JP3680685B2

JP3680685B2 - Linear reciprocating cooling machine

Info

Publication number: JP3680685B2
Application number: JP2000065420A
Authority: JP
Inventors: 安部　　博文; 修西原
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: JP2001255034A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニア往復駆動型冷却機におけるピストン等を含む往復可動部を懸架する懸架ばねであるダイヤフラム型薄板ばねの長寿命化及び、リニア往復駆動型冷却機の低消費電力化を実現するための改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
海水温度を測定してエルニーニョ現象で代表される異常気象等の予測を行う地球の環境観測や、地表に露出した鉱物の種類を判定する資源探査等を行う人工衛星として地球観測衛星が良く知られている。
【０００３】
地球観測衛星には、地球の環境観測や資源探査を行うために、被観測体表面から発せられる微弱な熱放射を検出する赤外線検出器を搭載している。この赤外線検出器は、自身を熱雑音から守るために、観測時には自身を８０Ｋ（ケルビン）の極低温度状態に維持する必要がある。そのために、一般的には、リニア往復駆動型冷却機が用いられている。
【０００４】
一方、地球観測衛星は、例えば、高度約７００Kmで地球の両極上空を周期約１００min で通過する極軌道で飛行し、観測データを地球に送り続けている。また、地球観測衛星の観測幅は、衛星の種類にもよるが、軌道高度と種々の観測機器との兼ね合いから１００〜２００Kmと比較的狭いため、全地球表面を隈なく観測するに要する周回数は、２００回以上にも及び、日数としては１６日程度を必要としている。
【０００５】
地球観測衛星に搭載されている赤外線検出器による観測は、例えば、陸地の地表のみを観測し、海洋部では観測しない観測待機する場合や、海洋部のみを観測し、陸地の地表部では観測しない観測待機する場合等、種々のケースで運用されている。
【０００６】
従来、赤外線検出器による観測の時間も、観測待機の時間もリニア往復駆動型冷却機によって、観測時に必要な赤外線検出器自身を８０Ｋの極低温度状態に維持し続けていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来は、観測待機時においてもリニア往復駆動型冷却機によって、赤外線検出器を８０Ｋの極低温度状態に維持し続けていたため、リニア往復駆動冷却機におけるピストン等を含む往復可動部を懸架している懸架ばねであるダイヤフラム型薄板ばねが、略最大往復駆動ストローク量で駆動され続けることとなり、撓みストレスによりダイヤフラム型薄板ばねの長寿命化が損なわれ、且つリニア往復駆動型冷却機の消費電力が大きいと言う問題があった。
【０００８】
地球観測衛星に搭載されている赤外線検出器を冷却するリニア往復駆動型冷却機は、地上におけるリニア往復駆動型冷却機と異なり、保守ができず、損傷した部品の交換が不可能である。また、宇宙において使用できる電力には限りがある上、発生した熱の排熱がシステム全体に影響を及ぼす可能性がある。そのため、地球観測衛星に搭載のリニア往復駆動型冷却機の低消費電力化が望まれている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、地球観測衛星に搭載の赤外線検出器による観測時以外の観測待機時には、観測時の往復可動部の往復駆動ストローク量より小さくしたり、予め次の観測再開時間、即ち、観測待機時間が既知の場合には、待ち時間ロスが発生しない範囲内で、観測待機時間の長さに応じて往復可動部の往復駆動ストローク量を変えて、略最大往復駆動ストローク量で維持される８０Ｋの極低温度状態を維持しないように制御することとした。
【００１０】
具体的には、請求項１のリニア往復駆動型冷却機では、被観測体表面からの赤外線を検出する赤外線検出器を備え、往復可動部を往復駆動することにより赤外線検出器を冷却して所定の温度に維持するリニア往復駆動型冷却機において、赤外線観測時は、往復可動部の往復駆動部に指示して赤外線検出器を所定の温度に維持し、観測待機時は、往復可動部の往復駆動ストローク量を赤外線観測時より小さくすることを往復駆動部に指示する制御部を備えたことを特徴とするように構成されている。
