NL8303603A

NL8303603A - Infrarood ontvanger met gekoelde stralingsdetector.

Info

Publication number: NL8303603A
Application number: NL8303603A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1983-10-19
Filing date: 1983-10-19
Publication date: 1985-05-17
Also published as: EP0139335B1; DE3479156D1; CA1224856A; EP0139335A3; JPS60100725A; US4509342A; EP0139335A2; JPH0412817B2

Description

, f ......« EHN 10815 ] N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Infrarood ontvanger net gekoelde s tralingsdetector. ______

De uitvinding heeft betrekking op een infrarood ontvanger net een stralingsdetector die in koude uitwisselend kontakt staat met een koelcppervlak van een koeler door middel van een thermisch geleidende brug tussen het koeloppervlak en de stralingsdetector, waarbij een drager 5 voor de stralingsdetector een binnenwand vormt van een thermisch isolatie-vat.

Bij een békende infrarood ontvanger van de in de aanhef genoemde soort (uit het Amerikaanse octrooischrift nr. 3.999.403) wordt de thermisch geleidende brug tussen het koeloppervlak en de stralingsdetec-10 tor gevormd door een elastische balg die is opgebouwd uit een aantal metaallagen van al of niet verschillende soort. Deze me taallagen warden tijdens de fabricage van de brug galvanisch aangebracht op een balgvormige mal die naderhand wordt verwijderd. Een dergelijke brug is door de gecompliceerde wijze van vervaardigen relatief duur. Bovendien is 15 het verre van eenvoudig bij de toegepaste balgvarm een carprcmis te vinden tussen voldoende elasticiteit en voldoende thermisch geleidend vermogen van de balg. Een groot thermisch geleidend vermogen van de balg vraagt namelijk een wanddoorsnede die bij een balgvarm al relatief snel leidt tot een te grote stijfheid van de balg, waardoor onvoldoends ccm-2o pensatie kan warden geboden voor uitzettingsverschillen tussen de verschillende delen van de infrarood ontvanger.

De uitvinding heeft tot doel een infrarood ontvanger te verschaffen waarmee de genoemde bezwaren worden vermeden.

Een infrarood ontvanger volgens de uitvinding heeft daartoe tot 25 kenmerk dat de brug een in dwarsdoorsnede nagenoeg rechthoekige, elastische metalen keker bevat die is gevormd door een aantal wikkelingen van een metalen strook die nabij elk van zijn uiteinden is bevestigd tussen een binnen de keker en een buiten de keker gelegen montageplaat, waarbij van de buiten de keker gelegen montageplaten één montageplaat onder 30 veerkracht aanligt tegen de stralingsdetector terwijl de andere montageplaat onder veerkracht aanligt tegen het koelcppervlak.

Opgemerkt wordt dat in het Amerikaanse octrooischrift nr.

3.851.173 een infrarood ontvanger wordt beschreven met een S-vormige........

3 5 0 3 6 0 3 PHN 10815 2 *' t *· * metalen brug tussen het koeloppervlak en de stralingsdetector. De S-vorm heeft enerzijds als nadeel dat de afstand voor de koude geleiding tussen het koelqppervlak en de stralingsdetector relatief groot is, terwijl anderzijds door de sterke kromming van de S-vorm een relatief grote 5 stijfheid optreedt en bovendien een vlakke aanligging van de einddelen van de S-vormige brug tegen het koelqppervlak respectievelijk een in koude geleidend kontakt net de stralingsdetector staande plaat moeilijk gewaarborgd kan warden.

Ben bijzonder compacte uitvoering van een infrarood ontvanger 10 heeft tot kenmerk dat in de koker een schroefveer is qpgesteld die onder voorspanning aanligt tegen de beide binnen de koker gelegen montage-platen.

De uitvinding zal nader vrorden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin : 15 figuur 1 een langsdoorsnede toont van een voorkeursuitvoerings vorm van een infrarood ontvanger, figuur 2 een vergroot detail toont van de infrarood ontvanger volgens figuur 1, en figuur 3 een doorsnede toont langs de lijn III-III volgens 20 figuur 2.

De met figuur 1 geïllustreerde ontvanger bevat een koudgas-machine (cryogene koeler) met een cylindervormig huis 1 dat gevuld is met een gasvormig werkmedium zoals bijvoorbeeld helium. In het huis 1 bevindt zich een in de werkfrequentie van de koudgasmachine verplaats-25 bare zuiger 3, alsmede een in de werkfrequentie verplaatsbare vrije verdringer 5. De bewegingen van de zuiger 3 en de verdringer 5 zijn in fase verschoven ten opzichte van elkaar. Tussen het werkqppervlak 7 van de zuiger 3 en het werkqppervlak 9 van de verdringer 5 bevindt zich een kcmpressieruimte 11 van nagenoeg konstante relatief hoge tempera-30 tuür. Het bovenste werkoppervlak 13 van de verdringer 5 begrenst een expansieruimte 15 van nagenoeg konstante relatief lage temperatuur. De kctnpress ieruimte 11 en de expans ieruimte 13 vormen samen de werkruimte van de koudgasmachine. In de verdringer 5 bevindt zich een regenerator 17 die toegankelijk is voor het werkmedium via een boring 19 aan de 35 onderzijde en via een boring 21 en radiale kanalen 23 aan de bovenzijde.

