CN113899100B - 两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置 - Google Patents

两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置，包括一线性压缩机、一二级气库、一一级气库、一二级惯性管、一一级惯性管、一热端散热平台、一二级脉管、一一级脉管、一一级蓄冷器、一二级蓄冷器组件、一一级冷端换热器、一二级冷端换热器和一杜瓦。本发明的一种两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置，综合两级脉管制冷机的高可靠性、长寿命、两级冷头温度不同的特点和不同波段红外探测器件有同时冷却的需求，在尽量减小装置体积与质量的前提下，同时保证杜瓦拆卸及更换的方便。

Description

两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置
技术领域
本发明涉及制冷及低温工程领域，尤其涉及一种两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置。
背景技术
红外探测器应用广泛，在地质勘探、气象监测、航空航天、化工等领域被大量需要。由于其探测波段、制造材料、应用场合的不同，同时为达到降低电子器件噪声，提高探测器灵敏度，使成像更为清晰的目的，需要为探测器提供不同温区的低温环境，使其处于最佳工作状态。如使用锑化铟(InSb)的中波红外探测器，一般需在77K温区才可实现其最佳成像质量。
在红外探测器的实际空间应用中，现有的冷却红外探测器件的电子光学装置中通常只能满足一个波段(温区)的红外探测器件的冷却需求，无法同时满足两波段(温区)的冷却需求。
在红外探测器的实际空间应用中，30K红外探测器冷却需求经常与80K相关光学器件的冷却需求同时存在，现有的冷却红外探测器件的电子光学装置中通常只能满足一个波段(温区)的红外探测器件的冷却需求，无法同时满足两波段(温区)的冷却需求。如需满足上述需求，通常则需要使用两套或两套以上的该种电子光学装置，这增加了红外探测系统的质量和体积，在航空航天领域，系统质量和体积的增大无疑提高了发射成本。此外，在红外探测系统的运行中，还需保证用于冷却红外探测器件的装置的可靠性和使用寿命，满足其长时间运行的要求。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置，综合两级脉管制冷机的高可靠性、长寿命、两级冷头温度不同的特点和不同波段红外探测器件有同时冷却的需求，在尽量减小装置体积与质量的前提下，同时保证杜瓦拆卸及更换的方便。
为了实现上述目的，本发明提供一种两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置，包括一线性压缩机、一二级气库、一一级气库、一二级惯性管、一一级惯性管、一热端散热平台、一二级脉管、一一级脉管、一一级蓄冷器、一二级蓄冷器组件、一一级冷端换热器、一二级冷端换热器和一杜瓦；所述二级脉管和所述一级脉管平行设置且所述二级脉管和所述一级脉管的第一端固定于所述热端散热平台；所述杜瓦罩设于所述二级脉管和所述一级脉管外并通过螺栓与所述热端散热平台可拆卸连接；所述一级脉管的第二端连接所述一级冷端换热器，所述一级蓄冷器连接于所述一级冷端换热器与所述热端散热平台之间；所述二级脉管的第二端连接所述二级冷端换热器，所述二级蓄冷器组件连接所述二级冷端换热器和所述一级冷端换热器；所述线性压缩机通过连管穿过所述热端散热平台连接所述一级蓄冷器；所述一级气库通过一级惯性管穿过所述热端散热平台连接所述一级脉管；所述二级气库通过所述二级惯性管穿过所述热端散热平台连接所述二级脉管；所述杜瓦的侧壁形成一抽真空窗口。
优选地，还包括一一级冷端平台、一第一中波红外探测器件、一高温区冷屏、一高温区杜瓦窗口、一二级冷端平台、一第二中波红外探测器件、一低温区冷屏和一低温区杜瓦窗口；所述高温区冷屏安装于所述一级冷端平台上并罩设于所述第一中波红外探测器件外，所述一级冷端平台连接所述一级冷端换热器；所述第一中波红外探测器件正上方的所述杜瓦的外壁形成所述高温区杜瓦窗口；所述低温区冷屏安装于所述二级冷端平台上并罩设于所述第二中波红外探测器件外，所述二级冷端平台连接所述二级冷端换热器；所述第二中波红外探测器件正上方的所述杜瓦的外壁形成所述低温区杜瓦窗口。
优选地，还包括一高温区测量引线、一高温区监测窗口、一低温区测量引线和一低温区监测窗口；所述杜瓦的侧壁形成所述高温区监测窗口和所述低温区监测窗口；所述高温区监测窗口通过所述高温区测量引线连接所述第一中波红外探测器件；所述低温区监测窗口通过所述低温区测量引线连接所述第二中波红外探测器件。
优选地，所述杜瓦与所述热端散热平台的连接部设置有橡胶密封圈。
优选地，所述一级冷端平台和所述二级冷端平台的材质为高导热无氧铜材料。
