DE3636422A1 - Strahlungs-sensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlungs-Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Der Aufbau eines derartigen Sensors zur Zieldetektion aufgrund der von einem Zielobjekt abgegebenen Infrarot-Strahlung ist aus der DE-PS 33 26 876 bekannt. Entgegen dem dort zeichnerisch veranschau­ lichten Ausführungsbeispiel kann der Sensor auch mit seinem Gehäuse um eine zur Munitionsachse parallele Schwenkachse aus dem Innern der Munition in eine Wirkstellung nach außen klappbar ausgeführt sein; und je nach den gegebenen Raumverhältnissen kann auch vorge­ sehen sein, den Sensor koaxial aufzubauen, also ohne Strahlenumlenkung im Bereiche der Sensor-Apertur. Insbesondere ergibt sich eine höhere Abschußfestigkeit des Sensors, wenn seine Komponenten im wesentlichen in Sandwich-Technik gruppiert, also koaxial hintereinander montiert sind. Problematisch kann aber die elektromechanische Verbindung zwischen einem Hybrid-Gehäuse, in dem elektrische Schaltungen zur Signalvorverstärkung und Signalvorverarbeitung untergebracht sind, und dem eigentlichen Detektorelement als dem physikalisch-elektrischen Energiewandler sein. Denn ein derartiger Hybrid-Aufbau besteht im wesentlichen aus einer Gruppierung von Keramikplatten als Trägern für diskrete und integrierte Schaltungen, wobei der Gesamtaufbau hermetisch gekapselt ist, um das Hybrid-Gehäuse mit einem Schutzgas füllen zu können.

Auch das Detektorgehäuse des Sensors ist in der Regel, jedenfalls wenn es sich gemäß dem bevorzugten Realisierungsfall vorliegender Erfindung um einen im Infrarot-Bereich des Strahlenspektrums arbeitenden Detektor handelt, hermetisch gekapselt und mit einem Schutzgas ge­ füllt.

Insbesondere die hermetische Dichtung des Hybrid-Gehäuses darf nicht in Zusammenhang mit der elektrischen Verdrahtung zum Detektor hin bzw. aufgrund der hohen Beschleunigungskräfte beeinträchtigt werden, die etwa beim Abschuß einer Munition, die mit solchem Sensor ausge­ stattet ist, aus einem Waffenrohr auftreten können. In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde, einen raumsparenden Kompaktaufbau eines Sensors aus Detektor und Hybrid-Gehäuse zu schaffen, bei dem die Gehäuse-Abdichtungen der einzelnen Funktionselemente sowohl unter Montagebedingungen wie auch unter Einsatzbedingungen gewährleistbar sind und der nach Möglich­ keit darüberhinaus den Einsatz einfacher Prüf-, Austausch- und Ferti­ gungstechnologien eröffnet.

Diese Aufgabe wird bei einem Strahlungs-Sensor gattungsgemäßer Art im wesentlichen dadurch gelöst, daß er gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 ausgelegt ist.

Nach dieser Lösung wird der in Axialrichtung mechanisch hoch-beanspruch­ bare und raumsparende Sandwich-Aufbau beibehalten, ohne daß ein Sondergehäuse für die Hybrid-Schaltungen eingesetzt werden muß bzw. daß Bohrungen in den Keramikplatten des Hybrid-Gehäuses, für den elektromechanischen Anschluß zwischen dessen Schaltungen und dem Detektor, erforderlich würden. Denn Bohrungen in Keramikplatten beschwören die Gefahr von Haarrissen herauf, die sich von der Bohrung aus in das Keramikmaterial erstrecken und zur mechanischen Zerstörung der Keramikplatte bei mechanischer Beanspruchung, zumindest aber zu Undichtigkeiten und damit Verlust des eingeschlossenen Schutzgases führen können.

Stattdessen erfolgt der elektrische Anschluß zwischen den Schaltungen im Inneren des Hybrid-Gehäuses und den Detektorelementen über leichter herstellbare und abdichtbare Durchführungen in der Hybridgehäuse-Seiten­ wand und über Leiterbahnen, die im Montageboden zur Befestigung einerseits des Hybridgehäuses und andererseits des Detektorgehäuses ausgebildet sind. Beiderseits dieses Montagebodens, der zugleich Bodenplatte des Detektoraufbaues ist, können die einzelnen Komponenten des Sensors wie insbesondere die Detektorelemente auf ihrem Kühler und gegenüberliegend das Hybridgehäuse in axialer Richtung montiert, elektromechanisch miteinander verbunden, geprüft und erforderlichen­ falls ausgetauscht werden, ehe dann der so bestückte Einbauraum im Sensorgehäuse durch einen rückwärtigen Deckel hermetisch verschlossen wird.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammen­ fassung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche etwas abstrahiert aber angenähert maßstabsgerecht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. Es zeigt:

Fig. 1 im Axial-Längsschnitt bei abgebrochener Darstellung den Aufbau eines Infrarot-Strahlungsdetektors zwischen einerseits einer Infrarot-Optik und andererseits einem Hybrid-Gehäuse für die Ausbildung elektrischer Schaltkreise,

Fig. 2 einen Zwischenboden für die mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Detektor und dem Hybrid-Ge­ häuse und

Fig. 3 den Zwischenboden nach Fig. 2 im Querschnitt.