De koudgasmachine bezit een vriezer 25 die dient als warmtewisselaar tussen het expanderende koude werkmedium en een stralingsdetector 26 die gevoelig is voor infraroodstraling. Een koeler 27 dient als warmtewisselaar 8303603 ¥ PHN 10815 3

* I

tussen het gekcnprimeerde hete werkmedium en een koelmedium. Tussen de zuiger 3 en het huis 1 zijn ringvormige afdichtingen 29 aangetracht, terwijl tussen de verdringer 5 en het huis 1 ringvormige afdichtingen 31 zijn aanc^bracht. De zuiger 3 wordt aangedreven door een lineaire elek-5 trische motor die een aan de zuiger bevestigde huls 33 bevat waarop een elektrische spoel 35 is aangebracht met aansluitingen 37. De spoel 35 is verplaatsbaar in een ringvormige spleet 39 tussen een weekijzeren ring 41 en een veekijzeren cylinder 43. Tussen de ring 41 en een weekijzeren schijf 45 bevindt zich een axiaal gepolariseerde permanente ringmagneet 10 47. De tot dusverre beschreven koudgasmachine is van een op zichzelf bekende soort (uit het Amerikaanse octrooischrift 3.991.585) waarvan de werking als bekend wordt verondersteld.

De stralingsdetector 26 van een op zichzelf bekende soort is aangebracht in het eindvlak van een stolpvonnige glazen drager 49 die 15 met een glas-metaal verbinding is bevestigd aan een metalen wanddeel 51 van de koudgasmachine. De drager 49 wordt omhuld door een stolpvormig metalen deksel 53 dat is voorzien van een ingangsvenster 55 voor infrarood straling. Hat deksel 53 bezit een ringvormige flens 57 die op een flens 59 van de koudgasmachine is bevestigd. Dit kan bijvoorbeeld door 20 middel van een schroefverbinding. In de ruimte 61 tussen de drager 49 en het deksel 53 heerst vacuum. De drager 49, het deksel 53 en de vacuumruimte 61 vormen dus samen een thermisch isolatie vat of zogenaamde Dewar. Tussen een koelcppervlak 63 van de vriezer 25 en de stralingsde-tectar 26 is een thermisch goed geleidende, elastische brug 65 opgesteld.

25 De brug 65 bezit een kckervormige dwarsdoorsnede van een nagenoeg rechthoekige vorm en wondt verkregan door het wikkelen van een mayi maal 30 jm dikke koperen strode op een wikkeldoom met een nagenoeg rechthoekige dwarsdoorsnede. In het onderhavige geval is het wikkelingen 10. De brug 65 bezit een bovenste eindwand 67 en een onderste eindwand 30 69 die zijn verbonden door zijwanden 71 en 73 (zie figuur 2). In de eindwanden 67 en 69 bevinden zich coaxiale openingen 75 en 77. De bovenste eindwand 67 is bevestigd tussen een binnen de koker 65 gelegen schijfvormige montageplaat 79 en een buiten de keker 65 gelegen schijf vormige montageplaat 81. De montageplaat 79 is voorzien van een uitsteeksel 35 83 dat past in de opening 75 van de bovenste eindwand 67 en een opening 85 in de montageplaat 81. Door middel van een las is het uitsteeksel 83 rondom vastgelast aan de montageplaat 81. De onderste eindwand 69 is bevestig! tussen een binnen de keker 65 gelegen schijf vormige montage- 8303603 * f PHN 10815 4 plaat 87 en een buiten de koker 65 gelegen schijfvormige montageplaat 89. De montageplaat 87 is voorzien van een uitsteeksel 91 dat past in de opening 77 van de onderste eindwand 69 en een opening 93 in de montageplaat 89. Door middel van een las is het uitsteeksel 91 rondom vast-5 gelast aan de montageplaat 89. De montageplaat 81 is met behulp van een warmtegeleidende pasta 95, zoals bijvoorbeeld siliconvet met zilver-poeder, thermisch verbonden met de stralingsdetector 26. De montageplaat 89 is metallisch, bijvoorbeeld door solderen, verbonden met het koel-oppervlak 63 van de vriezer 25. In de koker 65 bevindt zich een schroef-10 veer 97 (drukveer) die onder voorspanning aanligt tegen de montageplaten 79 en 87. De centrering van de schroef veer 97 geschiedt door middel van centreerranden 99 en 101 qp de montageplaat 79 en 87.

