一种基于斯特林制冷机的冷光学系统及制造工艺技术方案

本发明专利技术公开了一种基于斯特林制冷机的冷光学系统及制造工艺，其中冷光学系统包括两侧分别固定安装有入射窗片和出射窗片的基座以及同轴设于基座内且外周面上设有冷头安装平台的内筒，所述内筒的两侧对应安装有入射滤光片和出射滤光片，且所述内筒的两侧外周面上分别均匀设有多根金属丝悬臂支撑，所述金属丝悬臂支撑的另一端均与基座的内壁固定相连。本发明专利技术从冷光学系统的结构出发，可以有效减少制冷机冷头的传导漏热，降低制冷机振动对光学系统的影响。的影响。的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于斯特林制冷机的冷光学系统及制造工艺


[0001]本专利技术涉及冷光学
，尤其涉及一种基于斯特林制冷机的冷光学系统及制造工艺。

技术介绍

[0002]现有冷光学系统大多在常温装调好后，直接在低温下应用，在深低温冷光学领域，需要将冷光学系统的应用温度降至77K以下，为此需要采用制冷机对进行制冷。现有技术中，最常用到的制冷机为分置式气动斯特林制冷机。分置式气动斯特林制冷机由于结构简单、可靠性高且振动输出较小，广泛应用于光学系统的制冷。但是由于高频运动部件和气体穿梭导致制冷机难免会有振动干扰，即使对于制冷机本身已经做了很多的改进，在进行光学系统制冷的过程中，最终传递至冷光学系统的微小振动，仍然对冷光学系统的光路产生了较大影响，同时使得制冷机的冷头传导漏热较大，从而导致制冷效率低以及温度不均匀的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对现有技术的不足之处而提出一种基于斯特林制冷机的冷光学系统及制造工艺，从冷光学系统的结构出发，可以有效减少制冷机冷头的传导漏热，降低制冷机振动对光学系统的影响。
[0004]实现本专利技术目的技术方案是：
[0005]一种基于斯特林制冷机的冷光学系统及制造工艺，包括两侧分别固定安装有入射窗片和出射窗片的基座以及同轴设于基座内且外周面上设有冷头安装平台的内筒，所述内筒的两侧对应安装有入射滤光片和出射滤光片，且所述内筒的两侧外周面上分别均匀设有多根金属丝悬臂支撑，所述金属丝悬臂支撑的另一端均与基座的内壁固定相连。
[0006]进一步地，所述入射窗片和出射窗片与基座的垂直度以及入射滤光片和出射滤光片与内筒的垂直度均小于5μm。
[0007]进一步地，所述内筒与基座的同轴度小于5μm。
[0008]进一步地，所述金属丝悬臂支撑的直径为0.5～1.0mm。
[0009]进一步地，所述内筒的两侧外周面上分别设有六根金属丝悬臂支撑。
[0010]进一步地，所述内筒两侧的金属丝悬臂支撑分别朝向基座两侧倾斜设置，且所述金属丝悬臂支撑与内筒的轴线之前的夹角α为30～60
°
。
[0011]进一步地，所述金属丝悬臂支撑、内筒和基座的材质相同。
[0012]一种基于斯特林制冷机的冷光学系统的制造工艺，包括以下步骤：
[0013]步骤S1：采用三坐标仪测试分别测试入射滤光片、出射滤光片与内筒的垂直度，确保在5μm以内，然后采用激光焊接进行固定；
[0014]步骤S2：采用激光焊接将金属丝悬臂支撑固定连接在内筒的两侧外周面上；
[0015]步骤S3：采用螺钉将金属丝悬臂支撑的另一端与基座的内壁相连，所述螺钉与所
述基座的内壁之间的力矩小于1.2N
·
m；
[0016]步骤S4:调整所述螺钉的紧固程度，对所述内筒与所述基座的相对位置进行微调，保证内筒与基座的同轴度小于5μm；
[0017]步骤S5：采用激光焊接依次固定每根金属丝悬臂支撑与基座的连接处，直至全部焊接完成后将所述螺钉去除；
[0018]步骤S6：采用三坐标仪测试分别测试入射窗片、出射窗片与基座的垂直度，确保在5μm以内，然后采用激光焊接进行固定。。
[0019]进一步地，所述步骤S5中，每焊接一根金属丝悬臂支撑，采用三坐标仪测量一次内筒和基座的同轴度，保证同轴度小于5μm。
[0020]采用了上述技术方案，本专利技术具有以下的有益效果：
[0021](1)本专利技术采用同轴设置额内筒和基座，并通过金属丝悬臂支撑实现两者的固定连接，相较于现有技术中的非金属大块绝热支撑结构，大幅度减少了接触面积，继而大幅减少了传导漏热；单侧的多根金属丝悬臂支撑均匀分布，将各个方向产生的振动有效的进行抵消，只剩中央轴向的振动力，两侧金属丝悬臂支撑都将振动集中为轴向相反方向的一组力，正好相互抵消，减少了金属丝悬臂支撑的曲张力，不仅提高了系统的可靠性和寿命，同时降低制冷机振动对光学系统的影响。
