CN114235161A - 排气槽、冷屏、冷屏组件、冷头部件、杜瓦及红外探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种排气槽，包括槽体，槽体内具有供高温气体排出的排气通道，排气通道中设有用于阻隔多余物的阻挡结构，阻挡结构包括设于槽壁上的若干凸起，沿排气通道中高温气体排出的方向，每一凸起靠近排气通道的出口侧的边与槽壁之间的夹角大于0°且小于等于90°。还提供一种冷屏，包括本体以及上述的排气槽。还提供一种冷屏组件。还提供一种冷头部件。还提供一种杜瓦。还提供一种红外探测器。本发明通过槽体内设置凸起，并控制好凸起与槽壁之间的夹角，可以将外界的多余物挡住，防止其进入到冷屏内，而且当多余物在排气通道中堆积过多至饱和后，该排气通道会自动关闭，后续的多余物会将被阻挡在外部，从而大大降低了冷屏内部出现多余物的概率。
Description
技术领域
本发明涉及探测器技术领域，具体为一种排气槽、冷屏、冷屏组件、冷头部件、杜瓦及红外探测器。
背景技术
探测器芯片封装在真空杜瓦中，冷屏组件置于焦平面探测器芯片前起到限制杂散光所用，为保证杜瓦的高真空，冷屏上设计有排气孔，在高温排气时便于将冷屏内部空气排净。然而在探测器实际使用过程中，杜瓦内冷屏外部多余物会从排气孔中进入到冷屏内，出现在红外成像光路中导致画面异常。
另外，红外焦平面探测器由于其灵敏度高、环境适应性好、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于国防安全、环境监测等各个方面。随着用户需求的不断提高，对红外探测器抗过载冲击的要求也更加严苛。
目前红外焦平面探测器为提升抗冲击能力，主要采取增加杜瓦悬臂梁结构的冷指部件强度，具体有增粗冷指气缸壁厚、在冷指气缸根部设计加强筋结构、在杜瓦冷头端设计支撑杆等方式。
对于红外图像装备，其在发射的过程中，装备将产生很大的加速度，使装备内的各组件在发射瞬间承受最大到上万个g左右的短时高过载，已有的提升红外探测器抗冲击强度技术无法满足高过载要求。同时按现有技术提升强度后，由于杜瓦冷指壁厚增粗，冷头冷量损失增大导致制冷型红外探测器的开机启动时间变长，严重影响作战能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种排气槽、冷屏、冷屏组件、冷头部件、杜瓦及红外探测器，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种排气槽，包括槽体，所述槽体内具有供高温气体排出的排气通道，所述排气通道中设有用于阻隔多余物的阻挡结构，所述阻挡结构包括设于所述槽体的槽壁上的若干凸起，沿所述排气通道中高温气体排出的方向，每一所述凸起靠近所述排气通道的出口侧的边与所述槽壁之间的夹角大于0°且小于等于90°。
进一步，所述凸起呈三角形结构，所述三角形结构的其中一个侧边贴合所述槽壁。
进一步，所述槽体具有多段弯折的排气通道。
进一步，所述槽体呈U型。
本发明实施例提供另一种技术方案：一种冷屏，包括本体以及上述的排气槽，所述排气槽嵌设在所述本体的端面上。
进一步，所述端面的中部具有排气口，所述排气槽与所述排气口连通。
本发明实施例提供另一种技术方案：一种冷屏组件，包括滤光片，还包括上述的冷屏，所述滤光片覆盖在所述端面上，且所述滤光片封堵大部分所述排气槽，未被所述滤光片封堵的所述排气槽为排气孔。
本发明实施例提供另一种技术方案：一种冷头部件，包括上述的冷屏。
本发明实施例提供另一种技术方案：一种杜瓦，包括上述的冷头部件。
本发明实施例提供另一种技术方案：一种红外探测器，包括上述的杜瓦。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过槽体内设置凸起，并控制好凸起与槽壁之间的夹角，可以将外界的多余物挡住，防止其进入到冷屏内，而且当多余物在排气通道中堆积过多至饱和后，该排气通道会自动关闭，后续的多余物会将被阻挡在外部，从而大大降低了冷屏内部出现多余物的概率。
