[发明专利]基于音圈电机驱动的大口径自适应镜面系统的热控系统

说明书

基于音圈电机驱动的大口径自适应镜面系统的热控系统，设置在基于音圈电机驱动的大口径自适应镜面上，分为前端，后端和中间传导器件三个部分，其中前端部分贴近超大镜厚比的自适应镜面：前端部分中音圈电机的发热元件采用导热硅脂包裹，发热元件产生的热量通过导热硅脂快速传递到热管上方的金属固定部件，围绕发热元件的热管将热量快速传导到后端热交换介质，发热元件和热管固定安装在隔热垫片上方；后端部分是强制冷却部分，采用分区域多路液态工质强制对流换热，通过实时流量控制调节制冷效率；中间部分采用超热导材料半导体热管。本发明解决了音圈电机驱动自适应镜面系统发热问题；解决了现有技术中的望远镜视宁度及制冷液泄露等问题。

技术领域

本发明涉及一种温度控制装置，具体涉及一种天文望远镜大口径自适应镜面上的，基于音圈电机驱动的大口径自适应镜面系统的热控系统。

背景技术

为了探索更深的宇宙，现代望远镜口径越来越大，地面望远镜中，人类制造的望远镜的口径正由10 米级向30 米级挺进，随着望远镜口径越来越大，自适应光学在变得越来越重要，世界上大口径望远镜无一例外都使用了自适应光学系统。

1989 年J.M.Beckers在给美国国家光学天文台的一份申请中，首次提出了使用一个现有的望远镜副镜作为波前改正机构用来矫正大气散射，这就是所谓的自适应副镜。因为自适应副镜不需要额外引入光学元件，所以他相比传统的自适应系统有明显的优势，首先大大减少了反射或者透射面的数量，提高了望远镜的效率；其次自适应副镜系统的红外散射很小，这对光学系统在红外波段的的观测十分重要；另外自适应副镜系统没有额外的光学偏振，能明显改善光学系统像质。

因为这些优点，在系统光路上使用大口径镜面进行自适应光学校正大气扰动越来越得到科学家的重视，目前世界上Multiple Mirror Telescope (MMT)，Large BinocularTelescope (LBT)都在副镜上进行自适应光学校正，而建设中的30米级望远镜Very LargeTelescope (VLT)， Giant Magellan Telescope (GMT)也将在副镜上安装自适应光学系统，而European Extremely Large Telescope (E-ELT)也在其第四镜上进行自适应校正。

目前应用最广的自适应变形镜是基于铁电材料的压电特性。现在的堆叠式压电驱动变形镜和双压电晶片驱动变形镜都是基于这种原理的。这种自适应变形镜具有很好的精度，但是受到压电陶瓷本身特性的限制，促动器行程难以做大。

而上世纪90 年代还有一种自适应变形镜概念发展起来，就是使用音圈电机(voice coil)作为自适应镜面的支撑和驱动部件，使用电容传感器作为测量反馈装置，如图4，在超薄的自适应反射镜面的背后粘结多个小型的永磁体片作为铁芯，而在支撑基板上的线圈通电时产生的电磁力与永磁体相互作用，产生驱动力改变反射镜的形状；

参照图1：音圈电机变形镜这种自适应镜面，镜面不与促动器直接连接，为避免促动器的电磁场相互影响，促动器之间的距离一般较大，促动器行程能较容易的做到50 微米以上，如此大的行程可以直接在自适应镜上作tip-tilt 校正；而且相比使用铁磁效应的自适应镜面系统，这种自适应镜面没有磁滞效应，单个促动器频率能达到80KHz 以上；另外由于镜面不与促动器接触，当某一个促动器发生故障时，可以通过调整周围的促动器来弥补，不会影响整个自适应光学系统的效果，而且各个促动的结构也能比较方便的更换，不影响望远镜观测。图1中,a为自适应镜面系统的支撑底座，b为并联调整机构，c为主动定位中间板，d为镜面基板，e为超薄自适应镜面，f和g分别为音圈电机的定子和线圈，h为旋转定位，c1，c2分别是参考电容和待测电容。

由于使用音圈电机支撑的自适应光学系统拥有这么多其他自适应镜无法比拟的优良特性，使用音圈电机驱动的变形镜特别适合超大口径的自适应镜面系统，这也使得大口径的自适应镜面系统成为可能。