RU2204812C1 - Infrared radiation detector - Google Patents

Infrared radiation detector Download PDF

Info

Publication number
RU2204812C1
RU2204812C1 RU2001125404/28A RU2001125404A RU2204812C1 RU 2204812 C1 RU2204812 C1 RU 2204812C1 RU 2001125404/28 A RU2001125404/28 A RU 2001125404/28A RU 2001125404 A RU2001125404 A RU 2001125404A RU 2204812 C1 RU2204812 C1 RU 2204812C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
crystal
filled
cryostat
inner inlet
Prior art date
Application number
RU2001125404/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
пунов С.И. Л
С.И. Ляпунов
Н.В. Комаров
Н.С. Кузнецов
А.Н. Мануильский
В.С. Крашенинников
М.Ф. Биденко
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Матричные технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Матричные технологии" filed Critical Закрытое акционерное общество "Матричные технологии"
Priority to RU2001125404/28A priority Critical patent/RU2204812C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2204812C1 publication Critical patent/RU2204812C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

FIELD: photosensitive equipment designed to detect thermal radiation, cooled semiconductor infrared radiation detectors, in particular. SUBSTANCE: infrared radiation detector includes cryostat in the form of vacuumed Dewar flask anchored in frame and provided with outer and inner inlet windows and gas cryogenic machine which refrigerating finger is located in hole of flange linked to frame and is mounted inside cryostat in space filled with dehumidified gas. Crystal with photosensitive elements is located in gas-filled space and is mounted in close proximity to cold finger. In specific cases of implementation of detector space around cold finger can be additionally filled with heat-insulation material and crystal with photosensitive elements can be anchored on inner inlet window of Dewar flask or on heat-insulation material. Diaphragm put on inner inlet window can be positioned between outer and inner inlet windows of vacuumed Dewar flask. EFFECT: improved photoelectric parameters of detector thanks to reduced vibration and suppression of electromagnetic induction. 5 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к фоточувствительным приборам, предназначенным для обнаружения теплового излучения, в частности к охлаждаемым полупроводниковым приемникам инфракрасного (ИК) излучения. The present invention relates to photosensitive devices designed to detect thermal radiation, in particular to cooled semiconductor infrared (IR) radiation detectors.

Известен приемник ИК излучения, содержащий вакуумированный криостат (сосуд Дьюара) и газовую криогенную машину (ГКМ), причем внутренний цилиндр криостата используется как держатель кристалла с фоточувствительными элементами (ФЧЭ) и одновременно служит как холодный палец ГКМ (так называемая интегральная стыковка криостата и ГКМ) (см. з. ЕР 0339836 А2, МПК 4 F 25 В 9/00, 1989 г.). При этом обеспечивается хорошая теплоизоляция между охлаждаемым внутренним цилиндром и внешней стенкой криостата за счет наличия между ними вакуумированной полости, однако, поскольку криостат выполняется металлическим, со временем из-за дегазации и натекания вакуум ухудшается, что приводит к выходу из строя всего прибора. Кроме того, такая конструкция подвержена влиянию вибрации и электромагнитных наводок, которые передаются по холодному пальцу при работе ГКМ и могут существенно ухудшить выходные параметры приемника. A known infrared radiation receiver containing a vacuum cryostat (Dewar vessel) and a gas cryogenic machine (GCM), the inner cylinder of the cryostat is used as a crystal holder with photosensitive elements (PSE) and at the same time serves as a cold finger GKM (the so-called integrated docking of the cryostat and GKM) (see З. EP 0339836 A2, IPC 4 F 25 B 9/00, 1989). This ensures good thermal insulation between the cooled inner cylinder and the outer wall of the cryostat due to the presence of a vacuum cavity between them, however, since the cryostat is made of metal, the vacuum deteriorates over time due to degassing and leakage, which leads to failure of the entire device. In addition, this design is subject to the influence of vibration and electromagnetic interference, which are transmitted through the cold finger during the operation of the gas compressor and can significantly degrade the output parameters of the receiver.