Der im Ausführungsbeispiel detailliert dargestellte Strahlungs-Sensor 11 ist mit einem Detektor 12 zur Aufnahme von Strahlungsenergie im Infrarot-Bereich des Spektrums der elektromagnetischen Wellen ausgestattet. Der Detektor 12 weist wenigstens ein Detektorelement 13 auf, das auf einem Kühler 14 angeordnet und in ein Gehäuse 15 hermetisch eingeschlossen ist. Das Detektorelement 13 empfängt durch ein Gehäuse-Fenster 16 über die Apertur 17 - gegebenenfalls mit eingebauter Linsenoptik 18 - des Sensorgehäuses 19 Strahlungsenergie, die aufgrund elektrophysikalischer Erscheinungen in elektrische Energie umgesetzt und vom Detektorelement 13 über Leiter 20 an Schalt­ kreise in einem Hybrid-Gehäuse 21 geleitet wird. Bei den in diesem ebenfalls gekapselten Gehäuse 21 aufgebauten Schaltkreisen handelt es sich insbesondere um Vorverstärker für die vom jeweiligen Detektor­ element 13 gelieferten Signale und - je nach der schaltungstechnischen Auslegung und den gegebenen Raumverhältnissen - um eine Signalvorver­ arbeitung, beispielsweise zur Verbesserung des Nutzsignal-/Störsignal- Verhältnisses und/oder zur Gewinnung digitaler Strahlungsinformationen, aus denen dann im Wege nachgeschalteter Signalverarbeitungsmaßnahmen Aussagen über die Quelle gewonnen werden, von der die momentan mittels des Sensors 11 erfaßte Strahlung stammt.

Die Detektorelemente 13 mit ihrem Kühler 14 sind auf einem z.B. einteiligen Detektorboden 22 montiert, der (vgl. Fig. 2) mit Montage- Bohrungen 23 zur rückseitigen Befestigung des Hybrid-Gehäuses 21 ausgestattet ist. In einer Boden-Oberfläche, vorzugsweise in der dem Hybrid-Gehäuse 21 zugewandten Oberfläche 24, sind Ausnehmungen 25 vorgesehen (eingeformt oder nachträglich spanend eingearbeitet), die sich zum Boden-Seitenrand 26 öffnen. In die Ausnehmungen 25 sind gegeneinander elektrisch isolierte, auch als Widerstandselement dimensionierbare, Leiterbahnen 27 eingelegt, beispielsweise realisiert in der Form von leitenden Kaschierungen auf Isolierstoff- wie Keramik- Trägern 28. Gegenüber dem Boden-Rand 26 versetzt sind Anschlußlöcher 29 vorgesehen, die sich durch den Boden 22, den jeweiligen Isolier- Träger 28 und die darauf kaschierte Leiterbahn 27 erstrecken.

Etwa parallel zur Längsachse 30 des Sensors 11 verlaufen durch die Anschlußlöcher 29 L-förmig abgekröpfte Leiter 20, 12, die einerseits an ein zugeordnetes Detektorelement 13 und andererseits an die dem jeweiligen Loch 29 zugeordnete Leiterbahn 27 angeschlossen, beispiels­ weise angeschweißt oder angelötet, sind; was für den elektromechanischen Anschluß an eine Leiterbahn 27 in Fig. 1 durch die übertrieben darge­ stellte Schweißperle 31 zum Ausdruck gebracht ist. An den zum Boden­ rand 26 hin versetzten Bereich der jeweiligen Leiterbahn 27 ist ein weiterer L-förmig verlaufender Verbindungsleiter 20, 21 angeschlossen, dessen freier Schenkel 32 innerhalb des Sensorgehäuses 19 etwa parallel zur Achse 30 verläuft und auf die rückwärtige Gehäuseöffnung 32 weist.

Nach der Bestückung des Bodens 22 mit dem Detektor 12 und dem Anschluß der Leiter 20, 12 durch die Löcher 29 kann das mit den integrierten und diskreten elektrischen Schaltungen bestückte Hybrid-Gehäuse 21 auf die rückwärtige Bodenfläche 24 montiert werden. Aus der Hybridge­ häuse-Seitenwand 33 ragt ein elektrischer Anschluß 34 heraus, der ebenfalls L-förmig abgewinkelt verläuft und sich mit seinem freien Ende parallel zum freien Schenkel 35 des Verbindungsleiters 20, 21 dicht neben diesem erstreckt. Durch die noch nicht verschlossene rückwärtige Gehäuseöffnung 32 hindurch können also diese beiden Leiter 34/20, 21 miteinander elektromechanisch verbunden werden, wie wiederum durch eine Schweißperle 31 angedeutet, die die Stirnenden der Leiter 34/20, 21 überbrückt.

Nachdem so die einzelnen Komponenten des Sensors 11 im Gehäuse 19 mechanisch montiert, nach funktioneller Einzelprüfung elektrisch miteinander verschaltet und schließlich als System geprüft sind, kann das Gehäuse 19 rückwärtig durch einen Deckel 36 verschlossen werden, der beispielsweise (wie skizziert) dort eingeschraubt oder aber dort für endgültigen Verschluß hermetisch dicht aufgeschweißt wird.