【００１１】
このことにより、リニア往復駆動型冷却機におけるピストン等を含む往復可動部を懸架する懸架ばねであるダイヤフラム型薄板ばねの往復駆動ストローク量を、観測待機時において、従来より小さくする時間を設けるため、ダイヤフラム型薄板ばねの撓みストレスが、その分小さくなる。さらに、往復可動部を往復駆動するための電力が、その分小さくすることができる。
【００１２】
請求項２のリニア往復駆動型冷却機では、請求項１記載のリニア往復駆動型冷却機において、小さくする往復可動部の往復駆動ストローク量は、観測待機時の待機時間の長さに応じて変えることを特徴とするように構成されている。
【００１３】
このことにより、観測待機時間が判っている場合は、観測待機時の待機時間の長さに応じて、次の観測時に待ち時間ロスが発生しない範囲内で、リニア往復駆動型冷却機の往復可動部の往復駆動ストローク量を変える。即ち、待機時間が長い程、往復駆動ストローク量を小さくする。これにより、観測待機時における平均的往復駆動ストローク量がより小さくすることが可能となり、懸架ばねであるダイヤフラム型薄板ばねの撓みストレスをより小さくすることが可能となり、同時に、リニア往復駆動型冷却機の往復可動部の往復駆動のための電力もより小さくすることができ、同時に、次の観測のための待ち時間ロスの発生を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
初めに、実施形態１について説明する。図１は、本発明の実施形態１、２を説明するための全体構成図である。本発明のリニア往復駆動型冷却機は、ガスを圧縮する圧縮部と、圧縮部から吐出されたガスを膨張させる膨張部と、圧縮部と膨張部を組合せたものを制御する制御部より構成されており、これら３部が地球観測衛星に搭載され、地球上空を周回している。
【００１６】
圧縮部は、同一機構が左右対象に配置されている。また、圧縮部は密閉構造となっており、その空間にヘリュウムガス22が充填されている。そして、左右両ボイスコイルモータ30a 、30b の駆動コイル3a、3bに制御部からの駆動電流の通電に伴い、駆動コイル3a、3bと永久磁石2a、2bによる電磁力の作用により、駆動コイル3a、3b及びピストン1a、1bからなる両可動部が、各々２個の懸架ばね4 によって懸架されており、その中立位置を中心に懸架ばね4 を撓ませながら左右に往復駆動される。この時、両可動部は互いに接離するように逆向きに往復動し、両ピストン1a、1bの接離により圧縮空間6 の容積が増減変化し、この圧縮空間6 内に所定周期の圧力波が生じる。圧縮空間6 は、連結管7 を介して膨張部に連通している。
【００１７】
膨張部ではディスプレーサ8 が、圧縮部のピストン1a、1bと同一の駆動原理により、圧縮空間6 の圧力波と同じ周期で往復駆動され、その膨張空間でのヘリュウムガス22の膨張により寒冷が生じ、このディスプレーサ8 の往復動の繰返しにより冷却端17が極低温度に冷却される。
【００１８】
膨張部内のアクティブバランサー16は、ディスプレーサ8 の往復動による振動が膨張部の外部に出ないように、動的なバランスをとるために、ディスプレーサ8 と同一周期で、しかも、ディスプレーサ8 と逆向きに往復駆動させているものである。なお、その駆動部の駆動原理は、基本的にはボイスコイルモータとして同一であるが、他の駆動部と異なる点は、駆動コイル13と永久磁石12の配置が逆の関係となっていることと、懸架ばね11の形状が、他の往復可動部の懸架ばね4 と異なることである。
【００１９】
各往復可動部には、その位置を検出するための位置検出器5a、5b、14、15が設けられている。本実施例では、往復可動部側の電磁コアと検出部側のサーチコイルから成るＬＶＤＴ（直線性可変差動変換器）が用いられており、各往復可動部の位置を検出している。
【００２０】
また、各往復可動部は、各々２個の懸架ばね4 又は11によって懸架され、各往復動の動きを保証している。懸架ばね4 又は11は、本実施例では、薄板ばねを複数枚積層した、所謂、ダイヤフラム型薄板ばねから成っている。この懸架ばね4 又は11のさらに重要な機能は、各往復可動部の質量と懸架ばね4 又は11のばね定数と、圧縮部においては充填されているヘリュウムガス22によるガスばねのばね定数と、によって決まる固有振動数を決めていることである。各往復可動部を往復駆動する各ボイスコイルモータは、４２Hzの周期で駆動される。ここで、各往復可動部の固有振動数を駆動周期と同じ４２Hzとすると、完全な共振現象が発生して往復駆動制御が困難となる。