Известен приемник ИК излучения, содержащий закрепленный в оправе вакуумированный сосуд Дьюара, снабженный входными окнами, напротив которых на охлаждаемом держателе расположен кристалл с фоточувствительными элементами, и диафрагму, а герметичная полость, образованная держателем, сосудом Дьюара и оправой, заполнена осушенным газом (см. свид. на полезную модель РФ 14666, МКИ 7 G 01 J 5/02). Такая конструкция обеспечивает более высокую надежность прибора, однако не устраняет вибрации и электромагнитные наводки. Кроме того, при охлаждении прибора ГКМ часть мощности непроизводительно расходуется на охлаждение держателя. A known infrared radiation receiver containing a vacuum-mounted Dewar vessel fixed in a frame is provided with entrance windows, opposite which there is a crystal with photosensitive elements and a diaphragm on the cooled holder, and the sealed cavity formed by the holder, Dewar vessel and the frame is filled with dried gas (see certificate on utility model of the Russian Federation 14666, MKI 7 G 01 J 5/02). This design provides higher reliability of the device, but does not eliminate vibration and electromagnetic interference. In addition, when cooling the GKM device, part of the power is unproductively spent on cooling the holder.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение фотоэлектрических параметров приемника за счет уменьшения вибрации и устранения электромагнитных наводок. The technical result of the invention is to improve the photoelectric parameters of the receiver by reducing vibration and eliminating electromagnetic interference.

Указанный технический результат достигается тем, что в приемнике ИК излучения, содержащем криостат, выполненный в виде закрепленного в оправе и снабженного внешним и внутренним входными окнами вакуумированного сосуда Дьюара, и газовую криогенную машину, холодный палец которой размещен в отверстии фланца, присоединенного к оправе, и установлен внутри криостата в полости, заполненной осушенным газом, причем кристалл с фоточувствительными элементами расположен в газонаполненной полости и установлен в непосредственной близости от холодного пальца. В частных случаях выполнения полость вокруг холодного пальца может быть дополнительно заполнена теплоизоляционным материалом, а кристалл с фоточувствительными элементами закреплен на внутреннем входном окне сосуда Дьюара или на теплоизоляционном материале. Между внешним и внутренним входными окнами вакуумированного сосуда Дьюара может быть расположена диафрагма, установленная на внутреннем входном окне. The specified technical result is achieved by the fact that in the infrared radiation receiver containing a cryostat, made in the form of a vacuum mounted Dewar vessel fixed in a frame and provided with external and internal input windows, and a gas cryogenic machine, the cold finger of which is placed in the hole of the flange attached to the frame, and mounted inside a cryostat in a cavity filled with dried gas, the crystal with photosensitive elements located in a gas-filled cavity and installed in the immediate vicinity of the cold th finger. In particular cases of execution, the cavity around the cold finger can be additionally filled with heat-insulating material, and a crystal with photosensitive elements is mounted on the internal input window of the Dewar vessel or on heat-insulating material. Between the outer and inner entrance windows of a dewar vessel, a diaphragm may be located mounted on the inner entrance window.

Кристалл с ФЧЭ расположен в газонаполненной полости, установлен в непосредственной близости от холодного пальца и при этом не связан с ним ни механически, ни электрически как в случае закрепления его на внутреннем входном окне сосуда Дьюара, так и при закреплении на теплоизоляционном материале, что из-за наличия массивного фланца практически полностью исключает вибрационное и электромагнитное воздействие при работе ГКМ. A crystal with an PSE is located in a gas-filled cavity, installed in the immediate vicinity of a cold finger, and is neither mechanically nor electrically connected to it either when it is fixed on the internal entrance window of a Dewar vessel or when it is mounted on a heat-insulating material, which due to the presence of a massive flange, it almost completely eliminates the vibration and electromagnetic effects during the operation of the gas condensate field.