Im Interesse der hermetischen Abdichtung des Detektorgehäuses 15 kann, wie in Fig. 1 berücksichtigt, vorgesehen sein, die den Detektor­ boden 22 durchquerenden Anschlußlöcher 29 mit Glasdurchführungen 37 auszustatten, in die die jeweiligen Leiter 20, 12 hermetisch einge­ gossen sind. Die hermetische Abdichtung des zwischen boden- und deckseitigen Keramikplatten 38 begrenzten Innenraumes 39 des Hybrid-Ge­ häuses 21 ist nicht gefährdet, da für dessen elektrischen Anschluß an den Detektor 12 ein Durchbohren der Keramikplatten 38 nicht er­ forderlich ist, weil dieser Anschluß über die seitlich herausgeführten Anschlußleiter 34 neben der Hybridgehäuse-Seitenwand 33 erfolgt und dann im Freiraum 40 über dem rückwärtigen freiligenden Randbereich der Boden-Oberfläche 24 leicht zugänglich erfolgt.

Wenn der Detektor 12, etwa zur Ermöglichung einer Ortsauflösung hinsichtlich empfangener Strahlungsenergie, mit mehreren Detektor­ elementen 13 ausgestattet ist, dann ist es in der Regel notwendig, zum Abgleich (nämlich zur Empfindlichkeits-Anpassung aneinander) die den einzelnen Detektorelementen 13 eingeprägten Vorströme individuell einzustellen. Innerhalb des Hybrid-Gehäuses 21 ausgeführte Schaltungs­ teile sind für einen solchen Vorstrom-Abgleich nicht zugänglich. Grundsätzlich wäre zwar eine Einschaltung entsprechender Abgleich- Widerstände in die Verläufe der Leiter 20 möglich, was aber kritisch in Hinblick auf die erforderliche mechanische Schockfestigkeit eines derartigen Aufbaues ist. Diese Probleme lassen sich jedoch sehr gut beherrschen, wenn die Abgleichwiderstände in die Ausnehmungen 25 des Detektorbodens 22, also in den Verlauf der Leiterbahnen 27, verlegt werden, wo eine mechanisch stabile Festlegung möglich ist. Insbesondere lassen sich in den Ausnehmungen 25 die Leiterbahnen 27 selbst aus Widerstandsmaterial ausbilden, so daß der Vorstrom-Abgleich unmittelbar am mit dem Detektor 12 bestückten Boden 22 durch eine Variation dieser Widerstände erfolgen kann, beispielsweise durch Abtragen von Material auf dem Isolierträger 28 im Wege des Laser-Trimmings.

Claims (8)

1. Strahlungs-Sensor (11) mit einem auf einen Detektorboden (22) montierten Detektorgehäuse (15) und seinen Detektorelementen (13) nachgeschalteten Schaltkreisen für die Detektorsignalverar­ beitung, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektorboden (22) dem Detektorgehäuse (15) gegenüber mit einem die Schaltkreise aufnehmenden Hybrid-Gehäuse (21) ausgestattet ist, welches über aus seiner Seitenwand (26) heraus­ tretende Anschlußleiter (34), über in den Detektorboden (22) eingelassene Leiterbahnen (27) und über den Detektorboden (22) durchquerende Leiter (20, 12) mit den Detektorelementen (13) verbunden ist.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (27) in Ausnehmungen (25) angeordnet sind, die auf der hybridseitigen Bodenoberfläche (24) vorgesehen sind und sich über den Bereich der Hybridgehäuse-Seitenwand (33) erstrecken.

3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (20, 12) durch den Detektorboden (22) durchquerende Anschlußlöcher (29) an die Leiterbahnen (27) geführt sind.

4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußlöcher (29) für die Leiter (20, 12) zu den Detektor­ elementen (13) sich durch den Detektorboden (22) und durch darin eingebettete Leiterbahnen (27) hindurch erstrecken.

5. Sensor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußlöcher (29) mittels Glasdurchführungen (37) mit eingeschmolzenen Leitern (20, 12) hermetisch abgedichtet sind.

6. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereiche des Seitenrandes (26) des Detektorbodens (22) auf den Leiterbahnen (27) Verbindungsleiter (20, 21) befestigt sind, deren freie Schenkel (35) in einem Freiraum (40) neben der Hybridgehäuse-Seitenwand (33) in Richtung auf eine rückwärtige Öffnung (32) des Sensorgehäuses (19) ragen und mit L-förmig abgewinkelten Enden von aus der Hybridgehäuse-Seitenwand (33) austretenden Anschlußleitern (34) verbunden sind.

7. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (27) auf Isolierträger (28) kaschiert sind, die in Ausnehmungen (25) in die hybridseitige Oberfläche (24) des Detektorbodens (22) eingesetzt sind.

8. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Detektorboden (22) im Zuge der Leiterbahnen (27) Abgleich- Widerstände für Detektorelemente (13) ausgebildet sind.