そのため、本実施例においては、４個の各往復可動部の固有振動数を４２Hzより、一様に小さな値となるように各往復可動部の質量、各ばね定数が設定されている。懸架ばね4 又は11は、各往復可動部を往復駆動する各ボイスコイルモータが、各往復可動部の固有振動数に近い４２Hzの周期で駆動することによって、各往復可動部に共振現象が発生して、その駆動効率、即ち、駆動のための消費電力の低減を図ることができる、所謂、共振ばねとしての機能を担っている。したがって、この懸架ばね4 又は11のばね定数が、長期間の繰返し往復動によって変化しないことが求められる。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態１、２を説明するための制御ブロック図である。赤外線検出器による観測を行う場合は、地上から観測用極低温度指示を出し、観測を行わない観測待機時には、地上から観測待機用ストローク指示をリニア往復駆動型冷却機の制御部に出される。
【００２２】
観測用極低温度指示が出されると、４個の各往復駆動部の位置制御部が赤外線検出器19が８０Ｋ±０．２Ｋの極低温度になるように制御して各ドライバーによって各ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）30a 、30b 、31、32を駆動する。この時、各位置検出器5a、5b、14、15、からの出力を各位置制御部にフィードバックをかけている。また、温度センサー20の出力を温度センサー回路で受け、観測用極低温度指示にフィードバックをかけて、温度センサー20の出力が８０Ｋ±０．２Ｋに達すること、さらに、観測中は８０Ｋ±０．２Ｋを維持し続けるように極低温度維持制御される。
【００２３】
図３は、本発明の実施形態１、２を説明するための往復可動部ストローク量と赤外線検出器の安定温度の関係図である。
【００２４】
図４は、本発明の実施形態１、２を説明するための往復可動部ストローク量と赤外線検出器の安定温度に達するまでの時間関係図である。
【００２５】
観測終了後、観測待機用ストローク指示が出されると、観測用極低温度指示に基づく４個の各往復可動部の往復駆動ストローク量より小さなストローク量が、図３、図４を基に各位置制御部に指示される。この目的は、４個の各往復可動部を各々２個で懸架している懸架ばね4 又は11に加わる撓みストレスを緩和させるもので、これにより、前述の共振ばねの機能が維持され、その結果、リニア往復駆動型冷却機の長寿命化が図られ、さらに、往復駆動ストローク量を小さくすることにより往復駆動のための消費電力を低減させるためのものである。
【００２６】
観測用ストローク指示により、各往復可動部の往復駆動ストローク量が観測用極低温度指示時より小さくなることによって、赤外線検出器の温度は上昇するが、観測待機時であるため問題はない。
【００２７】
ここで、往復駆動ストローク量を零にして、懸架ばねの撓みストレスを零にする方法も考えられるが、この方法の場合、赤外線検出器の温度上昇が大きくなり、再び観測するに必要な極低温度にするまでに３０min 程度必要となり、クールダウンのための待ち時間ロスが大きくなり、観測待機時毎にこの方法をとることは得策ではない。
【００２８】
図５は、本発明の実施形態１、２を説明するためのクールダウン特性図である。再び観測用極低温度指示が出されると、図５に示すようなクールダウン特性で観測に必要な８０Ｋ±０．２Ｋの極低温度に冷却し、維持するように極低温度維持制御される。
【００２９】
次に、実施形態２について説明する。
【００３０】
実施形態２の目的は、観測待機時から観測再開までの観測待機時間が判っている場合に、観測再開時に赤外線検出器の温度が観測に必要な８０Ｋ±０．２Ｋの極低温度に達していない時に、観測再開までにクールダウンのための待ち時間ロスが発生してしまうことを防止することにある。
【００３１】
図６は、本発明の実施形態２を説明するための観測待機時間が判っている時の赤外線検出器の温度プログラムの一例を示す図である。
【００３２】
図６における例１、観測待機時から観測再開までの観測待機時間が６０min の場合について説明する。図４、各往復可動部のストローク量と赤外線検出器の安定温度に達するまでの時間関係図よりストローク量を選択して観測待機ストローク指示を出す。例えば、ストローク量 0-P１．０mmを選択した場合には、約３０min で約１２０Ｋの安定温度に達して、この温度を維持している。次に、図５より、約１２０Ｋの安定温度から観測に必要な８０Ｋ±０．２Ｋの極低温度に達するまでのクールダウン時間が判るため、観測待機の開始時間から約４０min 後に、予め観測用極低温度指示に切り換えることによって、次の観測のための待ち時間ロス発生を防止することができる。
