一种基于相变潜热的红外成像仪冷校正结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于相变潜热的红外成像仪冷校正结构，包括底座、TEC制冷片和金属冷板，所述底座为横截面为矩形的密封空腔结构，空腔内在底座前端壁板与后端壁板间均匀设置多根导热筋，导热筋的间隙中填充石蜡；底座的一侧壁两侧分别设一注蜡孔和一排气孔，注蜡孔和排气孔采用橡胶塞密封。本实用新型专利技术能够显著增加制冷片冷端温度稳定时长，提高红外成像系统的校正效果，且不需要电驱动，能降低系统功耗。功耗。功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相变潜热的红外成像仪冷校正结构


[0001]本技术属于红外探测器
，具体涉及一种基于相变潜热的红外成像仪冷校正结构。

技术介绍

[0002]如图1所示，制冷型红外成像仪的红外冷校正结构通常包括底座1、TEC制冷片2和金属冷板3，TEC制冷片2的热端紧贴在底座1前端外壁，金属冷板3紧贴在TEC制冷片2的冷端，金属冷板的4个角与底座通过螺栓连接，并在冷板与底座间设置隔热板4，TEC制冷片2热端的热量通过底座1散发。为了实时监控冷校正结构的制冷效果，在冷板3表面安装有测温元件5，可以实时测量冷板的表面温度。
[0003]一般来说，红外冷校正结构的核心指标为冷板的低温温度与低温保持时间，而TEC制冷片的制冷效果则取决于其热端散热效率，当热端散热效率不高时，制冷片热端温度会迅速升高，而冷端温度也会随着同步升高，失去制冷效果。为提高热端的散热效果，目前通常将底座1设置为空腔结构，在空腔内安装风扇6促进散热，底座的壁板上设置了进风口7和出风口8。这种冷校正结构的存在以下不足之处：
[0004]其一，设置风扇需要电路模块留出驱动电路，同时系统也需要预留出风扇的功率，对于机载设备设计较为困难；
[0005]其二，制冷片热端的制热功率通常远大于风扇的散热效率，制冷片冷端的低温效果仅能保持在1分钟左右；
[0006]其三，风扇吹出的热气流一部分会进入光路，影响红外成像质量。