Doordat de glazen drager 49 thermisch is gekoppeld met wand-deel 51 (zie figuur 1) dat zich qp een temperatuur van bijvoorbeeld 15 300 K bevindt, terwijl het in de drager 49 reikende metalen deel van de koudgasmachine onderhevig is aan een temperatuurverschil van bijvoorbeeld 220° K, treden aanzienlijke uitzettingsverschillen op die gekarr penseerd worden door de elastische, buigzame brug/koker 65 en de schroef-veer 97. De koker 65 heeft als hoofdfunctie het geleiden van voldoende 20 koude langs het kortst mogelijke traject van het koeloppervlak 63 van de vriezer 25 naar de stralingsdetector 26. De zeer goede thermische geleidingscoëfficient van keper en de relatief grote dwarsdoorsnede van de koker 65 (zie figuur 3) waarborgen voldoende kcudetransport naar de stralingsdetector 26. Daarnaast heeft de koker 65 als nevenfunctie het 25 qpvangen van verschillen in uitzetting die resulteren in verandering van de afstand tussen het koeloppervlak 63 en de stralingsdetector 26.

Dit heeft onder andere als voordeel dat het thermisch isolatie vat (Dewar) dat wordt gevormd door de drager 49 en het deksel 53 niet aan extreem hoge tolerantie voorwaarden hoeft te voldoen. Hoewel de toepassing van 30 de schroefveer 97 niet essentieel is wordt toch bij voorkeur een dergelijke veer gebruikt era te voorkcraen dat verschillen in uitzetting niet meer kunnen worden opgevangen in hst geval dat de keker 65 era een of andere reden - zoals bijvoorbeeld onzorgvuldige behandeling bij de montage - plastisch vervormd zou worden. Qndat montage en demontage een 35 aantal keren voorkcraen vanwsge onderhoud van bijvoorbeeld de koudgasmachine is het genoemde gevaar van vervorming van de koker 65 niet uitgesloten. De gewikkelde structuur van de koker 65 biedt een relatief groot koudetransport over een zo kort mogelijke afstand bij voldoende 8303603 H3N 10815 5 V ___J» elasticiteit. Ben koker met eenzelfde dwarsdoorsnede uit één stuk zou te stijf zijn. Bovendien zorgt de vcarspaiming van de schrcef-veer 97 voor een goed thermisch kontakt tussen de koker 65 en de mon-tageplaten 81 en 89.

5 Opgemerkt wordt dat de schroefveer 97 ock tuiten de keker 65 kan warden opgesteld. De koker 65 bevindt zich in dat geval binnen de schroefveer 97. Hoewel de uitvinding beschreven is aan de hand van een kcudgasmachine net een door een lineaire motor aangedreven zuiger die coaxiaal is opgesteld ten opzichte van de verdringer is zij niet daartoe 10 beperkt. Zo kan bijvoorbeeld de zuiger aangedreven warden via een kruk-drij fs tangmechanisme. Ook kunnen de richtingen van de bewegingen van zuiger en verdringer een hoek van 90° met elkaar maken, zoals bijvoorbeeld getoond is in het Amerikaanse octrooischrift 3.849.652. Verder kan de expansieruimte zich bevinden in een cylinderconstructie die is 15 gescheiden van de cyliiderconstructie van de kenpressieruimte. Dit is mogelijk door toepassing van bijvoorbeeld een (buigzame) pijpverbinding tussen de kenpressieruimte en de regenerator respectievelijk expansieruimte.

20 25 30 35 3303203

Claims

1. Infrarood ontvanger met een stralingsdetector (26) die in koude uitwisselend kontakt staat met een koelqppervlak (63) van een koeler door middel van een thermisch geleidende honig (65) tussen het koeloppervlak (63) en de stralingsdetector (26), waarbij een drager (49) 5 voor de stralingsdetector (26) een binnenwand vormt van een thermisch isolatie vat (49, 53, 61), met het kenmerk, dat de brug (5) een in dwarsdoorsnede nagenoeg rechthoekige, elastische metalen koker (65) bevat die is gevormd door een aantal wikkelingen van een metalen strook die nabij elk van zijn uiteinden is bevestigd tussen een binnen de koker (65) en 10 een buiten de koker (65) gelegen montageplaat (79, 87, 81, 89), waarbij van de buiten de koker (65) gelegen montageplaten (81, 89) één montageplaat (81) onder veerkracht aanligt tegen de stralingsdetector (26) terwijl de andere montageplaat (89) onder veerkracht aanligt tegen het koelqppervlak (63).

2. Infrarood ontvanger volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in de koker (65) een schroefveer (97) is opgesteld die onder voorspanning aanligt tegen de beide binnen de koker (65) gelegen montageplaten (79, 87).

3. Infrarood ontvanger volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat 20 de binnen de koker (65) gelegen montageplaten (79 , 87) zijn voorzien van een centreerrand (99, 101) voor de schroefveer (97).

4. Infrarood ontvanger volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de metalen strook uit gewalst koper bestaat. 25 1 8303603 35