一种空间环境模拟器光学窗口的控温装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种控温装置及方法，尤其涉及一种空间环境模拟器光学窗口的控温装置及方法，适用于空间相机地面热光学试验的光学指标测试。本发明专利技术的目的是解决现有空间环境模拟器光学窗口的控温装置存在体积大、控温效果差或者粘贴加热膜影响光学测试结果的技术问题，提供一种空间环境模拟器光学窗口的控温装置及方法。该装置包括安装支架、控制单元和圆筒形加热单元；安装支架设置于加热单元底部；加热单元由内至外依次包括加热圆筒、电加热层、多层隔热组件；加热圆筒内表面喷涂航天黑漆；电加热层由薄膜型电加热片沿加热圆筒外侧的圆周面粘贴而成；薄膜型电加热片沿加热圆筒的轴向分为独立加热的多组。该方法利用该装置进行光学窗口的控温。

【技术实现步骤摘要】
一种空间环境模拟器光学窗口的控温装置及方法
本专利技术涉及一种控温装置及方法，尤其涉及一种空间环境模拟器光学窗口的控温装置及方法，适用于空间环境模拟器内部热沉温度<100K下，空间相机地面热光学试验的光学指标测试。
技术介绍
空间相机进行空间任务探测时，相机镜头和遮光罩会面临真空、冷黑背景、太阳辐射、行星反照和行星辐射等复杂的外热流空间环境。发射前，需要在地面采用空间环境模拟器进行充分的热光学试验，以考核空间相机在特定环境下的适应能力和光学指标是否满足设计要求。热光学试验时，空间相机安装于空间环境模拟器内部的载物小车上，在真空下向空间环境模拟器内的热沉通入液氮，模拟太空冷黑背景，通过空间相机的热控措施来模拟外太空可能经历的不同工况。在空间环境模拟器外部放置光学测试设备，通过空间环境模拟器侧壁上的光学窗口进行空间相机的光学测试。光学窗口上的光学玻璃通过橡胶圈与金属法兰工装连接，光学窗口外侧为大气室温环境。当空间环境模拟器抽真空时，光学玻璃因承受外侧大气压力而产生形变，可通过光学测试得到其形变量，从而对后期的光学相机测量结果进行补偿。当空间环境模拟器内部的热沉内通入液氮时，光学玻璃会因容器(即空间环境模拟器)内低温背景影响，出现轴向温差和径向温差，造成光学材料折射率变化和表面面形变化，给空间相机的光学测试带来较大的影响，其温度变化的主要影响因素为真空容器内侧的真空低温背景。因此，有必要对光学窗口的温度进行控制。目前已有一些与空间模拟试验设备光学玻璃相关的控温装置及方法的研究报道。r>如图1和图2所示，公开号为CN207913789U的中国技术专利中，公开了一种具有光学窗口恒温装置的真空实验装置，包括筒状的真空实验箱体01、光学窗口02和恒温装置03，光学窗口02设置在真空实验箱体01的门组件04上，在门组件04上与光学窗口02同轴地设置一个截头圆锥筒体作为恒温装置03。该截头圆锥筒体直径较大的一侧与门组件04的内壁连接。截头圆锥筒体由外至内依次包括屏蔽保温层05、由铜质金属管06和加热丝07绕制的控温层、金属筒体08，金属管06内通入水作为控温工质，通过对金属管06内水流的大小以及加热丝07的功率控制，可以调节光学窗口02的温度。在截头圆锥筒体的直径较小一端还设置有用于遮蔽光学窗口02的窗口挡板09，窗口挡板09关闭状态下可保证光学窗口02的温度。但是其存在两个缺点，一是为了保证进光口径，该截头圆锥筒体占用空间大；二是测试中打开窗口挡板09时，因试验箱内背景温度不同，会造成光学窗口02温度的波动，控温效果差。公开号为CN102262225A的中国专利技术专利中，公开了一种空间光学遥感器热光学试验用光学窗口，该光学窗口的玻璃控温方法为在玻璃表面粘贴加热膜。其缺点是对于有些光学测试，粘贴加热膜会改变玻璃表面透过率等特性，影响光学测试结果，因此不能作为一种通用方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有空间环境模拟器光学窗口的控温装置及方法存在体积大、控温效果差或者粘贴加热膜影响光学测试结果的技术问题，提供一种空间环境模拟器光学窗口的控温装置及方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术解决方案如下：一种空间环境模拟器光学窗口的控温装置，其特殊之处在于：包括安装支架、控制单元、用于加热光学窗口的圆筒形加热单元；所述安装支架设置于加热单元底部，用于将加热单元固定在空间环境模拟器的光学窗口和热沉之间，且加热单元预留与光学窗口间的间隙，加热单元靠近或部分伸入热沉；所述加热单元由内至外依次包括加热圆筒、电加热层、多层隔热组件；所述加热圆筒内表面喷涂航天黑漆；所述电加热层由薄膜型电加热片沿加热圆筒外侧的圆周面粘贴而成；所述薄膜型电加热片沿加热圆筒的轴向分为独立加热的多组。