技术实现思路

[0007]本技术的目的是针对现有红外冷校正结构存在的上述问题，提供一种利用相变潜热效应的红外冷校正结构，在降低能耗、减小对成像系统干扰的同时，增加制冷片的低温温度和低温保持时间，提高冷校正结构的性能。
[0008]本技术的技术方案如下：
[0009]一种基于相变潜热的红外成像仪冷校正结构，包括底座、TEC制冷片和金属冷板，所述底座为横截面为矩形的空腔结构，TEC制冷片的热端紧贴在底座前壁板外侧，金属冷板紧贴在TEC制冷片2的冷端，金属冷板的4个角与底座前壁板通过螺栓连接，并在冷板与底座间设置隔热板，其特征在于：所述底座空腔为密封的空腔，空腔内在底座前端壁板与后端壁板间均匀设置多根导热筋，导热筋的间隙中填充石蜡；底座的一侧壁两侧分别设一注蜡孔和一排气孔，注蜡孔和排气孔采用橡胶塞密封。
[0010]本技术与现有红外冷校正结构相比，有以下优点：
[0011]1、能够显著增加制冷片冷端温度稳定时长，提高红外成像系统的校正效果；
[0012]2、不需要电驱动，减少系统电气元件，降低系统功耗；
[0013]3、避免因风扇吹出的热气流进入光路影响成像质量；
[0014]4、避免风扇运转带来的电磁信号对系统的干扰。
附图说明
[0015]图1是现有红外冷校正结构示意图；
[0016]图2是本技术的纵截面图；
[0017]图3是本技术的局部立体剖视图；
[0018]图4是本技术的底座的横截面图。
具体实施方式
[0019]如图1、图2、图3所示，本技术的红外成像仪冷校正结构包括底座1、TEC制冷片2和金属冷板3，所述底座1为横截面为矩形的密封空腔结构，TEC制冷片2的热端紧贴在底座1前壁板外侧，金属冷板3紧贴在TEC制冷片2的冷端，金属冷板的4个角与底座前壁板通过螺栓连接，冷板与底座间设置隔热板4，冷板3表面安装有测温元件5；所述底座的空腔内在底座前端壁板与后端壁板间均匀设置多根导热筋9，导热筋的间隙中填充石蜡；底座的一侧壁两侧分别设一注蜡孔10和一排气孔11，注蜡孔10和排气孔11采用橡胶塞12密封。
[0020]上述结构，制冷片工作时热端放热，底座前端壁板吸收制冷片释放的热量并传导给石蜡，使石蜡熔化，石蜡将热量传递到底座后端壁板及4个侧壁散热，从而保证制冷片热端温度不会急剧升高，增加制冷片的低温温度与低温保持时间。
[0021]底座空腔内的导热筋能够将热量快速从底座前端传导至后端，避免底座内部石蜡熔化不均匀而导致底座局部过热。
[0022]所述石蜡应选择熔化温度范围较窄的精炼石蜡，保证石蜡熔化期间底座的温度均匀。
[0023]进一步，可将所述导热筋9的截面设置为从底座前端到后端逐渐缩小，以减小底座前端到后端的热阻，避免前端石蜡已完全熔化的同时后端石蜡还未达到熔点。
[0024]本技术具体实施时，为了保证冷校正结构的低温保持时间，首先需要计算底座内填充石蜡的重量，计算方式如下：
[0025]制冷片工作时，其热端热量包括制冷片自身电热及冷端转移热量，因此制冷片热端功率p与制冷片额定功率p0、制冷功率p
c
的关系为：
[0026]p＝p0+p
c
[0027]制冷片热端的热量主要转化为底座与内部石蜡的温升及石蜡熔化的相变潜热，底座与内部石蜡温升t1与制冷片额定温差t0的关系为：
[0028]t1＝0.5t0[0029]设底座重量为m1，底座材料比热容为c1，石蜡重量为m2，固态石蜡比热容为c2，则底座与内部石蜡的温升吸收热量Q1为：
[0030]Q1＝m
1 c
1 t1+m
2 c
2 t1[0031]石蜡相变潜热为L，则石蜡熔化过程中吸收热量Q2为：
[0032]Q2＝L m2[0033]制冷片在保持时间s内释放热量Q为：
[0034]Q＝(p0+p
c
)s
[0035]制冷片释放热量不能多于底座温升及石蜡相变吸热，即：
[0036]Q＝Q1+Q2[0037]则可得所需石蜡的最小重量m
2min
。
[0038]根据所需石蜡量设置底座空腔内导热筋及导热筋间隙的容积，并将石蜡注入空腔内。注蜡方法如下：
[0039]先将排气孔11的橡胶塞取下，用装满熔融石蜡的注射器穿透注蜡孔10上的橡胶塞12向空腔内注蜡，快注满时倾斜底座使排气孔位于上方，直至石蜡从排气孔溢出，此时空腔内已完全注满石蜡，用橡胶塞将排气孔密封。为了保证注蜡过程中石蜡始终处于熔化状态，可将底座部分置于热水浴中保温，防止石蜡失热凝固而影响注蜡质量。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相变潜热的红外成像仪冷校正结构，包括底座、TEC制冷片和金属冷板，所述底座为横截面为矩形的空腔结构，TEC制冷片的热端紧贴在底座前壁板外侧，金属冷板紧贴在TEC制冷片2的冷端，金属冷板的4个角与底座前壁板通过螺栓连接，并在冷板与底座间设置隔热板，其特征在于：所述底座空腔为密...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱传睿，吕二阳，张辉，
申请(专利权)人：北京长峰科威光电技术有限公司，
类型：新型
国别省市：