红外杜瓦组件窗口与低温光学系统的耦合结构技术方案

本专利公开了一种红外杜瓦组件窗口与低温光学系统的耦合结构。红外杜瓦组件窗口与低温光学系统的耦合结构包括窗口帽内胆、隔热波纹管、窗口安装板、红外窗口、低温光学系统安装架、热耦合层。本专利在红外遥感仪器的低温光学系统中引入一种红外杜瓦组件低温窗口的实现方法，该方法中通过一种新型耦合结构实现杜瓦窗口与低温光学系统的耦合，并利用低温光学系统冷量对杜瓦窗口进行制冷降温，最终实现降低窗口自发辐射对系统背景噪声影响的目的。同时结构中增加的柔性隔热波纹管结构，可有效抑制低温光学系统冷量向杜瓦方向的传导以及避免杜瓦组件光学配准安装与窗口热耦合安装间的安装过定位问题。

【技术实现步骤摘要】
红外杜瓦组件窗口与低温光学系统的耦合结构
本专利涉及红外探测器杜瓦组件技术及低温光学技术，具体是指一种用于降低探测器背景辐射的红外杜瓦组件窗口与低温光学系统的耦合结构及实现方法。
技术介绍
制冷型红外探测器组件在航天红外领域有着广泛的应用，红外传感器的探测性能是高空间分辨率红外遥感仪器重要的技术指标。随着波长向长波扩展和探测灵敏度的提高，红外探测器必须在深低温下才能工作。为了实现更长波段及更微弱信号的探测，红外红外遥感仪器一般需要通过降低自身红外辐射特征水平来降低系统背景噪声从而提高仪器的信噪比，最终提升外遥感仪器的探测性能。在红外遥感仪器研制中，特别是长波及甚长波红外遥感仪器的设计中，由于被探测目标的红外辐射特征信号微弱，一般通过低温光学系统来降低自身背景噪声，以实现对微弱红外信号的探测。通过对遥感仪器的光学系统中各部分的制冷降温来抑制物体温度自发辐射，使系统自身具备较低的背景噪声。杜瓦作为红外探测器的封装形式，其在为探测器提供光、机、电、热等接口的同时，还具备为探测器提供机械保护及提供真空环境的功能。为保证杜瓦结构强度，一般采用金属材料对杜瓦进行制备。杜瓦的红外窗口气密焊接在杜瓦壳体上，其工作温度一般为常温或近室温温度环境。当封装有红外探测器的杜瓦组件安装至低温光学系统中后，室温工作杜瓦窗口的自发辐射将对低温光学系统背景噪声带来不利影响。在低温光学系统中，可通过将杜瓦光学窗口温度与低温光学系统工作温度保持一致的办法，解决杜瓦上光学窗口自发辐射对红外遥感仪器背景噪声影响。最有效的办法是将杜瓦窗口部分与冷光学系统进行热耦合，通过冷光学系统对窗口进行制冷降温，使窗口温度与冷光学系统一致。在红外遥感仪器的低温光学系统对杜瓦窗口制冷降温中，存在两个主要问题。第一个问题是杜瓦窗口与低温光学系统热耦合后的杜瓦对冷光学系统降温的影响问题：通过低温光学系统对于杜瓦窗口直接制冷降温，将导致低温光学系统的冷量不可不免地通过杜瓦的金属壳体向室温杜瓦方向传导。由于杜瓦壳体为金属材料，传导热阻较小，冷光学系统冷量将向杜瓦传导，过多的冷量流失将导致低温光学系统无法正常降温，冷光学系统无法达到预期的工作温度。所以要求尽可能抑制低温光学系统向杜瓦的冷量流失。第二个问题是杜瓦内探测器与光学系统配准安装及杜瓦窗口与冷光学系统热耦合安装的安装过定位问题：在杜瓦与低温光学系统安装过程中，杜瓦组件首先应该与系统光路完成光学配准安装操作，完成该操作后杜瓦与光路的位置关系不应再变化。若再对杜瓦进行窗口与冷光学系统热耦合安装，此时刚性结构杜瓦壳体在热耦合安装时将不可避免的对光学配准安装产生过定位影响。综上所述，为降低低温光学系统中红外探测器杜瓦窗口自发辐射对红外遥感仪器背景噪声的影响，迫切需要一种红外杜瓦组件窗口与低温光学系统的耦合结构及实现方法。
技术实现思路
本专利的目的是提供一种红外杜瓦组件窗口与低温光学系统的耦合结构，本专利中通过在杜瓦结构中增加柔性波纹管结构，可有效抑制低温光学系统冷量向杜瓦的传导及避免杜瓦与低温光学系统安装中的过定位问题。本专利的结构如图1所示，它包括：窗口帽内胆1、隔热波纹管2、窗口安装板3、红外窗口4、低温光学系统安装架5、热耦合层6。红外杜瓦组件窗口与低温光学系统的耦合结构如图1所示，窗口帽内胆1的外部为隔热波纹管2，隔热波纹管2一端的波纹管焊接边2-2与内胆波纹管焊接边1-2焊接相连，另一端的波纹管焊接边2-2与安装板焊接边3-3焊接相连；红外窗口4焊接在窗口安装板3的窗口安装台阶3-2中；窗口安装板3与低温光学系统安装架5中间为热耦合层6。所述的窗口帽内胆1是可伐内胆、钛合金内胆或不锈钢内胆，形状为圆筒型，通过机加工方式制备获得，底部为内胆杜瓦焊接边1-1，其直径与适配的杜瓦一致，内胆杜瓦焊接边1-1上方为内胆波纹管焊接边1-2尺寸与波纹管焊接边2-2一致，顶部为内胆支撑面1-3。所述的隔热波纹管2，如图2所示，材料为不锈钢或钛合金导热性能较差的材料，形状为圆筒型，隔热波纹管2与胆支撑面1-3间为间隙配合，其两头为波纹管焊接边2-2。所述的窗口安装板3如图4所示，材料为可伐、不锈钢或钛合金金属材料,窗口安装板底面外侧为安装板焊接边3-3尺寸与波纹管焊接边2-2一致，窗口安装板正面中心位置为窗口安装台阶3-2,周向布置有安装板安装孔3-1。所述的红外窗口4材料为硫化锌、锗或蓝宝石的红外透光材料。所述的低温光学系统安装架5材料为铝合金或铜高导热金属材料，板状结构，四周为安装架螺孔5-1，低温光学系统安装架5中间为安装架通光孔5-2，底面为低温光学安装面5-3安装结构与低温光学系统适配。所述的热耦合层6材料为铟、铝及铜等高导热的软质金属薄片。本专利的红外杜瓦组件窗口与低温光学系统的耦合结构的实现方法如下：1.红外窗口4安装至盖板窗口安装台阶3-2内，通过胶接或填料焊接方式实现气密安装。2.使用激光焊接、氩弧焊及电子束焊等焊接方式使波纹管焊接边2-2与内胆波纹管焊接边1-2进行气密焊接。3.使用激光焊接、氩弧焊及电子束焊等焊接方式使安装板焊接边3-3与另一端的波纹管焊接边2-2进行气密焊接。4.用激光焊接、氩弧焊等焊接方式使内胆杜瓦焊接边1-1与杜瓦气密焊接，并完成杜瓦组件制备。在杜瓦抽真空过程中，由于大气压力作用，窗口安装板3将被大气压挤压在内胆支撑面1-3上。5.低温光学系统安装架5的低温光学安装面5-3与低温光学系统可通过一体加工、焊接及螺钉安装的方式与低温光学系统去固定。在红外探测器杜瓦与整机完成光学配准操作后，应保证低温光学系统安装架5与窗口安装板3间为间隙配合。6.在低温光学系统安装架5与窗口安装板3间夹垫热耦合层6，注意夹垫时热耦合层6不得对系统光路进行遮挡，通过螺钉将安装板安装孔3-1与低温光学系统安装架5-1对位固定，最终将窗口安装板3夹垫着热耦合层6挤压安装至低温光学系统安装架5上。热耦合安装后杜瓦内的内胆支撑面1-3与窗口安装板3无机械接触。本专利的优点是：1.本专利结构可靠、操作方便；2.本专利能有效抑制低温光学系统冷量向杜瓦传导；3.本专利能有效解决光学配准安装及热耦合安装的安装过定位问题。附图说明图1为低温光学杜瓦窗口低漏热安装结构示意图；图中：1—窗口帽内胆；2—隔热波纹管；3—窗口安装板；4—红外窗口；5—低温光学系统安装架；5-1—安装架螺孔；5-2—安装架通光孔；5-3—低温光学安装面；6—热耦合层；图2为窗口帽内胆结构示意图；图中：1-1—内胆杜瓦焊接边；1-2—内胆波纹管焊接边；1-3—内胆支撑面；图3为隔热波纹管示意图；图中：2-2—波纹管焊接边；2-1—波纹管；图4为窗口安装板示意图；图中：3-1—安装板安装孔；3-2—窗口安装台阶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种红外杜瓦组件窗口与低温光学系统的耦合结构，包括窗口帽内胆(1)、隔热波纹管(2)、窗口安装板(3)、红外窗口(4)、低温光学系统安装架(5)、热耦合层(6)，其特征在于：/n所述的窗口帽内胆(1)的外部为隔热波纹管(2)，隔热波纹管(2)与内胆支撑面(1-3)间为间隙配合，它一端的波纹管焊接边(2-2)与内胆波纹管焊接边(1-2)焊接相连，另一端的波纹管焊接边(2-2)与安装板焊接边(3-3)焊接相连；红外窗口(4)焊接在窗口安装板(3)的窗口安装台阶(3-2)中；窗口安装板(3)与低温光学系统安装架(5)中间为热耦合层(6)。/n