【００３３】
図６における例２は、例１より観測待機時間が短い３５min の場合のプログラム例である。例１と異なる点は、例１より観測待機時間が短いため、図４から例１より早く安定温度に達するようなストローク量を選択する必要があることである。この場合、ストローク量 0-P２．５mmを選択し、安定温度の約９５Ｋに達すると同時に観測用極低温度指示に切り換えるようにしている。
【００３４】
このように、実施形態２では、観測待機時から観測再開までの観測待機時間が予め判っている場合には、本例のように観測待機時間の長さに応じて、往復可動部のストローク量を変えて対応することが重要である。
【００３５】
以上、本発明の実施形態１、２は、宇宙における地球観測衛星に搭載したリニア往復駆動型冷却機を例に説明したが、本発明は地上においても同様な効果を奏するものである。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、観測待機時には、各往復可動部のストローク量を、観測時の極低温度制御時より小さくするように制御するため、各往復可動部を懸架している懸架ばねであるダイヤフラム型薄板ばねの撓みストレスを小さくすることができる。そのために、疲労によるばね定数劣化を防止することが可能となり、共振ばねとしての機能が維持され、共振現象を活用した効率のよい往復駆動が継続可能となり、リニア往復駆動型冷却機の長寿命化が図られる。また、ストローク量を小さくすることができるため、駆動のための消費電力が低減できる。
【００３７】
さらに、観測待機時から観測再開までの観測待機時間が判っている場合には、観測待機時間の長さに応じて、往復可動部のストローク量を変えるために、きめ細かなストローク量指示が可能となり、観測待機時における平均往復可動部ストローク量がより小さくすることができ、リニア往復駆動型冷却機のより長寿命化が図られ、同時に、リニア往復駆動型冷却機の往復可動部の往復駆動のための電力もより小さくすることができ、同時に、次の観測のための待ち時間ロス発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１、２を説明するための全体構成図である。
【図２】本発明の実施形態１、２を説明するための制御ブロック図である。
【図３】本発明の実施形態１、２を説明するための往復可動部ストローク量と赤外線検出器の安定温度の関係図である。
【図４】本発明の実施形態１、２を説明するための往復可動部ストローク量と赤外線検出器の安定温度に達するまでの時間関係図である。
【図５】本発明の実施形態１、２を説明するためのクールダウン特性図である。
【図６】本発明の実施形態２を説明するための、観測待機時間が判っている時の赤外線検出器の温度プログラムの一例を示す図である。
【符号の説明】
1a、1b・・・・・・・・・・ピストン
2a、2b、9 、12・・・・・・永久磁石
3a、3b、10、13・・・・・・駆動コイル
4 、11・・・・・・・・・・懸架ばね
5a、5b、14、15・・・・・・位置検出器
6 ・・・・・・・・・・・・圧縮空間
7 ・・・・・・・・・・・・連結管
8 ・・・・・・・・・・・・ディスプレーサ
16・・・・・・・・・・・・アクティブバランサー
17・・・・・・・・・・・・冷却端
18・・・・・・・・・・・・伝熱部
19・・・・・・・・・・・・赤外線検出器
20・・・・・・・・・・・・温度センサー
21・・・・・・・・・・・・デュワー
22・・・・・・・・・・・・ヘリュウムガス
30a 、30b 、31、32・・・・ボイスコイルモータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention realizes a long life of a diaphragm-type thin plate spring, which is a suspension spring for suspending a reciprocating movable part including a piston or the like in a linear reciprocating cooler, and a reduction in power consumption of the linear reciprocating cooler. Regarding improvements.