优选地，所述二级蓄冷器组件包括一二级蓄冷器；所述一级蓄冷器与所述一级脉管并列设置并连接于所述一级冷端换热器与所述热端散热平台之间；所述二级蓄冷器与所述二级脉管并列设置并连接于所述二级冷端换热器和所述一级冷端换热器之间。
优选地，还包括一中间换热器和一传输冷链；所述二级蓄冷器组件包括一二级低温段蓄冷器和一二级高温段蓄冷器；所述一级蓄冷器套设于所述一级脉管外；所述二级低温段蓄冷器和所述二级高温段蓄冷器套设于所述二级脉管外，所述二级高温段蓄冷器靠近所述热端散热平台设置；所述二级高温段蓄冷器通过所述中间换热器连接所述传输冷链，所述二级低温段蓄冷器连接所述传输冷链；所述传输冷链连接所述一级冷端换热器；所述第一中波红外探测器件通过一级冷端平台与所述传输冷链相连；所述线性压缩机通过所述连管穿过所述热端散热平台连接所述一级蓄冷器和所述二级高温段蓄冷器。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
本发明与现有的冷却单波段红外探测器件的电子光学装置相比，该发明的电子光学装置可同时冷却长波和中波红外探测器件，并且结构紧凑，可靠性高，寿命长，空间利用率高，杜瓦便于拆卸及更换，红外器件不会受到线性压缩机振动影响。
附图说明
图1为本发明实施例一的两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置的结构示意图；
图2为本发明实施例二的两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置的结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图图1和图2，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
请参阅图1，本发明实施例一的一种两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置，包括一线性压缩机1、一二级气库2、一一级气库3、一二级惯性管4、一一级惯性管5、一热端散热平台6、一二级脉管7、一一级脉管8、一一级蓄冷器9、一二级蓄冷器组件、一一级冷端换热器10、一二级冷端换热器12和一杜瓦19；二级脉管7和一级脉管8平行设置且二级脉管7和一级脉管8的第一端固定于热端散热平台6；杜瓦19罩设于二级脉管7和一级脉管8外并通过螺栓与热端散热平台6可拆卸连接；一级脉管8的第二端连接一级冷端换热器10，一级蓄冷器9连接于一级冷端换热器10与热端散热平台6之间；二级脉管7的第二端连接二级冷端换热器12，二级蓄冷器组件连接二级冷端换热器12和一级冷端换热器10；线性压缩机1通过连管穿过热端散热平台6连接一级蓄冷器9；一级气库3通过一级惯性管5穿过热端散热平台6连接一级脉管8；二级气库2通过二级惯性管4穿过热端散热平台6连接二级脉管7；杜瓦19的侧壁形成一抽真空窗口26。
还包括一一级冷端平台20、一第一中波红外探测器件21、一高温区冷屏22、一高温区杜瓦窗口25、一二级冷端平台13、一第二中波红外探测器件14、一低温区冷屏15和一低温区杜瓦窗口17；高温区冷屏22安装于一级冷端平台20上并罩设于第一中波红外探测器件21外，一级冷端平台20连接一级冷端换热器10；第一中波红外探测器件21正上方的杜瓦19的外壁形成高温区杜瓦窗口25；低温区冷屏15安装于二级冷端平台13上以防止冷量耗散并罩设于第二中波红外探测器件14外，二级冷端平台13连接二级冷端换热器12；第二中波红外探测器件14正上方的杜瓦19的外壁形成低温区杜瓦窗口17。
还包括一高温区测量引线23、一高温区监测窗口24、一低温区测量引线16和一低温区监测窗口18；杜瓦19的侧壁形成高温区监测窗口24和低温区监测窗口18；高温区监测窗口24通过高温区测量引线23连接第一中波红外探测器件21；低温区监测窗口18通过低温区测量引线16连接第二中波红外探测器件14。
杜瓦19与热端散热平台6的连接部设置有橡胶密封圈。
一级冷端平台20和二级冷端平台13的材质为高导热无氧铜材料。
二级蓄冷器组件包括一二级蓄冷器11；一级蓄冷器9与一级脉管8并列设置并连接于一级冷端换热器10与热端散热平台6之间；二级蓄冷器11与二级脉管7并列设置并连接于二级冷端换热器12和一级冷端换热器10之间。
本发明实施例一的一种两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置采用两级U型气耦合结构脉管制冷机。装置中一级冷端换热器10温度为80K，二级冷端换热器12温度为30K；线性压缩机1与冷指分开布置，冷指无振动；装置中杜瓦19与热端散热平台6通过螺栓连接，便于拆卸及更换。
本发明实施例的特点在于，与现有的冷却单波段红外探测器件的电子光学装置相比，该发明的电子光学装置可同时冷却长波和中波红外探测器件，并且结构紧凑，可靠性高，寿命长，空间利用率高，杜瓦19便于拆卸及更换，红外器件不会受到线性压缩机1振动影响。
