷帽、内壁件与外壁件通过焊接固定，铜棒通过螺纹与冷帽固定，铜块通过螺纹与铜棒固定。本发明在快冷装置的制备方面引入了实现方法。本发明结构简单、成本低廉，具有缩短杜瓦降温达到平衡的时间，加快杜瓦的冷却，提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及制冷型红外探测器杜瓦组件技术，具体是指一种超长线列杜瓦液氮制冷用的快冷装置和实现方法。
背景技术
制冷型红外探测器组件相较于非制冷探测器，其具有灵敏度高、响应速度快、探测器距离远等优点，广泛应用于航空航天、军事领域及民用领域，具体在红外遥感、侦查告警、民用安防等方面有广泛应用。制冷型红外探测器由于需要在低温下工作(约80K)，对其一般采用组件杜瓦进行封装。
提高空间分辨率的方法一般有两种，一是提高红外探测器的光电性能，提高探测灵敏度，以获取更多信息；二是增加红外敏感元数量，即在相同高度、相同刈幅的遥感仪器，敏感元越多，其空间分辨越高。因而超长线列(≥6000元)红外焦平面组件制备技术在航天、航空红外领域有着重要意义。同时由于红外探测器组件研制过程需要，在红外探测器组件制备的各环节均需对红外探测器性能进行评价。由于红外探测器工作于低温80K左右，所以在红外探测器测试过程中，一般使用液氮对红外探测器及杜瓦进行制冷降温。
随着红外探测器技术发展，超长线列组件由于红外探测器规模增加(≥6000元)，其封装后杜瓦的冷端热容量及热负载也不可避免的相应增加。超长线列红外探测器在杜瓦内的液氮降温过程中，由于冷端热容量及热负载的增加，液氮制冷时间显著增长。在实际工作中，一般对杜瓦上的芯柱内腔进行灌注液氮进行制冷降温。对于超长线列杜瓦组件，液氮降温时间可长达2-3小时，且需要专人不断补加液氮，耗费大量人力及占据大量测试时间。在超长线列红外探测器测试中，对于杜瓦液氮制冷降温工作，迫切需要一种可显著缩短制冷降温时间且具备一定液氮存储容量的快速制冷降温装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种超长线列杜瓦液氮制冷用的快冷装置和实现方法，从而缩短杜瓦降温达到平衡的时间，加快杜瓦的冷却，提高效率。
本发明的快冷装置如图1所示，它包括：冷帽1、圆柱型外壁件2、圆柱型内壁件3、圆柱型铜棒4和圆柱型铜块5，其特征在于：冷帽1的冷帽上端面103与圆柱型外壁件2的下圆柱焊接固定，圆柱型内壁件3嵌套在圆柱型外壁件2内，且圆柱型内壁件3的下圆柱与冷帽1的冷帽上端面103焊接固定，圆柱型内壁件3的上圆柱与圆柱型外壁件2的上圆柱焊接固定；圆柱型铜棒4上端的外螺纹二402与圆柱型铜块5下端铜块圆型螺纹孔501固定，圆柱型铜棒4下端的外螺纹一401与冷帽1的冷帽圆型螺纹孔101固定。
所述的冷帽1选用无氧铜材料，为圆柱型；在冷帽1上端面103的圆柱中心有一个安装圆柱型铜棒4的冷帽圆型螺纹孔101；在冷帽1的上端面103有一个安放圆柱型外壁件2和圆柱型内壁件3的圆型槽102，圆型槽102的外径比圆柱型外壁件2外直径大0.02mm-0.06mm；圆型槽102的内径比圆柱型内壁件3内直径小0.02mm-0.06mm；冷帽圆型盲孔一104为钎焊焊料填料处，其直径比圆型槽102的外直径大0.5mm-0.8mm。
所述的圆柱型外壁件2选用不锈钢材料，为圆柱型，由上下两个圆柱组成；在圆柱型外壁件2的上圆柱中心有一个安放圆柱型内壁件3的外壁件圆型盲孔一203，其直径比圆柱型内壁件3的上圆柱直径大3mm-5mm；在圆柱型外壁件2的上圆柱中心有一个外壁件圆型盲孔二204，其直径比圆柱型内壁件3的翻边304直径大0.02mm-0.06mm；在圆柱型外壁件2的下圆柱中心有一个安放圆柱型内壁件3下圆柱的外壁件圆型通孔201，其直径比圆柱型内壁件3外圆直径大1mm-3mm。