[0002]
[Prior art]
Earth observation satellites are well known as artificial satellites that measure the earth's environment by measuring the temperature of seawater and predicting abnormal weather such as El Niño phenomena, and resource exploration to determine the type of mineral exposed on the surface of the earth. ing.
[0003]
The Earth observation satellite is equipped with an infrared detector that detects weak thermal radiation emitted from the surface of the object to be observed in order to observe the earth's environment and explore resources. In order to protect the infrared detector from thermal noise, it is necessary to maintain the infrared detector at an extremely low temperature of 80 K (Kelvin) at the time of observation. Therefore, a linear reciprocating drive type cooler is generally used.
[0004]
On the other hand, the Earth observation satellite, for example, flies in a polar orbit passing at an altitude of about 700 Km and above the Earth's two poles with a period of about 100 min, and continues to send observation data to the earth. The observation width of the Earth observation satellite depends on the type of satellite, but it is relatively narrow at 100 to 200 km due to the balance between the orbital altitude and various observation instruments. Is over 200 times and requires about 16 days.
[0005]
Observation using the infrared detector mounted on the Earth observation satellite, for example, when observing only the land surface and suspending observation in the ocean, or observing only the ocean and not on the land surface It is used in various cases such as when waiting for observation.
[0006]
Conventionally, the infrared detector itself, which is necessary for observation, has been maintained at an extremely low temperature state of 80K by the linear reciprocating cooler for both the observation time by the infrared detector and the observation standby time.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the infrared reciprocating drive cooler has been kept at an extremely low temperature of 80K in the past, even during the observation standby, so that the reciprocating motion including the pistons and the like in the linear reciprocating drive cooler is possible. The diaphragm-type thin leaf spring, which is a suspension spring that suspends the part, will continue to be driven with approximately the maximum reciprocating drive stroke amount, and the long life of the diaphragm-type thin leaf spring will be impaired by bending stress, and linear reciprocating drive type cooling There was a problem that the power consumption of the machine was large.
[0008]
Unlike the linear reciprocating drive type cooling device on the ground, the linear reciprocating type cooling device that cools the infrared detector mounted on the earth observation satellite cannot be maintained and the damaged parts cannot be replaced. In addition, the electric power that can be used in space is limited, and the exhaust heat of the generated heat may affect the entire system. For this reason, it is desired to reduce the power consumption of the linear reciprocating cooler mounted on the earth observation satellite.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention reduces the amount of reciprocating drive stroke of the reciprocating movable part during observation during observation standby other than during observation by the infrared detector mounted on the earth observation satellite, When the resumption time, that is, the observation waiting time is known, the reciprocating drive stroke amount of the reciprocating movable part is changed according to the length of the observation waiting time within the range in which the waiting time loss does not occur, and approximately the maximum reciprocating driving. Control was performed so as not to maintain the extremely low temperature state of 80K maintained by the stroke amount.
[0010]
Specifically, the linear reciprocating drive type cooler according to claim 1 includes an infrared detector that detects infrared rays from the surface of the object to be observed, and the infrared detector is cooled by reciprocating the reciprocating movable part to be predetermined. In the linear reciprocating cooler that maintains the temperature, the infrared reciprocating unit of the reciprocating movable unit is instructed to maintain the infrared detector at a predetermined temperature during infrared observation, and the reciprocating movable unit reciprocates during standby. It is configured to include a control unit that instructs the reciprocating drive unit to make the drive stroke amount smaller than that during infrared observation.
[0011]
By this, in order to provide a time for making the reciprocating drive stroke amount of the diaphragm type thin plate spring, which is a suspension spring that suspends the reciprocating movable part including the piston or the like, in the linear reciprocating drive type cooler smaller than before in the observation standby, The bending stress of the diaphragm type thin leaf spring is reduced accordingly. Furthermore, the power for reciprocating the reciprocating movable part can be reduced accordingly.
[0012]
The linear reciprocating cooler according to claim 2 is the linear reciprocating cooler according to claim 1, wherein the reciprocating drive stroke amount of the reciprocating movable portion to be reduced is changed according to the length of the standby time during observation standby. It is comprised so that it may be characterized.