2、在冷指气缸上套设支撑结构，可以在冷指的薄弱颈部进行支撑加固，从而提升支撑强度，进而可以抵抗更高的冲击强度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种冷屏组件的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种冷屏的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种红外探测器的竖向截面示意图；
图4为本发明实施例提供的一种红外探测器的信号引出部件的示意图；
附图标记中：1-滤光片；2-杜瓦；21-主体部件；22-冷头部件；220-冷屏；2200-排气口；2201-排气槽；2202-排气通道；2203-凸起；2204-排气孔；2205-端面；221-陶瓷条；222-芯片；24-冷指部件；240-冷指气缸；241-冷盘；242-支撑环；25-窗口部件；250-红外窗片；251-窗框；252-压圈；26-信号引出部；260-金属环；261-接插件。
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。
请参阅图2，本发明实施例提供一种排气槽，包括槽体，所述槽体内具有供高温气体排出的排气通道2202，所述排气通道2202中设有用于阻隔多余物的阻挡结构，所述阻挡结构包括设于所述槽壁上的若干凸起2203，沿所述排气通道2202中高温气体排出的方向，每一所述凸起2203靠近所述排气通道2202的出口侧的边与所述槽壁之间的夹角不大于90°。在本实施例中，通过槽体内设置凸起2203，并控制好凸起2203与槽壁之间的夹角，可以将外界的多余物挡住，防止其进入到冷屏220内，而且当多余物在排气通道2202中堆积过多至饱和后，该排气通道2202会自动关闭，后续的多余物会将被阻挡在外部，从而大大降低了冷屏220内部出现多余物的概率。具体地，本排气槽2201可以用在冷屏220上，起到排气和阻挡多余物的作用。在红外探测器组装完成后，需要将高温气体从排气孔2204排出，该过程是一次性的，排出后就不会再次排出，此时排气孔2204就没有用了。但该排气孔2204还是被保留下来，使得外部的多余物会从该排气孔2204进入到冷屏220中，进而出现异常。而将本实施例所述的排气槽2201用在了冷屏220上，最初，排气槽2201可以作为排气通道2202进行排气，后续多余物进入到排气通道2202中后，在其阻挡结构的作用下，可以将多余物阻挡在排气通道2202中，多余物逐渐沉积后会完全将排气通道2202封堵住，这样外界的多余物就再也没有可能进入到冷屏220中。具体地，阻挡的方式可以采用凸起2203，该凸起2203朝排气通道2202内伸出，在沿着排气通道2202的高温气体排出的方向，可以将排气通道2202的高温气体入口定义为入口侧，而将高温通道出口定义为出口侧，出口侧即排气孔2204的这一侧。我们通过限定凸起2203靠近出口侧的这一个边与槽壁之间的夹角不大于90°，即该凸起2203最多可以是90°，即垂直于槽壁设置，也可以是呈锐角，可保证多余物被凸起2203阻挡在排气通道2202内，这里可以简单理解为凸起2203伸出的方向是与多余物进入的方向为反方向(当夹角为锐角时)，该逆向即可很好地完成多余物地阻挡。优选的，该阻挡结构当然可以不仅仅只包括设在槽壁上的凸起2203，也可以是设在槽底上的阻挡物。至于凸起2203和所述阻挡物伸出的长度，可以根据实际的情况来选择，确保不会阻挡高温气体排出的前提下又能够完全阻挡多余物，而实际上只要有一丝空隙，就不会影响到气体的排出，因此很好实现完全阻挡多余物。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2，所述凸起2203呈三角形结构，所述三角形结构的其中一个侧边贴合所述槽壁。在本实施例中，可以将凸起2203细化为三角形结构，三角形结构形成的倒钩可以很好地阻挡多余物。当然除了三角形结构以外，例如矩形、不规则形状等结构也都是可行的，只要能够阻挡多余物的结构形式均是可行的结构，本实施对此不作限制。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2，所述槽体具有多段弯折的排气通道2202。在本实施例中，槽体可以不仅仅是常规形状，例如方形的槽，还可以是具有多段弯折的排气通道2202的槽，如此可以形成类似迷宫的形式，有利于多余物的阻隔。优选的，例如是U型，当然其他不规则的形状均是可以的，本实施例对此不作限制。