所述的圆柱型内壁件3选用不锈钢材料，为圆柱型，由上下两个圆柱组成；在圆柱型内壁件3的上圆柱中心有一个安放圆柱型铜块5的内壁件圆型盲孔302，其直径比圆柱型铜块5的直径大3mm-5mm；在圆柱型内壁件3的上圆柱翻边304处有四个内壁件圆型通孔二303，其直径在0.3mm-0.5mm；在圆柱型内壁件3上圆柱有一个填放钎焊焊料的L型槽305；在圆柱型内壁件3的下圆柱中心有一个安放圆柱型铜棒4的内壁件圆型通孔一301，其直径比圆柱型铜棒4外圆直径大1mm-3mm。
所述的圆柱型铜棒4采用无氧铜材料，圆柱型铜棒4上端有一个与铜块圆型螺纹孔501安装的外螺纹二402；圆柱型铜棒4下端有一个与冷帽圆型螺纹孔101安装的外螺纹一401。
所述的圆柱型铜块5采用无氧铜材料，圆柱型铜块5下端有一个与圆柱型铜棒4上端外螺纹二402安装的铜块圆型螺纹孔501。
本发明的快冷装置装配过程如下：
1)先将冷帽1、圆柱型外壁件2、圆柱型内壁件3、圆柱型铜棒4和圆柱型铜块5用丙酮、酒精超声清洗干净；将圆柱型外壁件2的内表面、圆柱型内壁件3的外表面进行退火和抛光处理；
2)在冷帽1上端面103的圆型槽102内均匀涂抹钎焊焊料，将圆柱型外壁件2的下圆柱与冷帽1进行安装，将钎焊焊料均匀涂抹在冷帽圆型盲孔一104处，将圆柱型内壁件3的下圆柱与冷帽1进行安装，再将钎焊焊料均匀涂抹在冷帽圆型盲孔二105处和圆柱型内壁件3上圆柱的L型槽305处，在圆柱型内壁件3的上圆柱翻边304处的四个内壁件圆型通孔二303不涂抹钎焊焊料，通过高温钎焊将冷帽1、圆柱型外壁件2与圆柱型内壁件3焊接成一体；
3)将圆柱型铜棒4上端的外螺纹二402与圆柱型铜块5下端铜块圆型螺纹孔501拧紧；将圆柱型铜棒4下端的外螺纹一401与冷帽1的冷帽圆型螺纹孔101拧紧。
本发明的优点是：
1)本发明结构简单、操作方便、价格低廉；
2)本发明可以增大液氮存储量，减少频繁灌液氮的次数；
3)本发明具有缩短杜瓦降温达到平衡的时间，加快杜瓦的冷却，提高效率。
附图说明
图1为快冷装置的示意图；
图中：
1—冷帽；
101—冷帽圆型螺纹孔；
102—圆型槽；
103—冷帽上端面；
104—冷帽圆型盲孔一；
105—冷帽圆型盲孔二；
106—冷帽下端面；
2—圆柱型外壁件；
201—外壁件圆型通孔；
202—外壁件圆型螺纹孔；
203—外壁件圆型盲孔一；
204—外壁件圆型盲孔二；
3—圆柱型内壁件；
301—内壁件圆型通孔一；
302—内壁件圆型盲孔；
303—内壁件圆型通孔二；
304—翻边；
305—L型槽；
4—圆柱型铜棒；
401—外螺纹一；
402—外螺纹二；
5—圆柱型铜块；
501—铜块圆型螺纹孔。
图2是冷帽尺寸示意图。
图3是圆柱型外壁件尺寸示意图。
图4是圆柱型内壁件尺寸示意图。
图5是圆柱型铜棒尺寸示意图。
图6是圆柱型铜块尺寸示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。如图1所示，它的主要实施方法如下：
1、本发明中各零部件的制备方法：
a)如图2所示，冷帽1为选用无氧铜材料，加工后依次用丙酮、酒精及去离子水在超声清洗机内清洗5-10分钟，去除加工中残留在零件表面的油脂和碎屑；并且运用三坐标测量仪测量105和106处平面度，平面度必须优于0.02mm，105与106的平行度必须优于0.01；具体尺寸见图2，其中直径D1＝M6内螺纹，深度8mm、直径D2＝16.6mm、直径D3＝18.6mm，上公差为-0.01mm，下公差为-0.04mm、D4＝22.6mm，上公差为+0.04mm，下公差为+0.01mm、直径D5＝23.6mm、直径D6＝24mm；H1＝1mm、H2＝2mm、H3＝8mm、H4＝10mm；