[0013]
As a result, when the observation standby time is known, the linear reciprocating cooler can be reciprocated within the range where no waiting time loss occurs during the next observation, depending on the length of the standby time during observation standby. Change the amount of reciprocating drive stroke. That is, the longer the standby time, the smaller the reciprocating drive stroke amount. This makes it possible to reduce the average reciprocating drive stroke amount during standby for observation, further reducing the bending stress of the diaphragm-type thin plate spring that is a suspension spring, and at the same time, a linear reciprocating drive type cooling machine. The electric power for reciprocating driving of the reciprocating movable part can be made smaller, and at the same time, it is possible to prevent occurrence of a waiting time loss for the next observation.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described.
[0015]
First, the first embodiment will be described. FIG. 1 is an overall configuration diagram for explaining Embodiments 1 and 2 of the present invention. The linear reciprocating drive type cooling machine of the present invention includes a compression unit that compresses a gas, an expansion unit that expands gas discharged from the compression unit, and a control unit that controls a combination of the compression unit and the expansion unit. These three parts are mounted on the earth observation satellite and orbit the earth.
[0016]
The compression mechanism has the same mechanism arranged on the left and right sides. The compression part has a sealed structure, and the space is filled with helium gas 22. As the drive coils 3a and 3b of the left and right voice coil motors 30a and 30b are energized with a drive current from the control unit, the drive coils 3a and 3b and the drive coils 3a and 3b are caused by the action of electromagnetic force generated by the drive coils 3a and 3b and the permanent magnets 2a and 2b. Both movable parts composed of 3b and pistons 1a and 1b are suspended by two suspension springs 4, and are reciprocated to the left and right while bending the suspension spring 4 around its neutral position. At this time, both movable parts reciprocate in opposite directions so as to be in contact with and away from each other, and the volume of the compression space 6 increases and decreases due to the contact and separation of both pistons 1a and 1b. Occurs. The compression space 6 communicates with the expansion portion via the connecting pipe 7.
[0017]
In the expansion part, the displacer 8 is driven to reciprocate at the same cycle as the pressure wave in the compression space 6 by the same driving principle as the pistons 1a and 1b of the compression part, and cold occurs due to the expansion of the helium gas 22 in the expansion space, The cooling end 17 is cooled to an extremely low temperature by repeating the reciprocating motion of the displacer 8.
[0018]
The active balancer 16 in the expansion section has the same period as the displacer 8 and in the opposite direction to the displacer 8 in order to achieve a dynamic balance so that vibration due to the reciprocating movement of the displacer 8 does not come out of the expansion section. It is driven reciprocally. The drive principle of the drive unit is basically the same as that of the voice coil motor, but the difference between the drive unit and other drive units is that the arrangement of the drive coil 13 and the permanent magnet 12 is reversed. The shape of the suspension spring 11 is different from the suspension spring 4 of the other reciprocating movable part.
[0019]
Each reciprocating movable portion is provided with position detectors 5a, 5b, 14, and 15 for detecting the position thereof. In this embodiment, an LVDT (linearity variable differential converter) comprising an electromagnetic core on the reciprocating movable part side and a search coil on the detecting part side is used, and the position of each reciprocating movable part is detected.
[0020]
Further, each reciprocating movable part is suspended by two suspension springs 4 or 11, respectively, to guarantee the movement of each reciprocating motion. In this embodiment, the suspension spring 4 or 11 is a so-called diaphragm-type thin plate spring in which a plurality of thin plate springs are stacked. Further important functions of this suspension spring 4 or 11 are due to the mass of each reciprocating movable part, the spring constant of the suspension spring 4 or 11, and the spring constant of the gas spring with helium gas 22 filled in the compression part. It is to determine the natural frequency to be determined. Each voice coil motor that reciprocates each reciprocating movable unit is driven at a period of 42 Hz. Here, if the natural frequency of each reciprocating movable part is set to 42 Hz, which is the same as the driving cycle, a complete resonance phenomenon occurs and it becomes difficult to perform reciprocating drive control. Therefore, in this embodiment, the mass of each reciprocating movable part and each spring constant are set so that the natural frequency of each of the four reciprocating movable parts is a value that is uniformly smaller than 42 Hz. The suspension spring 4 or 11 has a resonance phenomenon that occurs in each reciprocating movable portion when each voice coil motor that reciprocally drives each reciprocating movable portion is driven at a period of 42 Hz close to the natural frequency of each reciprocating movable portion. Thus, it has a function as a so-called resonance spring that can reduce the driving efficiency, that is, the power consumption for driving. Therefore, it is required that the spring constant of the suspension spring 4 or 11 does not change due to repeated reciprocation over a long period.
