CN215004191U - 一种微光像增强器模拟装配下的温变应力失效试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微光像增强器模拟装配下的温变应力失效试验装置，该装置包括后壳体、前壳体、上盖、螺钉、透光孔、观察孔、柱面应力传感器、端面应力传感器、应力读出装置和扭力扳手组成。所述后壳体、前壳体为匹配像增强器尺寸安装的带有定位台阶和预紧力螺钉安装孔的对称半圆筒结构，通过螺钉为像增强器的柱面和端面设定预紧力，该装置放于温变试验箱体内的安装平台上后给像增强器通电，通过观察孔可以观察和监控像增强器输出图像亮度的稳定性和像增强器可靠性。本实用新型能实现模拟像增强器的装配状态，操作效率高；还能试验调节不同的预紧力装配条件，以达到模拟的最大近似程度。

Description

一种微光像增强器模拟装配下的温变应力失效试验装置

技术领域

本实用新型涉及微光像增强器的环境试验领域，涉及一种微光像增强器模拟装配下的温变应力失效试验装置，实现在模拟装配条件下，对用硅橡胶封装了多种材质的微光像增强器进行温变应力分析，测试产品失效应力值及失效模式，对像增强器的整机装配以及控制和改进像增强器硅橡胶灌封过程具有指导意义。

背景技术

像增强器属于电真空器件，通常由单管、高压电源及管壳组成并用硅橡胶封装而成。单管是由几种光学器件和金属结构件组成，高压电源也需要用硅橡胶封装所有电器元件，管壳为塑料或金属材料；影响微光像增强器最终输出特性的指标参数较多，其中较重要的一个因素是所用不同材料的热膨胀差异，导致较大温变应力的产生，造成产品在不同温度下输出特性的不一致。例如，在常温常压下产品技术指标满足需求，而在不同的温度场中，尤其是微光像增强器内硅橡胶向外热膨胀自由度受限制的情况下，其内部的单管、电源及电气电路将受到较大温度内应力，致使产品失效。

目前，传统的环境试验是将器件直接放置在温变试验箱内进行，像增强器可向周围空间自由热胀，内应力较小；但是当器件应用在整机装配后的环境试验过程时，像增强器向外热胀的自由度被整机内壁限制，而内部应力增大从而导致失效，造成像增强器后期流转过程的浪费。

传统方法主要存在以下问题：

(1)传统方法不能模拟装配环境，无法反应像增强器实际工作状态的应力环境。

(2)无法验证装配条件下在硅橡胶热膨胀应力作用和温度交变载荷下的像增强器失效情况。

(3)无法验证或者发现温变应力状态下的非均匀性变形引起的材料缺陷和灌封缺陷。

为探究温度场的变化对像增强器存在的缺陷的影响程度与发展规律，有必要根据像增强器的安装使用条件，建立一套适用于像增强器温度场交变的试验装置，研究温度场应力与像增强器失效的关系；在像增强器制造后进行模拟装配温变应力失效试验，以检测分析像增强器应力失效值及失效模式，以便采取相应的设计和制造工艺的调整，确保像增强器使用过程的可靠稳定。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型目的在于提供一种微光像增强器模拟装配温变应力失效试验的方法及装置，该装置能够模拟像增器实际工作状态的装夹方式，以检测像增强器实际工作环境中的失效应力值。

本实用新型的微光像增强器模拟装配条件下的温变应力失效试验装置主要由后壳体、前壳体、上盖、柱面预紧力螺钉、端面预紧力螺钉、透光孔、观察孔、柱面应力传感器、端面应力传感器、应力读出装置、扭力扳手等组成。

其中，后壳体、前壳体为对称装配的半圆筒结构，装配后通过共同形成的台阶空间实现像增强器的安装，其顶部通过上盖盖合。所述后壳体、前壳体为匹配像增强器尺寸安装的带有定位台阶和预紧力螺钉安装孔的对称半圆筒结构，后壳体、前壳体和柱面预紧力螺钉为像增强器的柱面维持设定的预紧力，上盖和端面预紧力螺钉保证像增强器的端面维持设定的预紧力，且放置该温变应力失效试验装置于温变试验箱体内的安装平台上后给像增强器通电，通过观察孔可以观察和监控像增强器输出图像亮度的稳定性和像增强器可靠性。