[0022](2)本专利技术入射滤光片和出射滤光片与内筒的垂直度小于5μm，提高了整个冷光学系统的精度。
[0023](3)本专利技术内筒与基座的同轴度小于5μm，进一步地提高了整个光学系统的精度。
[0024](4)本专利技术通过限定金属丝悬臂支撑的直径，一方面保证了其支撑强度，另一方面最大化的减小接触面积，减小传导漏热和振动对光路的影响。
[0025](5)本专利技术内筒两侧分别采用六根金属丝悬臂，达到减小漏热和振动影响的最优效果。
[0026](6)本专利技术通过限定金属丝悬臂支撑与内筒的轴线之间的夹角，进一步减小振动对光路的影响。
[0027](7)本专利技术金属丝悬臂支撑与内筒和基座的材质保持一致，当温度快速降低时，形变量较小，从而保证了冷光学系统的精度，并且金属材质的支撑相对于传统的非金属隔热材料，减少了在杜瓦中的放气，提高了杜瓦内的真空度。
[0028](8)本专利技术制造工艺中通过三坐标仪确保了各精度要求，同时采用螺丝预固定金属丝悬臂支撑，从而实现了内筒与基座同轴度的微调，从而实现同轴度小于5μm，保证了冷光学系统的精度。
[0029](9)本专利技术制造工艺中每一根金属丝悬臂支撑与基座焊接固定后，均采用三坐标仪进行基座与内筒的同轴度测量，避免激光焊接操作影响两者同轴度，进一步保证了冷光学系统的精度。
附图说明
[0030]为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中：
[0031]图1为本专利技术的结构简图(图中基座未示出)；
[0032]图2为本专利技术的水平方向剖视图。
[0033]附图中的标号为：
[0034]基座1、内筒2、入射窗片3、出射窗片4、入射滤光片5、出射滤光片6、冷头安装平台7、金属丝悬臂支撑8。
具体实施方式
[0035]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0036](实施例1)
[0037]如图1至图2所示的基于斯特林制冷机的冷光学系统及制造工艺，包括基座1、内筒2、入射窗片3、出射窗片4、入射滤光片5、出射滤光片6和冷头安装平台7，其中基座1和内筒2均为中空圆柱形结构且内筒2同轴设于基座1内，入射窗片3和出射窗片4分别固定安装在基座1的两侧，入射滤光片5和出射滤光片6分别对应地固定安装在内筒2的两侧，冷头安装平台7对称固定设于内筒2的外周面上。内筒2的两侧外周面上分别均匀设有多根金属丝悬臂支撑8，金属丝悬臂支撑8的另一端均与基座1的内壁固定相连，从而实现内筒2与基座1的固定连接。相较于现有技术中的非金属大块绝热支撑结构，大幅度减少了接触面积，继而大幅减少了传导漏热；单侧的多根金属丝悬臂支撑8均匀分布，将各个方向产生的振动有效的进行抵消，只剩中央轴向的振动力，两侧金属丝悬臂支撑8都将振动集中为轴向相反方向的一组力，正好相互抵消，减少了金属丝悬臂支撑8的曲张力，不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于斯特林制冷机的冷光学系统，其特征在于：包括两侧分别固定安装有入射窗片和出射窗片的基座以及同轴设于基座内且外周面上设有冷头安装平台的内筒，所述内筒的两侧对应安装有入射滤光片和出射滤光片，且所述内筒的两侧外周面上分别均匀设有多根金属丝悬臂支撑，所述金属丝悬臂支撑的另一端均与基座的内壁固定相连。2.根据权利要求1所述的一种基于斯特林制冷机的冷光学系统，其特征在于：所述入射窗片和出射窗片与基座的垂直度以及入射滤光片和出射滤光片与内筒的垂直度均小于5μm。3.根据权利要求1所述的一种基于斯特林制冷机的冷光学系统，其特征在于：所述内筒与基座的同轴度小于5μm。4.根据权利要求1所述的一种基于斯特林制冷机的冷光学系统，其特征在于：所述金属丝悬臂支撑的直径为0.5～1.0mm。5.根据权利要求1所述的一种基于斯特林制冷机的冷光学系统，其特征在于：所述内筒的两侧外周面上分别设有六根金属丝悬臂支撑。6.根据权利要求1所述的一种基于斯特林制冷机的冷光学系统，其特征在于：所述内筒两侧的金属丝悬臂支撑分别朝向基座两侧倾斜设置，且所述金属丝悬臂支撑与内筒的轴线之前的夹角α为30～60
°
。7.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈聃，王俊献，傅艳红，刘从峰，余乐，李军峰，
申请(专利权)人：常州光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：