[发明专利]一种用于低温光学系统的红外探测器组件杜瓦外壳结构

说明书

本发明公开了一种用于低温光学系统的红外探测器组件杜瓦外壳结构，本发明的用于低温光学的红外探测器组件杜瓦外壳结构由刚性隔热外壳和柔性隔热外壳组成，其组合一起后安装在红外探测器杜瓦组件的吸气剂腔室和制冷机的冷指之间。也可任选其中一种安装在红外探测器杜瓦组件的吸气剂腔室和制冷机的冷指之间；本发明既实现了红外探测器杜瓦制冷组件的低温外壳与制冷机膨胀机或脉管的热学隔离，克服了传统红外探测器杜瓦制冷组件无法满足低温光学系统要求的低背景、低的制冷功耗和安装过定位的问题。本发明的结构简单，操作方便，成本低廉；兼容性好，应用于各种集成式红外探测器组件，同样适合分置式红外探测器杜瓦组件。

技术领域

本发明涉及红外探测器的低温封装技术，具体指一种用于低温光学系统的红外探测器组件杜瓦结构。它适用于低温光学系统要求红外探测器杜瓦制冷组件处于较低的环境温度场合。也适用于其它低温真空腔体与热源部件之间需要热隔离的场合。

背景技术

光学遥感仪器是卫星等航天器的重要组成部分，其采用光学系统将收集的地球或空间的电磁辐射聚焦到红外探测器上。为了进一步提升光学遥感仪器探测性能，目前先进的光学系统多采用低温光学技术，将光学镜头制冷到更低的温度水平(目前红外长波光学系统多在零下100度左右)，以降低光机辐射，提高遥感仪器的探测灵敏度和动态范围。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。由于机械制冷具有结构紧凑、体积小、重量轻、制冷时间短、制冷温度可调范围大等优点，目前该类探测器件在应用中多采用机械制冷方式。这样也使得其应用时大多采用杜瓦封装形成红外探测器杜瓦制冷组件。

红外探测器杜瓦制冷组件安装在零下100度左右时，真空杜瓦的外壳的温度降低，其会带来如下好处：1)组件杜瓦外壳温度降低，组件杜瓦外壳对组件杜瓦内冷平台的辐射热减小，使得制冷机的热负载变小。从而制冷机的输入功耗降低，对光学遥感仪器的供电和散热有利；2)真空杜瓦外壳及光窗的温度降低，其自身的辐射降低，这得探测器接受到较低的背景辐射。有利于遥感仪器的探测灵敏度和动态范围。传统的红外探测器杜瓦制冷组件主要由红外探测器、真空杜瓦和制冷机组成。真空杜瓦与制冷机的耦合方式无论是集成式或分置式，制冷机与真空杜瓦都是刚性金属连接，即真空杜瓦的外壳与制冷机是金属接触。杜瓦的外壳也是真空杜瓦的光窗的安装载体。当传统的探测器制冷杜瓦组件处于零下100度左右，会带来如下困难：1)无论真空杜瓦与制冷机是采用何种耦合方式，其之间为金属连接，由于固体传导换热，也会使得制冷机处会处于零下100度左右。而国军标中有关制冷机的环境适用工作温度的低温工作温度为零下55度左右。当环境温度为零下100度时，对制冷机的设计和工艺提出新的技术挑战；2)制冷机与真空杜瓦连接处多为膨胀机或脉管，其是一个热源。在制冷机工作时会发热，热量会传给真空杜瓦的外壳和光窗。这会带来如下问题：a)制冷机的膨胀机或脉管散发出的热量，通过固体传导传到真空杜瓦外壳，导致真空杜瓦外壳温度提高，提高了探测器接受到组件杜瓦光窗及外壳的背景辐射量，进而影响探测器的性能。b)真空杜瓦温度的提高, 组件杜瓦冷平台接受组件杜瓦外壳的辐射热，这会增加制冷机的负载，使得制冷机的输入功耗增加，进而影响低温光学系统的供电需求。c)在光学系统对组件杜瓦外壳散热能力一定时，真空杜瓦外壳温度的增加，导致制冷机的负载增加，制冷机输入功耗增加，导致膨胀机或脉管的发热进一步增加，这样循环恶化，严重影响红外探测器杜瓦制冷组件的寿命和可靠性。必须要探索一种新方法来解决这一问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于低温光学系统的红外探测器组件杜瓦结构及实现方法，它适用于低温光学系统要求红外探测器杜瓦制冷组件处于较低的环境温度场合。本发明既实现了红外探测器杜瓦制冷组件的低温外壳与制冷机膨胀机或脉管的热学隔离，又兼顾了低温光学系统对红外探测器组件杜瓦和制冷机分别力学支撑要求，解决了传统红外探测器杜瓦制冷组件无法满足低温光学系统要求的低背景、低的制冷功耗和安装过定位的问题。