进一步地，所述后壳体、前壳体的两侧带有固定耳，所述固定耳沿上下位置设置有一对螺钉孔，通过安装柱面预紧力螺钉实现后壳体、前壳体的闭合；所述上盖沿后壳体、前壳体的半圆筒处各设置有一对螺钉孔，通过安装端面预紧力螺钉实现上盖与后壳体、前壳体形成的壳体的闭合，闭合后的内部空间用于安装像增强器。通过柱面预紧力螺钉和端面预紧力螺钉给像增强器分别施加柱面预紧力和端面预紧力，此预紧力通过扭力扳手预先设置，通过应力读出装置读出的应力值来调节扭力扳手，以获得每次试验需要的预紧力；柱面应力传感器可以监测试验过程中的应力值，端面应力传感器可以监测试验过程中的应力值。

进一步地，所述后壳体、前壳体为对称装配的“Ω”状半圆筒结构；所述后壳体、前壳体采用铝材，便于壳体内外的温度平衡。

进一步地，所述后壳体、前壳体的底部设置有透光孔，上盖居中处设置有观察孔，所述壳体置入温变试验箱内后，光源辐射通过壳体的透光孔输入到像增强器的输入端后，人眼可以在温变试验箱外通过上盖的观察孔观察像增强器的输出图像。

进一步地，后壳体和前壳体内形成的内部空腔用于安装像增强器，且后壳体内壁的固定位置置入柱面应力传感器，在两壳体之间留有约3mm的锁紧调节距离，保证设定的预紧力下像增强器的柱面被夹紧。

进一步地，上盖与两壳体通过螺钉连接，且在上盖上与像增强器阳极端面接触的固定位置置入端面应力传感器，保证在设定的预紧力下像增强器的端面被压紧，为了使上盖与壳体对准连接，上盖的螺纹通孔直径预留有3mm的调节空间。

进一步地，透光孔用于给像增强器输入照度，观察孔用于检测环境试验过程中像增强器的可靠性。

进一步地，扭力计用于设定预紧力，并将预紧力输送到预定位置。

本实用新型的微光像增强器模拟装配温变应力失效试验装置用于测试的方法包括以下步骤：

步骤1，装配试验装置

1-1.将柱面应力传感器安装在壳体柱面上预留的安装位置；

1-2.将像增强器装入后壳体及前壳体中间；

1-3.用柱面预紧螺钉连接两壳体；

1-4.将端面应力传感器安装在上盖端面上预留的安装位置；

1-5.将上盖安装于两壳体上面，

1-5.用端面预紧螺钉连接上盖与壳体。

步骤2，调整扭力扳手测力值0N·m～30N·m，分步并均匀预紧两壳体、壳体与上盖到试验应力值。

步骤3，将试验装置整体平稳置入温变试验箱中，像增强器阳极输出端的观察孔面向温变试验箱玻璃窗口，并将应力传感线引出温度箱外接入应力读出装置。

步骤4，进行温变应力失效试验，包括：

4-1.分次设定温变试验箱的温度Ti，Ti的范围-70℃～+160℃，每次升温20℃，在某温度下保持时间2小时；

4-2.对应每个温度点记录柱面应力值和端面应力值，并记录该温度点的像增强器工作状态、失效模式、失效时机。

步骤5，进行数据整理失效分析，提出像增强器整机装配应力的要求，以及控制和改进像增强器硅橡胶灌封过程的方法，如硅橡胶配比，灌胶的速度等。

进一步地，所述调整扭力扳手的测力值，应根据应力读出装置的显示应力值来调整。

本实用新型与现有技术比的有益效果在于：

(1)能实现模拟像增强器的装配状态，操作效率高。

(2)能试验调节不同的预紧力装配条件，以达到模拟的最大近似程度。

(3)为像增强器的装配设计和工艺改进提供数据支撑，以保证像增强器的可靠性要求。

(4)可实现热应力的在线监测。

附图说明

图1：本实用新型的配温变应力失效试验装置的构成示意图。

图2：图1中的上盖与壳体装配的俯视图。

图3：本实用新型的配温变应力失效试验装置置于温变试验箱中的透光孔、观察孔与像增强器的位置关系示意图。

图中：1-上盖，2-后壳体，3-前壳体，4-垫片，51-柱面预紧力螺钉，52-端面预紧力螺钉，6-柱面应力传感器，7-端面应力传感器，8-应力读出装置，9-扭力扳手，10-像增强器，11-稳压稳流电源，12-透光孔，13-观察孔，14-像增强器光轴，15-温变试验箱玻璃窗口，16-人眼。