[0021]
FIG. 2 is a control block diagram for explaining the first and second embodiments of the present invention. When observing with an infrared detector, an extremely low temperature instruction for observation is issued from the ground, and an observation standby stroke instruction is issued from the ground to the control unit of the linear reciprocating cooler when observation is not performed.
[0022]
When the observation extremely low temperature instruction is issued, the position control unit of each of the four reciprocating drive units controls the infrared detector 19 so that the temperature becomes an extremely low temperature of 80K ± 0.2K, and each driver controls each VCM ( (Voice coil motor) 30a, 30b, 31, 32 are driven. At this time, the output from each position detector 5a, 5b, 14, 15 is fed back to each position control unit. In addition, the output of the temperature sensor 20 is received by the temperature sensor circuit, the feedback of the observation extremely low temperature instruction is fed back, the output of the temperature sensor 20 reaches 80K ± 0.2K, and further 80K ± 0. Extremely low temperature maintenance control is performed so as to continue to maintain 2K.
[0023]
FIG. 3 is a relationship diagram between the stroke amount of the reciprocating movable part and the stable temperature of the infrared detector for explaining the first and second embodiments of the present invention.
[0024]
FIG. 4 is a time relationship diagram for reaching the stable temperature of the infrared detector and the amount of stroke of the reciprocating movable part for explaining the first and second embodiments of the present invention.
[0025]
When an observation standby stroke instruction is issued after the observation is completed, a stroke amount smaller than the reciprocating drive stroke amount of each of the four reciprocating movable parts based on the observation extremely low temperature instruction is set at each position based on FIGS. Instructed by the controller. The purpose of this is to relieve the bending stress applied to the suspension springs 4 or 11 in which each of the four reciprocating movable parts is suspended by two, thereby maintaining the function of the above-described resonance spring. This is intended to extend the life of the linear reciprocating cooler and further reduce the power consumption for reciprocating driving by reducing the reciprocating driving stroke amount.
[0026]
By the observation stroke instruction, the reciprocating drive stroke amount of each reciprocating movable portion becomes smaller than that at the time of observation extremely low temperature instruction, so that the temperature of the infrared detector rises, but there is no problem because it is in observation standby.
[0027]
Here, a method is also conceivable in which the reciprocating drive stroke amount is set to zero and the bending stress of the suspension spring is set to zero. However, in this method, the temperature rise of the infrared detector becomes large, and the extremely low level necessary for observation again. It takes about 30 minutes to reach the temperature, and the waiting time loss for cool-down increases, so it is not a good idea to take this method every observation standby time.
[0028]
FIG. 5 is a cool-down characteristic diagram for explaining the first and second embodiments of the present invention. When an observation extremely low temperature instruction is issued again, the extremely low temperature maintenance control is performed so that the cool down characteristic shown in FIG. 5 cools and maintains the extremely low temperature of 80 K ± 0.2 K necessary for the observation. .
[0029]
Next, Embodiment 2 will be described.
[0030]
The purpose of Embodiment 2 is that when the observation standby time from the observation standby to the observation restart is known, the temperature of the infrared detector has reached the extremely low temperature of 80K ± 0.2K necessary for the observation when the observation is restarted. This is to prevent a waiting time loss due to cooldown before the observation is resumed.
[0031]
FIG. 6 is a diagram showing an example of a temperature program of the infrared detector when the observation standby time for explaining the second embodiment of the present invention is known.