Заполнение полости вокруг держателя теплоизолирующим материалом, например пористой стеклокерамикой, подавляет конвективный теплообмен, что способствует снижению теплопритока к охлаждаемым элементам конструкции и уменьшению времени выхода на режим криостатирования. Filling the cavity around the holder with insulating material, such as porous glass ceramics, suppresses convective heat transfer, which helps to reduce heat gain to the cooled structural elements and reduce the time it takes to enter the cryostat mode.

Расположение диафрагмы между входными окнами сосуда Дьюара в вакуумированном объеме делает возможным размещение внутреннего входного окна в непосредственной близости от кристалла с ФЧЭ, что позволяет уменьшить газонаполненный объем и длину внутренней стенки сосуда Дьюара, охлаждаемой до температуры криостатирования. При этом уменьшается охлаждаемая масса, нагрузка на охлаждающую систему и в конечном счете время выхода на заданный режим охлаждения. The location of the diaphragm between the entrance windows of the Dewar vessel in the evacuated volume makes it possible to place the internal entrance window in the immediate vicinity of the crystal with PSE, which allows to reduce the gas-filled volume and the length of the inner wall of the Dewar vessel, cooled to the cryostat temperature. This reduces the cooled mass, the load on the cooling system and, ultimately, the time to reach the specified cooling mode.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на фиг. 1 представлена схема заявленного устройства, в которой кристалл с ФЧЭ закреплен на внутреннем входном окне сосуда Дьюара, на фиг.2 - установлен на теплоизоляционном материале. The essence of the invention is illustrated by drawings, in FIG. 1 is a diagram of the claimed device, in which a crystal with PSE is mounted on the inner input window of a Dewar vessel, and FIG. 2 is mounted on a thermal insulation material.

Приемник ИК излучения состоит из закрепленного в оправе 1 вакуумированного сосуда Дьюара 2, снабженного наружным и внутренним входными окнами 3 и 4 соответственно. К оправе 1 присоединен фланец 5, в отверстии которого размещен холодный палец 6 газовой криогенной машины 7, полость вокруг которого внутри криостата заполнена осушенным газом. В частных случаях выполнения полость может быть дополнительно заполнена теплоизоляционным материалом 8. Кристалл с ФЧЭ 9 расположен в газонаполненной полости, установлен в непосредственной близости от холодного пальца и закреплен на внутреннем входном окне 4 сосуда Дьюара (см. фиг.1) или на теплоизоляционном материале (см. фиг. 2). Кроме того, между внешним и внутренним входными окнами вакуумированного сосуда Дьюара может быть расположена диафрагма 10, установленная на внутреннем входном окне 4. The IR radiation receiver consists of a Dewar vessel 2 fixed in a frame 1 and provided with an external and an internal input window 3 and 4, respectively. A flange 5 is attached to the frame 1, in the opening of which there is a cold finger 6 of the gas cryogenic machine 7, the cavity around which inside the cryostat is filled with dried gas. In special cases, the cavity can be additionally filled with heat-insulating material 8. A crystal with PSE 9 is located in a gas-filled cavity, is installed in the immediate vicinity of a cold finger and is mounted on the inner entrance window 4 of the Dewar vessel (see Fig. 1) or on a heat-insulating material ( see Fig. 2). In addition, between the outer and inner entrance windows of a dewar vessel, a diaphragm 10 may be located mounted on the inner entrance window 4.

В процессе работы прибора происходит охлаждение до криогенных температур кристалла газовой криогенной машиной. При этом из-за движения поршня-вытеснителя в тонкостенном холодном пальце и работы электропривода компрессора в известных устройствах на кристалл через палец передаются вибрации и электромагнитные наводки, которые ухудшают фотоэлектрические параметры прибора. В предложенной конструкции кристалл с ФЧЭ не связан ни механически, ни электрически с холодным пальцем из-за наличия массивного фланца, который устраняет нежелательное воздействие от работы ГКМ и тем самым улучшает выходные характеристики приемника. During operation of the device, the crystal is cooled to cryogenic temperatures by a gas cryogenic machine. In this case, due to the movement of the displacing piston in the thin-walled cold finger and the operation of the compressor electric drive in known devices, vibrations and electromagnetic pickups are transmitted through the finger to the crystal through the finger, which degrade the photoelectric parameters of the device. In the proposed design, the crystal with the PSE is not connected either mechanically or electrically with a cold finger due to the presence of a massive flange, which eliminates the unwanted effect from the operation of the gas condensate field and thereby improves the output characteristics of the receiver.