具体实施方式

实施例1

如图1、图2所示，本实用新型的微光像增强器模拟装配条件下的温变应力失效试验装置，主要由后壳体2、前壳体3、上盖1、柱面预紧力螺钉51、段面预紧力螺钉52、透光孔12、观察孔13、柱面应力传感器6、端面应力传感器7、扭力扳手9等组成。

其中，后壳体2、前壳体3为对称装配的“Ω”状半圆筒结构，装配后通过共同形成的台阶空间实现像增强器10安装于光轴14上，其顶部通过上盖1盖合。所述后壳体2、前壳体3的两侧带有固定耳，所述固定耳沿上下位置设置有一对螺钉孔，通过安装柱面预紧力螺钉51实现后壳体2、前壳体3的闭合；所述上盖1沿后壳体2、前壳体3的半圆筒处各设置有一对螺钉孔，通过安装端面预紧力螺钉52实现上盖1与后壳体2、前壳体3形成的壳体的闭合，闭合后的内部空间用于安装像增强器10。通过柱面预紧力螺钉51和端面预紧力螺钉52给像增强器10分别施加柱面预紧力和端面预紧力，此预紧力通过扭力扳手9预先设置；柱面应力传感器6可以监测试验应力值，端面应力传感器7可以监测试验应力值。所述后壳体2、前壳体3采用铝材，便于壳体内外的温度平衡。

所述后壳体2、前壳体3的底部设置有透光孔12，上盖1居中处设置有观察孔13，所述壳体置入温变试验箱内后，光源辐射通过壳体1的透光孔12输入到像增强器10的输入端后，人眼16可以在温变试验箱玻璃窗口15外通过上盖1的观察孔13观察像增强器10的输出图像。

后壳体2和前壳体3内形成的内部空腔用于安装像增强器10，且后壳体2内壁与像增强器10柱面间的固定位置置入柱面应力传感器6，在两壳体之间留有约3mm的锁紧调节距离，保证设定的预紧力下像增强器10的柱面被夹紧。

上盖1与两壳体通过螺钉连接，且在上盖1上与像增强器10阳极端面接触面的固定位置置入端面应力传感器7，保证在设定的预紧力下像增强器10的端面被压紧，为了使上盖1与壳体对准连接，上盖1的螺纹通孔直径预留有3mm的调节空间。

实施例2

如图3所示，利用本实用新型的装置对微光像增强器模拟装配条件下的温变应力失效试验方法，包括以下步骤：

1)安装柱面应力传感器，将像增强器装入后壳体及前壳体中间，并用柱面预紧螺钉连接两壳体。

2)安装端面应力传感器，将上盖安装于壳体上面，上盖的通孔正对壳体的螺钉孔，用端面预紧螺钉连接上盖与壳体。

3)调整扭力扳手测力值，分步并均匀预紧两壳体、壳体与上盖到设定力值。

4)将装有像增强器的温变应力失效试验装置整体平稳置入温变试验箱，并将应力传感线引出温度箱外接入应力读出装置。

5)进行温变应力失效试验记录应力值，记录像增强器工作状态、失效模式、失效时机。

6)进行数据整理失效分析，提出像增强器整机装配的应力要求，以及控制和改进像增强器硅橡胶灌封过程的方法，如硅橡胶配比，灌胶的速度等。

实施例3

本实用新型的微光像增强器模拟装配条件下的温变应力失效试验方法的具体实施过程及结果如下：

1)试验过程

试验采用随机抽样的方法，并对抽样样本取平均值作为试验结果；分次设定温变试验箱的温度Ti，Ti初值取常温20℃，每次升温20℃，在每个温度下保持时间2小时；每次试验的柱面和端面预紧力相同，所记录的应力值为柱面和端面应力中的较大者，且为应力读出数值的平均值；失效是像增强器的不正常工作状态，通常是指像增强器在工作电压下的不工作、闪光、闪烁、放电及电气击穿等现象，包括无光辐射输入和有光辐射输入两种情况下出现的以上任意现象。