【技术特征摘要】
1.一种红外杜瓦组件窗口与低温光学系统的耦合结构，包括窗口帽内胆(1)、隔热波纹管(2)、窗口安装板(3)、红外窗口(4)、低温光学系统安装架(5)、热耦合层(6)，其特征在于：
所述的窗口帽内胆(1)的外部为隔热波纹管(2)，隔热波纹管(2)与内胆支撑面(1-3)间为间隙配合，它一端的波纹管焊接边(2-2)与内胆波纹管焊接边(1-2)焊接相连，另一端的波纹管焊接边(2-2)与安装板焊接边(3-3)焊接相连；红外窗口(4)焊接在窗口安装板(3)的窗口安装台阶(3-2)中；窗口安装板(3)与低温光学系统安装架(5)中间为热耦合层(6)。


2.根据权利要求1所述的一种红外杜瓦组件窗口与低温光学系统的耦合结构，其特征在于：所述的窗口帽内胆(1)是可伐内胆、钛合金内胆或不锈钢内胆，形状为圆筒型，底部为内胆杜瓦焊接边(1-1)，其直径与适配的杜瓦一致，内胆杜瓦焊接边(1-1)上方为内胆波纹管焊接边(1-2)尺寸与波纹管焊接边(2-2)一致，顶部为内胆支撑面(1-3)。


3.根据权利要求1所述的一种红外杜瓦组件窗口与低温光学系统的耦合结构，其特征在于：所述的隔热波纹...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙闻，张晶琳，赵振力，张磊，王小坤，李雪，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：新型
国别省市：上海;31