请参阅图2，本发明实施例提供一种冷屏，包括本体以及上述的排气槽2201，所述排气槽2201嵌设在所述本体的端面2205上。在本实施例中，将上述排气槽2201嵌设在本体的端面2205上，或者排气槽2201可以直接开设在该端面2205上。这样既可巧妙地将排气槽2201运用到冷屏220上，实现排气和阻挡多余物的功能。优选的，端面2205的中部具有排气口2200，所述排气槽2201与所述排气口2200连通，高温气体从此处排出并进入到排气槽2201中。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1和图2，本发明实施例提供一种冷屏组件，包括滤光片1以及上述的冷屏220，所述滤光片1覆盖在所述端面2205上，且所述滤光片1封堵大部分所述排气槽2201，未被所述滤光片1封堵的所述排气槽2201为排气孔2204。在本实施例中，在冷屏220配合滤光片1使用的红外探测器中，可以将滤光片1覆盖在冷屏220的端面2205上。该冷屏220优选为分体式焊接结构，在其第一阶(即最上一层)上设计上述的排气槽2201，然后再将滤光片1覆盖在该第一阶(即端面2205)上。此时可以通过设计滤光片1的尺寸，使之不完全覆盖并封堵排气槽2201，这样在排气槽2201未被封堵的部位即可存在排气孔2204，如图1所示，排气孔2204很小，因此滤光片1是覆盖绝大部分的排气槽2201的。由于排气槽2201是嵌设在冷屏220的端面2205上的，或者是直接制作在该端面2205上的，使得排气槽2201的上表面与端面2205是平齐的，那么滤光片1覆盖在端面2205上后，可以无间隙覆盖该端面2205，高温气体只能从排气槽2201这一条排气通道2202排出。优选的，此处又可以优化出具有多个排气槽2201的方案，当需要加快排气速度时，可以在端面2205上多设几个排气槽2201，进而形成多个排气孔2204进行排气，提高排气效率。
作为本发明实施例的优化方案，本发明实施例提供一种冷头部件，可以采用上述的冷屏220。也可以是不使用滤光片1的冷头部件22，以减轻冷头部件22的质量，下面实施例再来进行详述。
作为本发明实施例的优化方案，本发明实施例提供一种杜瓦，可以采用上述的冷头部件22。当然，该杜瓦2还包括冷指部件24、窗口部件25、信号引出部26件及主体部件21等结构。
具体地，请参阅图2和图3，对于该冷头部件22来说，它主要包括冷屏220以及用于将芯片222的信号导出的陶瓷条221，还是存在两个方案，一个是使用滤光片1的冷屏220，另一个是不使用滤光片1的冷屏220。当使用滤光片1时，如图2所示，可以采用上述的具有排气槽2201的冷屏220。而不使用滤光片1时，如图3所示，冷屏220采用轻质材质一体化成型设计，将滤波功能集成设计在窗口部件25上从而取消常规滤光片1设计，减轻冷头部件22质量。另外，采用陶瓷条221取代传统陶瓷基板结构，然后通过引线键合的方式将信号引出，这样通过该条状结构，既能够实现探测器芯片电学信号引出，又能够减少冷头质量。所述冷头部件22。
而对于冷指部件24来说，请参阅图3和图4，所述冷指部件24安装在所述主体部件21中，且所述冷指部件24包括冷指气缸240和焊接在所述冷指气缸240上方的冷盘241，所述冷指气缸240靠近所述冷盘241的部位上套设有支撑结构，所述支撑结构固定在所述主体部件21上。在本实施例中，在冷指气缸240上套设支撑结构，可以在冷指的薄弱颈部进行支撑加固，从而提升支撑强度，进而可以抵抗更高的冲击强度。具体地，本冷指气缸240采用锥形结构，较细的部分属于薄弱颈部，我们在此处设计支撑结构进行加固支撑，可以提高强度。优选的，所述支撑结构包括支撑环242，所述支撑环242的内沿紧贴所述冷指气缸240靠近所述冷盘241的部位，且所述支撑环242的外沿固定在所述主体部件21上。支撑的方式可以采用支撑环242，该结构便于连接冷指气缸240和主体部件21，而且易于对支撑环242进行改造，如在支撑环242的内沿和外沿之间设支撑杆，该支撑杆起到的是加强筋的作用，既能够提升支撑环242的强度还可以避免实心支撑环242的过重的重量带来的缺陷。进一步，该支撑杆的数量可以有多根，优选为四根，四根所述支撑杆均匀分布在所述内沿和所述外沿之间的空间中，每一所述支撑杆的截面积控制在0.075～0.115mm2之间。该取值范围是经过大量的实验获得的数据，该截面积设计可以在保证低漏热的基础上提升支撑强度，使得支撑环242可以有效减小横法向过载冲击下冷指部件24的端部晃动。优选的，每一所述支撑杆的截面积为0.095mm2时可以获得较好的效果。