При использовании в конструкции теплоизоляционного материала произойдет снижение теплопритока к охлаждаемым элементам, так как в этом случае он будет обусловлен не конвективным теплопереносом, а теплопроводностью системы осушенный газ - теплоизоляционный материал, которая определяется в основном теплопроводностью осушенного газа. Поэтому будет получен выигрыш во времени выхода на требуемый температурный режим. When used in the construction of a heat-insulating material, there will be a decrease in heat inflow to the cooled elements, since in this case it will be determined not by convective heat transfer, but by the thermal conductivity of the drained gas - heat-insulating material system, which is determined mainly by the thermal conductivity of the dried gas. Therefore, a gain will be obtained in the time required to reach the required temperature regime.

Предложенная конструкция разработана для приемников ИК излучения с матрицами ФЧЭ из силицида платины. Стеклянный сосуд Дьюара с сапфировыми окнами герметично приварен к металлической оправе, которая также герметично присоединена к фланцу. Холодный палец ГКМ ⌀ 6 мм и толщиной стенки ~ 0,1 мм установлен в отверстии фланца толщиной ~ 2 мм, причем это соединение может быть выполнено через упругий элемент, например сильфон. Кристалл с матрицей ФЧЭ приклеен к внутреннему окну сосуда Дьюара. Сосуд Дьюара вакуумирован до 10-6 мм рт. ст., а расстояние между кристаллом и холодным пальцем составляет ~ 1 мм, что обусловлено в основном технологическими возможностями. Герметичная полость вокруг холодного пальца заполнена осушенным азотом и пористой (~ 95 %) стеклокерамикой, например, марки ТЗМК. Размещение кристалла на теплоизоляционном материале может осуществляться как непосредственно приклеиванием на него, так и через шайбы или другие крепежные детали, удобные для сборки или юстировки прибора.The proposed design was developed for infrared detectors with PSE matrices made of platinum silicide. A glass Dewar vessel with sapphire windows is hermetically welded to a metal frame, which is also hermetically attached to the flange. GKM cold finger ⌀ 6 mm and a wall thickness of ~ 0.1 mm is installed in the hole of the flange with a thickness of ~ 2 mm, and this connection can be made through an elastic element, such as a bellows. A crystal with a PSE matrix is glued to the inner window of a Dewar vessel. The Dewar vessel is evacuated to 10 -6 mm RT. Art., and the distance between the crystal and the cold finger is ~ 1 mm, which is mainly due to technological capabilities. The tight cavity around the cold finger is filled with dried nitrogen and porous (~ 95%) glass ceramics, for example, TZMK brand. Placement of the crystal on the heat-insulating material can be carried out either directly by gluing to it, or through washers or other fasteners convenient for assembly or adjustment of the device.

Claims (5)