进一步地，为了实现更好的控温效果，采用程控电源对多组薄膜型电加热片进行独立加热，所述控制单元包括温控仪、程控电源、以及粘贴于光学窗口内、外表面中心及其圆周边缘的多个温度传感器；多个所述温度传感器的输出端连接所述温控仪的输入端；所述温控仪的输出端连接所述程控电源的输入端；所述程控电源的输出端与多组所述薄膜型电加热片分别电连接。进一步地，为了将加热单元稳定地安装在空间环境模拟器的光学窗口和热沉之间，同时实现加热单元与空间环境模拟器的绝热安装，减小安装支架漏热对加热圆筒温度均匀性的影响，所述多层隔热组件上开设有通孔，螺钉穿过所述通孔将所述安装支架与所述加热圆筒相连接，所述螺钉与所述加热圆筒的接触面上设有隔热垫。进一步地，为了实现更好的隔热效果，所述隔热垫为玻璃钢或聚四氟乙烯材质。进一步地，为了尽可能减小加热单元的重量，所述加热圆筒为铝合金材质。进一步地，所述薄膜型电加热片沿加热圆筒的轴向分为独立加热的两组。进一步地，为了提升加热圆筒朝向光学窗口的热发射率，所述航天黑漆的发射率为0.9。一种利用上述空间环境模拟器光学窗口控温装置进行空间环境模拟器光学窗口的控温方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：1)加热圆筒的尺寸和加热温度确定结合有限元仿真，确定加热圆筒的尺寸，获取将光学窗口温度保持在T0时所需的加热圆筒温度，加热圆筒温度需满足靠近或伸入热沉部分的加热圆筒温度不低于靠近光学窗口一侧的加热圆筒温度；T0为空间环境模拟试验时，光学窗口所需保持的温度；2)加热光学窗口采用步骤1)确定的加热圆筒温度对温控仪参数进行设置，通过温控仪控制程控电源，从而驱动多组薄膜型电加热片分别对加热圆筒进行加热，进而加热光学窗口；3)不搭载空间相机光学窗口控温验证待光学窗口温度稳定后，利用光学窗口表面粘贴的温度传感器获取其温度值，温控仪采集到该温度值并判断是否达到T0，且光学窗口内、外表面及径向温度是否满足(T0±1.0)℃的均匀性要求，若是，则确定加热圆筒的温度，进行步骤4)；若否，则调整温控仪参数，直至光学窗口的温度达到T0且满足温度均匀性要求；光学窗口的控温验证一方面是为了验证加热圆筒的设计是否满足控温均匀性的要求，另一方面也是为了在搭载空间相机进行热光学试验时，提供加热圆筒的温度参考值；4)搭载空间相机后的光学窗口控温在空间环境模拟器内的载物小车上搭载空间相机，在空间环境模拟器外部放置光学测试设备，采用上一步最后确定的加热圆筒温度设置为加热圆筒的目标温度，利用光学窗口上的温度传感器，获取光学窗口温度稳定后的温度值，温控仪获取该温度值并判断其是否达到T0且满足温度均匀性要求，若是，则进行步骤5)；若否，则继续调整温控仪参数，直至光学窗口的温度达到T0且满足温度均匀性要求，需要说明的是，当光学窗口粘贴温度传感器影响光学测试时，可选用红外点温枪获取光学窗口温度稳定后的温度值；5)进行空间相机的热光学测试。进一步地，为了使光学窗口的温度更接近搭载空间相机进行光学测试时的温度，同时也为了保障使用红外点温枪时，光学窗口的温度和均匀性更加可信，步骤3)和步骤4)之间还本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间环境模拟器光学窗口的控温装置，其特征在于：包括安装支架(1)、控制单元、用于加热光学窗口(3)的圆筒形加热单元；/n所述安装支架(1)设置于加热单元底部，用于将加热单元固定在空间环境模拟器(4)的光学窗口(3)和热沉(5)之间，且加热单元预留与光学窗口(3)间的间隙，加热单元靠近或部分伸入热沉(5)；/n所述加热单元由内至外依次包括加热圆筒(201)、电加热层(202)、多层隔热组件(203)；/n所述加热圆筒(201)内表面喷涂航天黑漆；/n所述电加热层(202)由薄膜型电加热片沿加热圆筒(201)外侧的圆周面粘贴而成；/n所述薄膜型电加热片沿加热圆筒(201)的轴向分为独立加热的多组。/n