进一步细化上述冷指部件24，请参阅图3，其冷指气缸240为为变径气缸，所述变径气缸靠近冷盘处的壁厚在0.7～0.9mm之间，靠近冷指根部的壁厚在0.4～0.5mm之间，且所述所述变径气缸的壁厚由冷盘至冷指根部的方向渐小。将冷指气缸240采用变径设计，在精确计算冷指漏热的情况下对壁厚进行设计，该取值范围经过大量的实验获得，既能够确保冷指气缸240的强度，还可以避免局部过厚而导致冷损。优选的，靠近冷盘处的壁厚取0.8mm，靠近冷指根部的壁厚取0.45mm可以获得较好的效果。
而对于窗口部件25来说，其可以罩盖在冷头部件22上。所述窗口部件25包括红外窗片250以及用于搁置所述红外窗片250的窗框251，所述窗框251供所述红外窗片250搭接的部位的宽度控制在0.34～0.38mm之间。在本实施例中，红外窗片250为脆性材料，属于薄弱点，可以在保证透过率的前提下增加红外窗片250的厚度，同时增加窗框251与红外窗片250的搭接面积，以减小中间悬空部分的面积，具体是0.34～0.38mm之间。如此可以确保不挡光的前提下还能够有更为稳定地支撑。优选的，所述红外窗片250的上方设有压圈252，所述压圈252的边沿设在所述窗框251上。还可以在红外窗片250的顶部设计压圈252，然后用灌胶保护，优选的，该压圈252为金属圈，可以起到加固的作用，解决此处的应力问题。优选的，宽度取值0.36mm效果较佳。
而对于信号引出部26件来说，请参阅图3和图4，所述信号引出部26件包括设于所述主体部件21上的金属环260，所述金属环260外设有将电学信号引出的接插件261。在本实施例中，接插件261可以与金属环260焊接，接插件261也可以是陶瓷制成，而相较于传统技术中的陶瓷引线环来说，采用金属环260可以有效提升抵抗过载冲击力的效果，传统陶瓷引线环易被震碎而导致探测器出现故障。通过接插件261还能够实现电学信号的引出，不会影响电学信号引出。
作为本发明实施例的优化方案，本发明实施例提供红外探测器，可以采用上述的杜瓦2，一方面若是采用上述实施例中的冷屏220，可以解决多余物的困扰，另一方面，采用上述杜瓦2的强度设计的结构，可以使之适用于红外图像制导炮弹，能抵抗炮弹在发射瞬间承受最大到上万个g的短时高过载冲击。当然，该红外探测器还包括制冷机等常规部件，此处就不再详述。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种排气槽，包括槽体，其特征在于：所述槽体内具有供高温气体排出的排气通道，所述排气通道中设有用于阻隔多余物的阻挡结构，所述阻挡结构包括设于所述槽体的槽壁上的若干凸起，沿所述排气通道中高温气体排出的方向，每一所述凸起靠近所述排气通道的出口侧的边与所述槽壁之间的夹角大于0°且小于等于90°。
2.如权利要求1所述的排气槽，其特征在于：所述凸起呈三角形结构，所述三角形结构的其中一个侧边贴合所述槽壁。
3.如权利要求1所述的排气槽，其特征在于：所述槽体具有多段弯折的排气通道。
4.如权利要求3所述的排气槽，其特征在于：所述槽体呈U型。
5.一种冷屏，其特征在于：包括本体以及如权利要求1-4任一所述的排气槽，所述排气槽嵌设在所述本体的端面上。
6.如权利要求5所述的冷屏，其特征在于：所述端面的中部具有排气口，所述排气槽与所述排气口连通。
7.一种冷屏组件，包括滤光片，其特征在于：还包括如权利要求5或6所述的冷屏，所述滤光片覆盖在所述端面上，且所述滤光片封堵大部分所述排气槽，未被所述滤光片封堵的所述排气槽为排气孔。
8.一种冷头部件，其特征在于：包括如权利要求5或6所述的冷屏。
9.一种杜瓦，其特征在于：包括如权利要求8所述的冷头部件。
10.一种红外探测器，其特征在于：包括如权利要求9所述的杜瓦。
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