基于双通道冷却的大口径太阳望远镜全吸收式热光阑制造技术

本发明专利技术涉及一种基于双通道冷却的大口径太阳望远镜全吸收式热光阑。其不仅对光路的干扰小，并且温度容易控制，不易受到环境影响，从而使得太阳望远镜观测效果大大提升。该热光阑的结构是：外壳、吸收屏、中间锥形体、锥形视场光阑自外而内依次同轴设置；外壳、吸收屏之间形成一外部压力腔；吸收屏与中间锥形体之间形成吸收腔室；中间锥形体与锥形视场光阑之间形成一内部压力腔；内部压力腔外部设置有一与其连通的入口蓄水槽；入口蓄水槽上设置有进液管，进液管与所述冷却液供给装置连通；外部压力腔与内部压力腔之间通过连接管连通；出液管一端与外部压力腔连通，另一端与冷却液供给装置连通。

Full Absorption Thermal Aperture of Large-aperture Solar Telescope Based on Dual-channel Cooling

The present invention relates to a full absorption thermal diaphragm for a large aperture solar telescope based on dual channel cooling. It not only has less interference to the light path, but also has easy temperature control and is not easily affected by the environment, which greatly improves the observation effect of the solar telescope. The structure of the thermal diaphragm is as follows: the outer shell, the absorption screen, the middle cone body and the cone field of view diaphragm are arranged coaxially from outside to inside; an external pressure chamber is formed between the outer shell and the absorption screen; an absorption chamber is formed between the absorption screen and the middle cone body; an internal pressure chamber is formed between the middle cone body and the cone field of view diaphragm; and an entrance storage connected with the inner pressure chamber is arranged outside the pressure chamber. A water tank; an inlet water storage tank is provided with an inlet pipe, which is connected with the coolant supply device; an external pressure chamber is connected with an internal pressure chamber through a connecting pipe; one end of the outlet pipe is connected with an external pressure chamber, and the other end is connected with the coolant supply device.

