CN112816076A - 可实现焦温调节的节流制冷红外探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可实现焦温调节的节流制冷红外探测器，包括节流制冷器和封装杜瓦，节流制冷器的进气管的出口处设有用于调节进气管出口开度的自调杆以及用于驱动自调杆运动的伺服电机，冷盘上设有对冷盘进行测温的测温元件，驱动电路板的一端与测温元件连接，另一端与伺服电机连接，驱动电路板用于根据测温元件采集的温度信号与设定的制冷温度信号之间的差值生成相应的控制信号并发送给伺服电机，伺服电机用于根据驱动电路板发送的控制信号驱动自调杆运动以调节进气管出口开度，直至测温元件采集的温度与设定的制冷温度一致。本发明扩大了制冷温度的范围，使探测器芯片的工作温度不再受限于工质的两相区温度。
Description
技术领域
本发明涉及制冷与低温工程及红外领域，尤其涉及一种可实现焦温调节的节流制冷红外探测器。
背景技术
红外探测器是红外技术的核心部件，也是红外技术发展的先导。红外探测器在导弹制导、航天探测、预警卫星和侦察等民用和军事等方面具有十分广泛的应用。在小型低温领域，节流制冷器具有结构紧凑、可靠性高、快速启动等特点，在红外领域具有广泛的应用。比如快速启动的地空导弹等武器系统一般采用节流制冷探测器，如美国的Stinger、俄罗斯的Igla等。节流制冷器不仅为红外导引系统提供低温环境，而且与导弹的性能密切相关，比如制冷器的降温时间决定了导弹的反应时间，制冷器的蓄冷时间决定了导弹的飞行时间。
节流制冷利用高压非理想气体在特定温度下压力降低而产生的冷效应，利用微型高效换热器对此效应进行积累和放大，使工质达到低温，成为液化或半液化状态，即制冷温度最终为工质的两相区温度。现有的开式节流制冷器的制冷温度取决于工质的两相区温度，而不能任意调节，这极大的限制了节流制冷红外探测器的应用范围及领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实现焦温调节的节流制冷红外探测器，旨在用于解决现有的节流制冷红外探测器的焦温取决于制冷工质的两相区温度，而不能任意调节的问题。
本发明是这样实现的：
一方面，本发明提供一种可实现焦温调节的节流制冷红外探测器，包括节流制冷器和封装杜瓦，所述节流制冷器包括进气接头、进气管、底部法兰、芯轴和翅片管换热器，所述进气管的入口与所述进气接头连接，出口通过底部法兰与所述翅片管换热器连通，所述翅片管换热器缠绕于所述芯轴的外壁上，所述翅片管换热器上设有节流孔，所述封装杜瓦包括冷指、转接件、外壳以及冷盘，所述底部法兰与所述冷指固定，所述冷指通过转接件与所述外壳连接，所述冷指套设于所述翅片管换热器外，所述冷盘固定于所述冷指上且与所述节流孔对应，所述冷盘上固定有红外探测器芯片，所述进气管的出口处设有用于调节进气管出口开度的自调杆以及用于驱动自调杆运动的伺服电机，所述冷盘上设有对冷盘进行测温的测温元件，该节流制冷红外探测器还包括驱动电路板，所述驱动电路板的一端与所述测温元件连接，另一端与所述伺服电机连接，所述驱动电路板用于根据测温元件采集的温度信号与设定的制冷温度信号之间的差值生成相应的控制信号并发送给所述伺服电机，所述伺服电机用于根据驱动电路板发送的控制信号驱动自调杆运动以调节进气管出口开度，直至测温元件采集的温度与设定的制冷温度一致。
进一步地，所述自调杆的头部为锥形阀针且朝向所述进气管的出口，所述驱动电机通过驱动自调杆相对于进气管前后运动来调节进气管出口开度。
进一步地，所述锥形阀针自头部起三分之二处的外径与所述进气管出口的内径相匹配。
进一步地，所述测温元件为二极管，所述二极管通过陶瓷引线环以及连接线与所述驱动电路板连接。
进一步地，所述冷盘上还设有冷屏，所述冷屏位于所述二极管一侧。
进一步地，所述底部法兰上设有位于底部法兰与冷指之间的多个凸台。