b)如图3所示，圆柱型外壁件2采用不锈钢材料，加工后依次用丙酮、酒精及去离子水在超声清洗机内清洗5-10分钟，去除加工中残留在零件表面的油脂和碎屑；它的内表面进行抛光处理；具体尺寸见图3，其中直径D7＝22.6mm，上公差为-0.01mm，下公差为-0.04mm、直径D8＝21.6mm、直径D9＝62mm、D10＝56mm、直径D11＝50mm、直径D12＝M3内螺纹、直径D13＝122mm、直径D14＝122.4mm，上公差为+0.04mm，下公差为+0.01mm、D15＝123mm；H5＝3mm、H6＝2mm、H7＝6mm、H8＝81mm、H9＝88mm、H10＝150mm；
c)如图4所示，圆柱型内壁件3采用不锈钢材料，加工后依次用丙酮、酒精及去离子水在超声清洗机内清洗5-10分钟，去除加工中残留在零件表面的油脂和碎屑；它的外表面进行抛光处理；具体尺寸见图4，其中直径D16＝19.6mm、直径D17＝18.6mm，上公差为+0.04mm，下公差为+0.01mm、直径D18＝0.3mm、D19＝114.6mm、直径D20＝115.6mm、直径D21＝119mm、直径D22＝122.4mm，上公差为-0.01mm，下公差为-0.04mm；H11＝2mm、H12＝2mm、H13＝3mm、H14＝92mm、H15＝150mm；
d)如图5(a)和(b)所示，圆柱型铜棒4选用无氧铜材料，加工后依次用丙酮、酒精及去离子水在超声清洗机内清洗5-10分钟，去除加工中残留在零件表面的油脂和碎屑；具体尺寸见图5(a)和(b)，其中直径D23＝M6外螺纹，高度5mm、直径D24＝16mm、角度d1＝22.5°；H16＝5mm、H17＝7mm、H18＝95mm、H19＝5mm、H20＝7mm；
e)如图6(a)和(b)所示，圆柱型铜块5选用无氧铜材料，加工后依次用丙酮、酒精及去离子水在超声清洗机内清洗5-10分钟，去除加工中残留在零件表面的油脂和碎屑；具体尺寸见图6(a)和(b)，其中直径D25＝M6内螺纹，深度8mm、直径D26＝30mm、直径D27＝60mm、D28＝110mm、角度d2＝6.5°、角度d3＝18°、角度d4＝5°、角度d5＝18°；H21＝20mm；
2、快冷装置装配步骤如下：
1)先将冷帽1、圆柱型外壁件2、圆柱型内壁件3、圆柱型铜棒4和圆柱型铜块5用丙酮、酒精超声清洗干净；将圆柱型外壁件2的内表面、圆柱型内壁件3的外表面进行退火和抛光处理；
2)在冷帽1上端面103的圆型槽102内均匀涂抹钎焊焊料，将圆柱型外壁件2的下圆柱与冷帽1进行安装，将钎焊焊料均匀涂抹在冷帽圆型盲孔一104处，将圆柱型内壁件3的下圆柱与冷帽1进行安装，再将钎焊焊料均匀涂抹在冷帽圆型盲孔二105处和圆柱型内壁件3上圆柱的L型槽305处，在圆柱型内壁件3的上圆柱翻边304处的四个内壁件圆型通孔二303不涂抹钎焊焊料，通过高温钎焊将冷帽1、圆柱型外壁件2与圆柱型内壁件3焊接成一体；
3)将圆柱型铜棒4上端的外螺纹二402与圆柱型铜块5下端铜块圆型螺纹孔501拧紧；将圆柱型铜棒4下端的外螺纹一401与冷帽1的冷帽圆型螺纹孔101拧紧。
以上就完成了此快冷装置的组装过程，解决了超长线列杜瓦液氮制冷需要频繁灌液氮、长时间液氮降温存在的问题。
Claims (7)
1.一种超长线列杜瓦液氮制冷用的快冷装置，包括：冷帽(1)、圆柱型外壁件(2)、圆柱型内壁件(3)、圆柱型铜棒(4)和圆柱型铜块(5)，其特征在于：
冷帽(1)的冷帽上端面(103)与圆柱型外壁件(2)的下圆柱焊接固定，圆柱型内壁件(3)嵌套在圆柱型外壁件(2)内，且圆柱型内壁件(3)的下圆柱与冷帽(1)的冷帽上端面(103)焊接固定，圆柱型内壁件3的上圆柱与圆柱型外壁件2的上圆柱焊接固定；圆柱型铜棒(4)上端的外螺纹二(402)与圆柱型铜块(5)下端铜块圆型螺纹孔(501)固定，圆柱型铜棒(4)下端的外螺纹一(401)与冷帽(1)的冷帽圆型螺纹孔(101)固定。