2)试验数据记录表

特别说明：扭力扳手在装置尺寸和预紧力螺钉的装配使用下，5.5N·m对应600N预紧力，7N·m对应800N预紧力，9N·m对应1000N预紧力，11.5N·m对应1200N预紧力。

3)试验结果

a)应力1100N以内，像增强器失效为零；应力1100N以上，随着应力的增加，像增强器失效比例极速增长；

b)像增强器在装配预紧力下的温变应力随着温度的升高而增长；

c)像增强器的工作温度不超过80℃时，装配预紧力不应超过800N。

4)改进和控制方案

根据试验数据，要降低像增强器在装配预紧力800N以上的失效比例，就要降低像增强器的温变应力，可选取的方法有：优化硅橡胶配比以改变材料的热膨胀系数，优化灌胶的工艺以降低温变应力等。

Claims (7)

1.一种微光像增强器模拟装配下的温变应力失效试验装置，其特征在于，主要由后壳体、前壳体、上盖、柱面预紧力螺钉、端面预紧力螺钉、透光孔、观察孔、柱面应力传感器、端面应力传感器和扭力扳手组成；

所述后壳体、前壳体为对称装配的半圆筒结构，装配后通过共同形成的台阶空间实现像增强器的安装，其顶部通过上盖盖合；

所述柱面应力传感器位于后壳体内壁与像增强器柱面之间，安装在后壳体内壁固定位置上；

所述端面应力传感器位于上盖与像增强器阳极端面之间，安装在上盖与像增强器的接触面固定位置；

所述后壳体、前壳体为匹配像增强器尺寸安装的带有定位台阶和预紧力螺钉安装孔的对称半圆筒结构，后壳体、前壳体和柱面预紧力螺钉为像增强器的柱面维持设定的预紧力，上盖和端面预紧力螺钉保证像增强器的端面维持设定的预紧力，且放置该温变应力失效试验装置于温变试验箱体内的安装平台上后给像增强器通电；

所述后壳体、前壳体的底部设置有透光孔，上盖居中处设置有观察孔。

2.根据权利要求1所述的微光像增强器模拟装配下的温变应力失效试验装置，其特征在于：

所述后壳体、前壳体为对称装配的“Ω”状半圆筒结构；所述后壳体、前壳体的两侧带有固定耳，所述固定耳沿上下位置设置有一对螺钉孔，通过安装柱面预紧力螺钉实现后壳体、前壳体的闭合；所述上盖沿后壳体、前壳体的半圆筒处各设置有一对螺钉孔，通过安装端面预紧力螺钉实现上盖与后壳体、前壳体形成的壳体的闭合，闭合后的内部空间用于安装像增强器；

通过柱面预紧力螺钉和端面预紧力螺钉给像增强器分别施加柱面预紧力和端面预紧力，此预紧力通过扭力扳手预先设置；柱面应力传感器监测试验过程中的应力值，端面应力传感器监测试验过程中的应力值。

3.根据权利要求2所述的微光像增强器模拟装配下的温变应力失效试验装置，其特征在于：

在后壳体与前壳体之间留有3mm的锁紧调节距离，保证设定的预紧力下像增强器的柱面被夹紧。

4.根据权利要求2所述的微光像增强器模拟装配下的温变应力失效试验装置，其特征在于：

上盖的螺纹通孔直径预留有3mm的可调节空间。

5.根据权利要求2所述的微光像增强器模拟装配下的温变应力失效试验装置，其特征在于：

所述壳体置入温变试验箱内后，光源辐射通过壳体的透光孔输入到像增强器的输入端后，人眼在温变试验箱外通过上盖的观察孔观察像增强器的输出图像。

6.根据权利要求1至5任一项所述的微光像增强器模拟装配下的温变应力失效试验装置，其特征在于：

所述扭力扳手带有扭力计，用于设定预紧力。

7.根据权利要求6所述的微光像增强器模拟装配下的温变应力失效试验装置，其特征在于：

还包括与所述柱面应力传感器、端面应力传感器相连接的应力读出装置。

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