进一步地，所述芯轴和所述冷指均呈锥形。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的这种可实现焦温调节的节流制冷红外探测器，通过进气管的出口处设置调节进气管出口开度大小的自调杆，并且通过驱动电路板将测温元件采集的制冷温度信号与设定的温度信号进行对比形成反馈机制，驱动电路板启动伺服电机，伺服电机驱动自调杆运动从而调节进气管出口开度大小，从而调节进气压力的大小进而调节制冷温度；本发明采用开式节流制冷器可实现快速制冷，同时采用新型的温度调节方式调节制冷器的制冷温度，扩大了制冷温度的范围，使探测器芯片的工作温度不再受限于工质的两相区温度，拓展了探测器芯片的工作温度范围及其应用领域。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种可实现焦温调节的节流制冷红外探测器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种可实现焦温调节的节流制冷红外探测器的剖视图；
图3为本发明实施例提供的一种可实现焦温调节的节流制冷红外探测器的进气调节部分的示意图。
附图标记说明：1-进气接头、2-进气管、3-底部法兰、4-伺服电机、5-连接线一、6-驱动电路板、7-连接线二、8-陶瓷引线环、9-自调杆、10-芯轴、11-冷指、12-转接件、13-外壳、14-冷盘、15-窗框、16-硅窗片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，本发明实施例提供一种可实现焦温调节的节流制冷红外探测器，包括节流制冷器和封装杜瓦，所述节流制冷器包括进气接头1、进气管2、底部法兰3、芯轴10和翅片管换热器等，所述进气管2的入口与所述进气接头1连接，出口通过底部法兰3与所述翅片管换热器连通，所述底部法兰3设有连通所述进气管2与所述翅片管换热器的进气通道，所述翅片管换热器缠绕于所述芯轴10的外壁上，所述芯轴10底部的翅片管换热器设有节流孔；所述封装杜瓦包括冷指11、转接件12、外壳13以及冷盘14，所述冷指11通过转接件12与所述外壳13连接，所述底部法兰3与所述冷指11之间通过螺钉固定，从而将节流制冷器和封装杜瓦固定在一起，本优选实施例中，所述芯轴10呈锥形，所述冷指11也呈锥形且套设于所述翅片管换热器外，所述冷盘14固定于所述冷指11底部且与所述节流孔对应，所述冷盘上固定有红外探测器芯片；进气接头1连接高压气源，高压气体工质经由进气接头1、进气管2进入节流制冷器的翅片管换热器内，在节流孔处产生节流制冷效应，制冷后的工质回流与所述的翅片管换热器内的高压气体工质换热，如此往复循环，制冷效应不断地累计和放大，直至制冷工质达到制冷温度，达到制冷温度的气体工质用于冷却冷盘14上的待冷却部件。所述进气管2的出口处设有用于调节进气管2出口开度的自调杆9以及用于驱动自调杆9运动的伺服电机4，所述冷盘14上设有对冷盘14进行测温的测温元件，该节流制冷红外探测器还包括驱动电路板6，所述驱动电路板6的一端与所述测温元件连接，另一端与所述伺服电机4连接，所述驱动电路板6用于根据测温元件采集的温度信号与设定的制冷温度信号之间的差值生成相应的控制信号并发送给所述伺服电机4，所述伺服电机4用于根据驱动电路板6发送的控制信号驱动自调杆9运动以调节进气管2出口开度，从而调节制冷器进气压力的大小，直至测温元件采集的温度与设定的制冷温度一致。
在节流制冷的两相区温度以上，一定的进气压力对应一定的制冷温度，通过进气压力大小的控制，可以实现冷盘14上待冷却部件的温度调节。具体地，根据调节温度的不同，驱动电路板6可以设定不同的制冷温度信号，对采集的温度信号形成不同的反馈。当采集的温度大于设定值时，伺服电机4驱动自调杆9运动，进气管2出口开度变大，其进气压力变大，制冷温度降低；当采集的温度小于设定值时，伺服电机4驱动自调杆9运动，进气管2出口开度变小，其进气压力变小，制冷温度提升，直至采集的温度与设定值相等。
如图3所示，细化上述实施例，所述自调杆9安装在所述伺服电机4上，所述自调杆9的头部为锥形阀针且朝向所述进气管2的出口，所述驱动电机通过驱动自调杆9相对于进气管2出口前后运动来调节进气管2出口开度，该种方式可以均匀地调节进气管2出口开度，且调节方便。优选地，所述锥形阀针自头部起三分之二处的外径与所述进气管2出口的内径相匹配，从而当锥形阀针自头部起三分之二处进入进气管2时刚好堵住进气管2的出口，实现进气管2开口从全开到封闭整个阶段的任意调节。
细化上述实施例，所述测温元件为二极管，所述二极管通过陶瓷引线环8及连接线二7与所述驱动电路板6连接，所述伺服电机4通过连接线一5与所述驱动电路板6连接，二极管实时读取冷盘14温度并转换成电压信号，电压信号通过陶瓷引线环8及连接线二7被驱动电路板6读取，驱动电路板6根据读取的电压信号与设定的电压值之间的差值生成控制信号并发送给伺服电机4，驱动伺服电机4带动调节杆运动。优选地，所述冷盘14上还设有冷屏，用于抑制杂散光。