请参阅图2，本发明实施例二的一种两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置，其结构与实施例一基本相同，其区别在于，还包括一中间换热器30和一传输冷链29；二级蓄冷器组件包括一二级低温段蓄冷器27和一二级高温段蓄冷器28；一级蓄冷器9套设于一级脉管8外；二级低温段蓄冷器27和二级高温段蓄冷器28套设于二级脉管7外，二级高温段蓄冷器28靠近热端散热平台6设置；二级高温段蓄冷器28通过中间换热器30连接传输冷链29，二级低温段蓄冷器27连接传输冷链29；传输冷链29连接一级冷端换热器10；第一中波红外探测器件21通过一级冷端平台20与传输冷链29相连；线性压缩机1通过连管穿过热端散热平台6连接一级蓄冷器9和二级高温段蓄冷器28。
本发明实施例二的一种两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置采用同轴热耦合型构脉管制冷机。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置，其特征在于，包括一线性压缩机、一二级气库、一一级气库、一二级惯性管、一一级惯性管、一热端散热平台、一二级脉管、一一级脉管、一一级蓄冷器、一二级蓄冷器组件、一一级冷端换热器、一二级冷端换热器和一杜瓦；所述二级脉管和所述一级脉管平行设置且所述二级脉管和所述一级脉管的第一端固定于所述热端散热平台；所述杜瓦罩设于所述二级脉管和所述一级脉管外并通过螺栓与所述热端散热平台可拆卸连接；所述一级脉管的第二端连接所述一级冷端换热器，所述一级蓄冷器连接于所述一级冷端换热器与所述热端散热平台之间；所述二级脉管的第二端连接所述二级冷端换热器，所述二级蓄冷器组件连接所述二级冷端换热器和所述一级冷端换热器；所述线性压缩机通过连管穿过所述热端散热平台连接所述一级蓄冷器；所述一级气库通过一级惯性管穿过所述热端散热平台连接所述一级脉管；所述二级气库通过所述二级惯性管穿过所述热端散热平台连接所述二级脉管；所述杜瓦的侧壁形成一抽真空窗口；
还包括一一级冷端平台、一第一中波红外探测器件、一高温区冷屏、一高温区杜瓦窗口、一二级冷端平台、一第二中波红外探测器件、一低温区冷屏和一低温区杜瓦窗口；所述高温区冷屏安装于所述一级冷端平台上并罩设于所述第一中波红外探测器件外，所述一级冷端平台连接所述一级冷端换热器；所述第一中波红外探测器件正上方的所述杜瓦的外壁形成所述高温区杜瓦窗口；所述低温区冷屏安装于所述二级冷端平台上并罩设于所述第二中波红外探测器件外，所述二级冷端平台连接所述二级冷端换热器；所述第二中波红外探测器件正上方的所述杜瓦的外壁形成所述低温区杜瓦窗口。
2.根据权利要求1所述的两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置，其特征在于，还包括一高温区测量引线、一高温区监测窗口、一低温区测量引线和一低温区监测窗口；所述杜瓦的侧壁形成所述高温区监测窗口和所述低温区监测窗口；所述高温区监测窗口通过所述高温区测量引线连接所述第一中波红外探测器件；所述低温区监测窗口通过所述低温区测量引线连接所述第二中波红外探测器件。
3.根据权利要求2所述的两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置，其特征在于，所述杜瓦与所述热端散热平台的连接部设置有橡胶密封圈。
4.根据权利要求3所述的两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置，其特征在于，所述一级冷端平台和所述二级冷端平台的材质为高导热无氧铜材料。
5.根据权利要求4所述的两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置，其特征在于，所述二级蓄冷器组件包括一二级蓄冷器；所述一级蓄冷器与所述一级脉管并列设置并连接于所述一级冷端换热器与所述热端散热平台之间；所述二级蓄冷器与所述二级脉管并列设置并连接于所述二级冷端换热器和所述一级冷端换热器之间。
6.根据权利要求4所述的两级脉管制冷机冷却两波段红外探测器件的电子光学装置，其特征在于，还包括一中间换热器和一传输冷链；所述二级蓄冷器组件包括一二级低温段蓄冷器和一二级高温段蓄冷器；所述一级蓄冷器套设于所述一级脉管外；所述二级低温段蓄冷器和所述二级高温段蓄冷器套设于所述二级脉管外，所述二级高温段蓄冷器靠近所述热端散热平台设置；所述二级高温段蓄冷器通过所述中间换热器连接所述传输冷链，所述二级低温段蓄冷器连接所述传输冷链；所述传输冷链连接所述一级冷端换热器；所述第一中波红外探测器件通过一级冷端平台与所述传输冷链相连；所述线性压缩机通过所述连管穿过所述热端散热平台连接所述一级蓄冷器和所述二级高温段蓄冷器。
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