【技术实现步骤摘要】
基于双通道冷却的大口径太阳望远镜全吸收式热光阑
本专利技术涉及一种光学元件，具体涉及一种基于双通道冷却的大口径太阳望远镜全吸收式热光阑。
技术介绍
太阳是地球能量的主要来源，同时也是磁力活跃的恒星，支撑着一个强大、年复一年变化的磁场。太阳活动(主要是太阳磁场的变化，如黑子、耀斑、太阳风等)对地球的气候、电离层(干扰通讯)、地磁场(“磁暴”现象)有着直接且重要的影响。随着天文学、太阳物理学等学科的发展，对太阳磁场的观测和相关太阳物理现象研究要求越来越高，并逐步实现了太阳磁场的传统间接测量向直接测量。对太阳磁场和相关太阳物理现象观测的主要工具是太阳望远镜，分为地基望远镜和空间望远镜，而地基望远镜由于发展时间长且技术成熟被广泛应用。太阳磁场观测的最重要是要求太望远镜提供更高分辨率的图像，这一要求成为了仪器科学人员和天文科研人员不断追求的目标。提高太阳望远镜分辨率的最重要途径是增大主镜口径，出现了1m级、4m级以及10m级的大口径地基太阳望远镜。同时由于离轴太阳望远镜在口径上的优势，国内外出现了大口径离轴太阳望远镜，如美国的4m口径DanielK.InoyeSolarTelescope(DKIST)。随着太阳望远镜口径的增大，进入望远镜系统的能量急剧增加，不仅增大了望远镜大型结构件、光学元器件等的热变形(局部过热可能会导致零部件失效)，而且由于系统内热效应影响了光路的稳定性，造成观测质量下降。大口径离轴太阳望远镜一般采用偏轴格里高利系统的光学设计，在主反射镜焦面位置处放置视场光阑(本专利技术中所指的“热光阑”)，只允许指定范围的视场通过，从而限制进入望远镜系统的能量，提高观测效果。按热载荷处理方式不同，热光阑可分为反射式光阑和吸收型光阑。反射式热光阑采用外表面反射，超过80％的太阳辐射被反射到周围空气中，在望远镜系统得到了成功应用，如EuropeanSolarTelescope(EST)、DutchOpenTelescope(DOT)、NationalSolarTelescope(NST)、ChineseLargeSolarTelescope(CLST)等；全吸收式热光阑，将太阳辐射的反射和吸收设计成一个整体，只通过指定视场的太阳辐射，美国的DKIST则采用了全吸收式热光阑。与反射式热光阑相比，全吸收式热光阑不会将太阳辐射反射到周围结构件上，对主镜焦面附近的空气扰动更小，对光轴的扰动更小。热光阑对太阳光辐射的大量反射(反射式热光阑以此为主)和吸收(全吸收式热光阑以此为主)，在短时间内热光阑与环境温度会产生几百摄氏度甚至上千摄氏度的温差，不仅造成严重的热光阑内部视宁度效应，直接影响观测的成效，甚至造成热光阑的永久失效。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中的问题，本专利技术设计了一种基于双通道冷却的大口径太阳望远镜全吸收式热光阑，不仅对光路的干扰小，并且温度容易控制，不易受到环境影响，从而使得太阳望远镜观测效果大大提升。本专利技术的具体技术方案是：本专利技术提供了一种基于双通道冷却的大口径太阳望远镜全吸收式热光阑,包括外壳、吸收屏、中间锥形体、锥形视场光阑、入口蓄水槽、进液管、连接管、出液管以及冷却液供给装置；外壳、吸收屏、中间锥形体、锥形视场光阑自外而内依次同轴设置；外壳、吸收屏之间形成一外部压力腔；吸收屏与中间锥形体之间形成吸收腔室；所述吸收屏的内壁为圆弧形；中间锥形体与锥形视场光阑之间形成一内部压力腔；内部压力腔外部设置有一与其连通的入口蓄水槽；入口蓄水槽上设置有进液管，进液管与所述冷却液供给装置连通；外部压力腔与内部压力腔之间通过连接管连通；出液管一端与外部压力腔连通，另一端与冷却液供给装置连通；外部光线一部分从锥形视场光阑的小端射入，大端射出，外部光线的另一部分被吸收腔室吸收。进一步地，为了实现锥形视场光阑的快速冷却，提高冷却效果，该热光阑还包括第一喷管，第一喷管入口与入口蓄水槽连通，第一喷管出口与靠近锥形视场光阑的锥形内壁，且第一喷管入口直径大于喷管出口直径。进一步地，为了进一步的减少外部压力腔进液时造成的振动影响，所述外部压力腔内垂直于冷却液流向的方向设置有至少一片射流屏，射流屏上沿圆周方向开设有多个小孔。为了更进一步提高吸收屏的冷却效果，所述外部压力腔内设有与所述小孔数量相适配的第二喷管，所述第二喷管的结构与第一喷管相同；第二喷管入口与小孔连接，第二喷管出口靠近吸收屏的外壁。进一步地，为了确保吸收腔室的吸收能力，所述吸收腔室中由吸收屏构成的内壁表面设置有多层栅状突起并进行发黑处理，由于吸收表面积增大，提高了吸收效果。进一步地，为了使吸收腔室具有吸振、吸音以及浸透性，所述栅状突起上设置多孔结构。进一步地，为了保证未进入热光阑中光线的反射率不低于85％，所述中间锥形体的外表面镀覆有高反射层，优选镀铬。进一步地，所述吸收腔室选用热导率及加工性能良好的GlidcopAl-15。进一步地，为了降低热光阑与环境温度梯度，提高了观测质量，上述锥形视场光阑的锥度为18°，中间锥形体的锥度为41°，所述吸收屏内壁的曲率半径为150mm。进一步地，所述冷却液供给装置中所盛放的冷却液为低温水或60％乙二醇等具有冷却特性且能够被用于射流冷却的液体。本专利技术的优点在于：1、本专利技术采用了外壳、吸收屏构成外部压力腔以及中间锥形体与锥形视场光阑构成内部压力腔的双循环冷却结构，吸收屏和中间锥形体形成的全吸收式结构，使得由热光阑本体带来的seeing影响会更小，带来的波前像差更小，同时避免了内部视宁度效应，严重影响观测的效果，甚至造成热光阑的永久失效的问题。2、本专利技术采用在吸收屏表面采用发黑处理，并且设计了多层栅状突起和多孔金属材料，大大提高了吸热效率和吸振性能，从而对射流冲击造成的附加振动有良好的缓冲效果。3、本专利技术采用了双通道的同一介质冷却，在达到同样温控条件下使用更少的冷却液，获得更高的冷却效率。4、本专利技术在外部压力腔内设置有至少一个射流屏，从而降低了减少外部压力腔进液时造成的振动影响。5、本专利技术在内、外部压力腔内采用喷管(第一喷管和第二喷管)分别对锥形视场光阑和吸收屏进行射流式冷却，可对冷却液进行局部增速，形成了高速冷却液大大提升了冷却效率。附图说明图1为本专利技术外形示意图；图2为本专利技术的结构剖视图；图3为内部压力腔中经第一喷管喷射的冷却液流场示意图。图4为外层压力腔中经第二喷管喷射的冷却液流场示意图。附图标记如下：1-外壳、2-吸收屏、3-中间锥形体、4-锥形视场光阑、5-入口蓄水槽、6-进液管、7-连接管、8-出液管、9-冷却液供给装置、10-外部压力腔、11-吸收腔室、12-内部压力腔、13-第一喷管、14-射流屏、15-第二喷管、16-外部光线。具体实施方式下面结合附图和具体实施案例进一步说明本专利技术。如附图1和2所示，一种基于双通道冷却的大口径太阳望远镜全吸收式热光阑，其基本结构包括外壳1、吸收屏2、中间锥形体3、锥形视场光阑4、入口蓄水槽5、进液管6、连接管7、出液管8以及冷却液供给装置9；外壳1、吸收屏2、中间锥形体3、锥形视场光阑4自外而内依次同轴设置；外壳1、吸收屏2之间形成一外部压力腔10；吸收屏2与中间锥形体3之间形成吸收腔室11；所述吸收屏2的内壁为圆弧形；中间锥形体3与锥形视场光阑4之间形成一内部压力腔12；内部压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双通道冷却的大口径太阳望远镜全吸收式热光阑，其特征在于：包括外壳、吸收屏、中间锥形体、锥形视场光阑、入口蓄水槽、进液管、连接管、出液管以及冷却液供给装置；外壳、吸收屏、中间锥形体、锥形视场光阑自外而内依次同轴设置；外壳、吸收屏之间形成一外部压力腔；吸收屏与中间锥形体之间形成吸收腔室；所述吸收屏的内壁为圆弧形；中间锥形体与锥形视场光阑之间形成一内部压力腔；内部压力腔外部设置有一与其连通的入口蓄水槽；入口蓄水槽上设置有进液管，进液管与所述冷却液供给装置连通；外部压力腔与内部压力腔之间通过连接管连通；出液管一端与外部压力腔连通，另一端与冷却液供给装置连通；外部光线一部分从锥形视场光阑的小端射入，大端射出，外部光线的另一部分被吸收腔室吸收。