【技术特征摘要】
1.一种空间环境模拟器光学窗口的控温装置，其特征在于：包括安装支架(1)、控制单元、用于加热光学窗口(3)的圆筒形加热单元；
所述安装支架(1)设置于加热单元底部，用于将加热单元固定在空间环境模拟器(4)的光学窗口(3)和热沉(5)之间，且加热单元预留与光学窗口(3)间的间隙，加热单元靠近或部分伸入热沉(5)；
所述加热单元由内至外依次包括加热圆筒(201)、电加热层(202)、多层隔热组件(203)；
所述加热圆筒(201)内表面喷涂航天黑漆；
所述电加热层(202)由薄膜型电加热片沿加热圆筒(201)外侧的圆周面粘贴而成；
所述薄膜型电加热片沿加热圆筒(201)的轴向分为独立加热的多组。


2.根据权利要求1所述的空间环境模拟器光学窗口的控温装置，其特征在于：所述控制单元包括温控仪、程控电源、以及粘贴于光学窗口(3)内、外表面中心及其圆周边缘的多个温度传感器；
多个所述温度传感器的输出端连接所述温控仪的输入端；
所述温控仪的输出端连接所述程控电源的输入端；
所述程控电源的输出端与多组所述薄膜型电加热片分别电连接。


3.根据权利要求2所述的空间环境模拟器光学窗口的控温装置，其特征在于：所述多层隔热组件(203)上开设有通孔，螺钉穿过所述通孔将所述安装支架(1)与所述加热圆筒(201)相连接，所述螺钉与所述加热圆筒(201)的接触面上设有隔热垫。


4.根据权利要求3所述的空间环境模拟器光学窗口的控温装置，其特征在于：所述隔热垫为玻璃钢或聚四氟乙烯材质。


5.根据权利要求4所述的空间环境模拟器光学窗口的控温装置，其特征在于：所述加热圆筒(201)为铝合金材质。


6.根据权利要求1至5任一所述的空间环境模拟器光学窗口的控温装置，其特征在于：所述薄膜型电加热片沿加热圆筒(201)的轴向分为独立加热的两组。


7.根据权利要求6所述的空间环境模拟器光学窗口的控温装置，其特征在于：所述航天黑漆的发射率为0.9。


8.一种空间环境模拟器光学窗口的控温方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)加热圆筒(201)的尺寸和加热温度确定
结合有限元仿真，确定加热圆筒(201...

【专利技术属性】
技术研发人员：高斌，赛建刚，王亚军，张海民，高博，赵燕，韩磊，赵越，贾琦，于攀龙，
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