[0032]
An example in FIG. 6, the case where the observation standby time from the observation standby to the observation restart is 60 min will be described. 4. Select the stroke amount from the stroke relationship of each reciprocating movable part and the time relationship until reaching the stable temperature of the infrared detector, and issue an observation standby stroke instruction. For example, when a stroke amount of 0-P1.0 mm is selected, the temperature reaches a stable temperature of about 120 K in about 30 minutes, and this temperature is maintained. Next, as shown in FIG. 5, the cool-down time from the stable temperature of about 120K to the extremely low temperature of 80K ± 0.2K necessary for observation is known. By switching to the extremely low temperature instruction, it is possible to prevent a waiting time loss for the next observation.
[0033]
Example 2 in FIG. 6 is a program example in the case where the observation standby time is 35 min shorter than that in Example 1. The difference from Example 1 is that since the observation standby time is shorter than Example 1, it is necessary to select a stroke amount that reaches the stable temperature earlier than Example 1 from FIG. In this case, a stroke amount of 0-P2.5 mm is selected, and at the same time when the stable temperature reaches about 95K, switching to the observation extremely low temperature instruction is performed.
[0034]
As described above, in the second embodiment, when the observation standby time from the observation standby to the observation resumption is known in advance, the stroke amount of the reciprocating movable unit according to the length of the observation standby time as in this example. It is important to respond by changing
[0035]
As mentioned above, Embodiment 1 and 2 of this invention demonstrated the linear reciprocating drive type cooler mounted in the earth observation satellite in the universe, but this invention has the same effect also on the ground.
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention, at the time of observation standby, the diaphragm is a suspension spring that suspends each reciprocating movable part so as to control the stroke amount of each reciprocating movable part to be smaller than that at the time of extremely low temperature control during observation. The bending stress of the mold thin plate spring can be reduced. For this reason, it is possible to prevent deterioration of the spring constant due to fatigue, maintain the function as a resonance spring, continue efficient reciprocating drive utilizing the resonance phenomenon, and extend the life of the linear reciprocating cooler Is planned. Further, since the stroke amount can be reduced, the power consumption for driving can be reduced.
[0037]
Furthermore, when the observation standby time from the observation standby to the observation restart is known, the stroke amount of the reciprocating movable part can be changed in accordance with the length of the observation standby time, so a detailed stroke amount instruction is possible. The average reciprocating movable part stroke amount during standby for observation can be further reduced, and the life of the linear reciprocating drive type cooling machine can be extended. Therefore, it is possible to reduce the power required for the observation, and at the same time, it is possible to prevent the occurrence of a waiting time loss for the next observation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram for explaining first and second embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a control block diagram for explaining the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 3 is a relationship diagram between a stroke amount of a reciprocating movable portion and a stable temperature of an infrared detector for explaining the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 4 is a time relationship diagram for reaching the stable temperature of the infrared detector and the amount of stroke of the reciprocating movable part for explaining the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 5 is a cool-down characteristic diagram for explaining the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a temperature program of an infrared detector when an observation standby time is known for explaining the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1a, 1b ... Piston
2a, 2b, 9, 12, ... Permanent magnet
3a, 3b, 10, 13 ... ・ Drive coil
4, 11 ......... Suspension spring
5a, 5b, 14, 15 ... Position detector
6 ・・・・・・・・・・・ Compression space
7 ・・・・・・・・・・・・ Connecting pipe
8 ・・・・・・・・・・・・ Displacer
16 ・・・・・・・・・・・ Active balancer
17 ..... Cooling end
18 ・・・・・・・・・・・ Heat transfer section
19 ・・・・・・・・・・・ Infrared detector
20 ... Temperature sensor
21 ・・・・・・・・・・・ Dewar
22 ・・・・・・・・・・ Helium gas
30a, 30b, 31, 32 ... Voice coil motor

Claims

In a linear reciprocating drive type cooler that includes an infrared detector that detects infrared rays from the surface of an object to be observed, and that cools the infrared detector by reciprocating the reciprocating movable part to maintain a predetermined temperature,
During infrared observation, the reciprocating drive unit of the reciprocating movable unit is instructed to maintain the infrared detector at a predetermined temperature, and during observation standby, the reciprocating drive stroke amount of the reciprocating movable unit is the length of standby time during observation standby. Accordingly, a linear reciprocating drive type cooler comprising a control unit that instructs the reciprocating drive unit to change smaller than that during infrared observation.