优化上述实施例，为保证换热完成后流向大气的气流均匀，所述底部法兰3上设有多个位于所述底部法兰3与所述冷指11之间的凸台，本优选实施例中凸台设置为三个，保证底部法兰3与冷指11之间的缝隙均匀，保证回流制冷工质的流通，确保翅片管换热器内外制冷工质的换热以及节流后的背压为常压。
本发明实施例的可实现焦温调节的节流制冷红外探测器还可以包括窗框15、硅窗片16等其他部件，本领域技术人员可以根据需要进行合理设置，在此不一一赘述。
综上所述，本发明实施例提供的这种可实现焦温调节的节流制冷红外探测器，通过进气管2的出口处设置调节进气管2出口开度大小的自调杆9，并且通过驱动电路板6将测温元件采集的制冷温度信号与设定的温度信号进行对比形成反馈机制，驱动电路板6启动伺服电机4，伺服电机4驱动自调杆9运动从而调节进气管2出口开度大小，从而调节进气压力的大小进而调节制冷温度；本发明采用开式节流制冷器可实现快速制冷，同时采用新型的温度调节方式调节制冷器的制冷温度，扩大了制冷温度的范围，使探测器芯片的工作温度不再受限于工质的两相区温度，拓展了探测器芯片的工作温度范围及其应用领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种可实现焦温调节的节流制冷红外探测器，包括节流制冷器和封装杜瓦，所述节流制冷器包括进气接头、进气管、底部法兰、芯轴和翅片管换热器，所述进气管的入口与所述进气接头连接，出口通过底部法兰与所述翅片管换热器连通，所述翅片管换热器缠绕于所述芯轴的外壁上，所述翅片管换热器上设有节流孔，所述封装杜瓦包括冷指、转接件、外壳以及冷盘，所述底部法兰与所述冷指固定，所述冷指通过转接件与所述外壳连接，所述冷指套设于所述翅片管换热器外，所述冷盘固定于所述冷指上且与所述节流孔对应，所述冷盘上固定有红外探测器芯片，其特征在于：所述进气管的出口处设有用于调节进气管出口开度的自调杆以及用于驱动自调杆运动的伺服电机，所述冷盘上设有对冷盘进行测温的测温元件，该节流制冷红外探测器还包括驱动电路板，所述驱动电路板的一端与所述测温元件连接，另一端与所述伺服电机连接，所述驱动电路板用于根据测温元件采集的温度信号与设定的制冷温度信号之间的差值生成相应的控制信号并发送给所述伺服电机，所述伺服电机用于根据驱动电路板发送的控制信号驱动自调杆运动以调节进气管出口开度，直至测温元件采集的温度与设定的制冷温度一致。
2.如权利要求1所述的可实现焦温调节的节流制冷红外探测器，其特征在于：所述自调杆的头部为锥形阀针且朝向所述进气管的出口，所述驱动电机通过驱动自调杆相对于进气管前后运动来调节进气管出口开度。
3.如权利要求1所述的可实现焦温调节的节流制冷红外探测器，其特征在于：所述锥形阀针自头部起三分之二处的外径与所述进气管出口的内径相匹配。
4.如权利要求1所述的可实现焦温调节的节流制冷红外探测器，其特征在于：所述测温元件为二极管，所述二极管通过陶瓷引线环以及连接线与所述驱动电路板连接。
5.如权利要求4所述的可实现焦温调节的节流制冷红外探测器，其特征在于：所述冷盘上还设有冷屏，所述冷屏位于所述二极管一侧。
6.如权利要求1所述的可实现焦温调节的节流制冷红外探测器，其特征在于：所述底部法兰上设有位于底部法兰与冷指之间的多个凸台。
7.如权利要求1所述的可实现焦温调节的节流制冷红外探测器，其特征在于：所述芯轴和所述冷指均呈锥形。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Huang Li Inventor after: Li Xiaoyong Inventor after: Wang Ling Inventor after: Huang Taihe Inventor after: Wang Libao Inventor before: Li Xiaoyong Inventor before: Wang Ling Inventor before: Huang Taihe Inventor before: Wang Libao |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210518 |