2.根据权利要求1所述的一种超长线列杜瓦液氮制冷用的快冷装置，其特征在于：
所述的冷帽(1)选用无氧铜材料，为圆柱型；在冷帽(1)上端面(103)的圆柱中心有一个安装圆柱型铜棒(4)的冷帽圆型螺纹孔(101)；在冷帽(1)的上端面(103)有一个安放圆柱型外壁件(2)和圆柱型内壁件(3)的圆型槽(102)，圆型槽(102)的外径比圆柱型外壁件(2)外直径大0.02mm-0.06mm；圆型槽(102)的内径比圆柱型内壁件(3)内直径小0.02mm-0.06mm；冷帽圆型盲孔一(104)为钎焊焊料填料处，其直径比圆型槽(102)的外直径大0.5mm-0.8mm。
3.根据权利要求1所述的一种超长线列杜瓦液氮制冷用的快冷装置，其特征在于：
所述的圆柱型外壁件(2)选用不锈钢材料，为圆柱型，由上下两个圆柱组成；在圆柱型外壁件(2)的上圆柱中心有一个安放圆柱型内壁件(3)的外壁件圆型盲孔一(203)，其直径比圆柱型内壁件(3)的上圆柱直径大3mm-5mm；在圆柱型外壁件(2)的上圆柱中心有一个外壁件圆型盲孔二(204)，其直径比圆柱型内壁件(3)的翻边(304)直径大0.02mm-0.06mm；在圆柱型外壁件(2)的下圆柱中心有一个安放圆柱型内壁件(3)下圆柱的外壁件圆型通孔(201)，其直径比圆柱型内壁件(3)外圆直径大1mm-3mm。
4.根据权利要求1所述的一种超长线列杜瓦液氮制冷用的快冷装置，其特征在于：
所述的圆柱型内壁件(3)选用不锈钢材料，为圆柱型，由上下两个圆柱组成；在圆柱型内壁件(3)的上圆柱中心有一个安放圆柱型铜块(5)的内壁件圆型盲孔(302)，其直径比圆柱型铜块(5)的直径大3mm-5mm；在圆柱型内壁件(3)的上圆柱翻边(304)处有四个内壁件圆型通孔二(303)，其直径在0.3mm-0.5mm；在圆柱型内壁件(3)上圆柱有一个填放钎焊焊料的L型槽(305)；在圆柱型内壁件(3)的下圆柱中心有一个安放圆柱型铜棒(4)的内壁件圆型通孔一(301)，其直径比圆柱型铜棒(4)外圆直径大1mm-3mm。
5.根据权利要求1所述的一种超长线列杜瓦液氮制冷用的快冷装置，其特征在于：
所述的圆柱型铜棒(4)采用无氧铜材料，圆柱型铜棒(4)上端有一个与铜块圆型螺纹孔(501)安装的外螺纹二(402)；圆柱型铜棒(4)下端有一个与冷帽圆型螺纹孔(101)安装的外螺纹一(401)。
6.根据权利要求1所述的一种超长线列杜瓦液氮制冷用的快冷装置，其特征在于：
所述的圆柱型铜块(5)采用无氧铜材料，圆柱型铜块(5)下端有一个与圆柱型铜棒(4)上端外螺纹二(402)安装的铜块圆型螺纹孔(501)。
7.一种实现如权利要求1所述的一种超长线列杜瓦液氮制冷用的快冷装置的方法，其特征包括以下步骤：
1)先将冷帽(1)、圆柱型外壁件(2)、圆柱型内壁件(3)、圆柱型铜棒(4)和圆柱型铜块(5)用丙酮、酒精超声清洗干净；将圆柱型外壁件(2)的内表面、圆柱型内壁件(3)的外表面进行退火和抛光处理；
2)在冷帽(1)上端面(103)的圆型槽(102)内均匀涂抹钎焊焊料，将圆柱型外壁件(2)的下圆柱与冷帽(1)进行安装，将钎焊焊料均匀涂抹在冷帽圆型盲孔一(104)处，将圆柱型内壁件(3)的下圆柱与冷帽(1)进行安装，再将钎焊焊料均匀涂抹在冷帽圆型盲孔二(105)处和圆柱型内壁件(3)上圆柱的L型槽(305)处，在圆柱型内壁件(3)的上圆柱翻边(304)处的四个内壁件圆型通孔二(303)不涂抹钎焊焊料，通过高温钎焊将冷帽(1)、圆柱型外壁件(2)与圆柱型内壁件(3)焊接成一体；
3)将圆柱型铜棒(4)上端的外螺纹二(402)与圆柱型铜块(5)下端铜块圆型螺纹孔(501)拧紧；将圆柱型铜棒(4)下端的外螺纹一(401)与冷帽(1)的冷帽圆型螺纹孔(101)拧紧。
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