【技术特征摘要】
1.一种基于双通道冷却的大口径太阳望远镜全吸收式热光阑，其特征在于：包括外壳、吸收屏、中间锥形体、锥形视场光阑、入口蓄水槽、进液管、连接管、出液管以及冷却液供给装置；外壳、吸收屏、中间锥形体、锥形视场光阑自外而内依次同轴设置；外壳、吸收屏之间形成一外部压力腔；吸收屏与中间锥形体之间形成吸收腔室；所述吸收屏的内壁为圆弧形；中间锥形体与锥形视场光阑之间形成一内部压力腔；内部压力腔外部设置有一与其连通的入口蓄水槽；入口蓄水槽上设置有进液管，进液管与所述冷却液供给装置连通；外部压力腔与内部压力腔之间通过连接管连通；出液管一端与外部压力腔连通，另一端与冷却液供给装置连通；外部光线一部分从锥形视场光阑的小端射入，大端射出，外部光线的另一部分被吸收腔室吸收。2.根据权利要求1所述的基于双通道冷却的大口径太阳望远镜全吸收式热光阑，其特征在于：还包括第一喷管，第一喷管入口与入口蓄水槽连通，第一喷管出口与靠近锥形视场光阑的锥形内壁，且第一喷管入口直径大于喷管出口直径。3.根据权利要求2所述的基于双通道冷却的大口径太阳望远镜全吸收式热光阑，其特征在于：所述外部压力腔内垂直于冷却液流向的方向设置有至少一片射流屏，射流屏上沿圆周方向开设有多个小孔。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：董荣光，徐崧博，谢永军，毛祥龙，王鹏，高荣，任尚杰，栗星，徐志晨，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61