1. Приемник ИК излучения, содержащий криостат, выполненный в виде закрепленного в оправе и снабженного внешним и внутренним входными окнами вакуумированного сосуда Дьюара, и газовую криогенную машину, холодный палец которой размещен в отверстии фланца, присоединенного к оправе, и установлен внутри криостата в полости, заполненной осушенным газом, причем кристалл с фоточувствительными элементами расположен в газонаполненной полости и установлен в непосредственной близости от холодного пальца. 1. The IR radiation receiver containing a cryostat, made in the form of a vacuum mounted Dewar vessel fixed in a frame and equipped with external and internal entrance windows, and a gas cryogenic machine, the cold finger of which is placed in the hole of the flange attached to the frame, and is installed inside the cryostat in the cavity, filled with dried gas, and a crystal with photosensitive elements is located in a gas-filled cavity and is installed in the immediate vicinity of a cold finger. 2. Приемник ИК излучения по п. 1, в котором кристалл с фоточувствительными элементами закреплен на внутреннем входном окне сосуда Дьюара. 2. The infrared radiation receiver according to claim 1, wherein the crystal with photosensitive elements is mounted on the inner input window of the Dewar vessel. 3. Приемник ИК излучения по п. 1 или 2, в котором полость дополнительно заполнена теплоизоляционным материалом. 3. The IR radiation receiver according to claim 1 or 2, in which the cavity is additionally filled with insulating material. 4. Приемник ИК излучения по п. 1, в котором полость дополнительно заполнена теплоизоляционным материалом, на котором закреплен кристалл с фоточувствительными элементами. 4. The IR radiation receiver according to claim 1, wherein the cavity is additionally filled with heat-insulating material, on which a crystal with photosensitive elements is fixed. 5. Приемник ИК излучения по п. 1, или 2, или 3, или 4, в котором между внешним и внутренним входными окнами вакуумированного сосуда Дьюара расположена диафрагма, установленная на внутреннем входном окне. 5. The IR radiation receiver according to claim 1, or 2, or 3, or 4, in which a diaphragm is mounted between the external and internal input windows of the dewar vessel of the Dewar installed on the internal input window.
RU2001125404/28A 2001-09-18 2001-09-18 Infrared radiation detector RU2204812C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001125404/28A RU2204812C1 (en) 2001-09-18 2001-09-18 Infrared radiation detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001125404/28A RU2204812C1 (en) 2001-09-18 2001-09-18 Infrared radiation detector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2204812C1 true RU2204812C1 (en) 2003-05-20

Family

ID=20253190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001125404/28A RU2204812C1 (en) 2001-09-18 2001-09-18 Infrared radiation detector

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2204812C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192540U1 (en) * 2019-07-23 2019-09-23 Акционерное общество "Московский завод "САПФИР" Cooled planar photodiode based on indium antimonide crystals

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192540U1 (en) * 2019-07-23 2019-09-23 Акционерное общество "Московский завод "САПФИР" Cooled planar photodiode based on indium antimonide crystals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5934082A (en) Indirect cooling system for an electrical device
US10451529B2 (en) Cryogenic systems and methods
US5018359A (en) Cryogenic refrigeration apparatus
US5177364A (en) Infrared detector construction including a getter and method for manufacturing same
JPH10505682A (en) Radiation detector cooled at low temperature by closed cycle gas
Naumov et al. A closed-cycle cryostat for optical and Mössbauer spectroscopy in the temperature range 4.2–300 K
RU2204812C1 (en) Infrared radiation detector
JPH04315017A (en) Remote-ignition high-frequency getter used in dewar of metal infrared-ray detector
CN112213433A (en) Low-temperature gas chromatography column box
WO2023226460A1 (en) Closed-loop refrigerant gas cooling device
RU2194254C1 (en) Device for receiving ultraviolet radiation
EP1523044B1 (en) Imaging apparatus
RU2213941C1 (en) Infrared radiation detector
RU14666U1 (en) INFRARED RADIATION RECEIVER
JP2991566B2 (en) Physical property measurement device under magnetic field
RU10877U1 (en) IR RADIO RECEIVER
RU2262776C1 (en) Infrared detector
RU53772U1 (en) INFRARED RADIATION RECEIVER (OPTIONS)
JPH01250026A (en) Infrared detecting device
JPH05243042A (en) Cooling equipment for superconducting coil
JPH0674819A (en) Freezing device
JPH07139464A (en) Cryopump
JPH0632588Y2 (en) Infrared detector
JPS643171Y2 (en)
JPH10293167A (en) Dewar for electronic spin resonance device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060919