[发明专利]一种半球谐振陀螺吸气剂散热装置及散热方法

说明书

本发明涉及半球谐振陀螺仪领域，具体涉及一种半球谐振陀螺吸气剂散热装置及散热方法，一种半球谐振陀螺吸气剂散热装置，包括：吸气剂、半球谐振陀螺密封外壳、包裹式吸气剂热量收集/传导装置和水冷散热系统，密封外壳内部为真空腔室，包裹式吸气剂热量收集/传导装置通过钎焊接在半球谐振陀螺的密封外壳内壁；所述吸气剂设置于包裹式吸气剂热量收集/传导装置内部，吸气剂包括两个引脚，两个引脚通过绝缘子通往腔室外部；所述水冷散热系统设置在内壁焊接有包裹式吸气剂热量收集/传导装置的密封外壳一侧外壁，水冷散热系统通过水流循环带走并散发半球谐振陀螺密封外壳的热量。

技术领域

本发明涉及半球谐振陀螺仪领域，具体涉及一种半球谐振陀螺吸气剂散热装置及散热方法。

背景技术

半球谐振陀螺是一种全固态振动陀螺仪，它由高品质的熔石英玻璃材料，通过精密的机械加工，再配合复杂的辅助工艺制作而成。半球谐振陀螺具有可靠性高、精度高、寿命长、抗辐照能力强等优点，特别是它独有的长达15年以上的工作寿命特点，使其非常适合空间飞行器、卫星等空间应用场合，是宇航高可靠应用领域首选陀螺仪。

半球谐振陀螺核心关键部件是半球谐振子，谐振子在四波腹驻波模态下振动时，其驻波位置角与载体在空间的旋转相关，通过检测驻波位置角即可获得载体的空间旋转信息。为保证驻波的精确稳定，谐振子必须达到很高的品质因数即Q值，Q值定义为振荡所具有的能量与每个周期损耗的能量之比，因此，减小能量损耗是提高半球谐振子Q值的关键。半球谐振子振动能量损耗主要源于石英材料内摩擦力、表面质量缺陷、膜层损耗、空气阻尼等。为了减小空气阻尼对谐振子的能量损耗，半球谐振子必须置于真空环境中，且必须对真空环境进行长期维持以保证陀螺仪精度稳定不下降。这就需要在半球谐振陀螺真空腔室内配置吸气剂，用以吸附残留在各种材料中的残余气体以及材料微量泄漏进入的气体。

半球谐振陀螺通常选用非蒸散型吸气剂，它主要以锆或钛为基体，按一定比例和其它金属熔炼制成合金或混合粉末烧结而成。吸气剂在吸气之前，必须在真空气氛下进行加热处理，清除表面存在的钝化膜，露出新鲜金属层才能发挥吸气体功能，此过程即为激活。由于吸气剂合金材料具有导电性，通过对吸气剂施加电压可以让吸气剂发热，达到给定的温度并保持一定时间即可实现吸气剂激活。吸气剂激活时中心温度高达几百摄氏度，在真空中热量除了很小一部分以从引线以传导方式到达外壳外，其余大量热能以辐射方式向四周扩散，相当大部分被陀螺内部构件吸收，导致内部构件温度升高。工艺实践证明，吸气剂激活过程由于施加的电功率较大，持续时间较长，半球谐振陀螺真空腔室中缺乏热量传导途径，容易导致半球谐振陀螺内部温度过高，如果措施不当会融化内部焊料，出现装配精度丧失，陀螺功能失效等严重问题。此外，吸气剂激活过程会释放气体，一次性进行大功率激活不仅导致激活温度高，也会超过真空排气系统的排气能力造成真空泵损伤。

发明内容

为了解决上述半球谐振陀螺真空腔室中由于缺乏热量传导途径而导致的半球谐振陀螺内部温度过高的问题，本发明提供一种半球谐振陀螺吸气剂散热装置及散热方法，该装置可以保证在半球谐振陀螺吸气剂激活过程中陀螺内部温度不超限。

一种半球谐振陀螺吸气剂散热装置，包括：吸气剂3、半球谐振陀螺密封外壳4、包裹式吸气剂热量收集/传导装置8和水冷散热系统，密封外壳4内部为真空腔室2，包裹式吸气剂热量收集/传导装置8通过钎焊接在半球谐振陀螺的密封外壳4内壁；所述吸气剂3包裹于包裹式吸气剂热量收集/传导装置8内部，且吸气剂3与包裹式吸气剂热量收集/传导装置8内壁无接触；吸气剂3包括两个引脚5，两个引脚5通过密封外壳4上的绝缘子6通往真空腔室2外部；所述水冷散热系统设置在内壁焊接有包裹式吸气剂热量收集/传导装置8的密封外壳4外侧，水冷散热系统8通过水流循环带走并散发半球谐振陀螺密封外壳4内部的热量。

进一步的，包裹式吸气剂热量收集/传导装置8为柱体，柱体中表面积最大的一个平面焊接在半球谐振陀螺的密封外壳4内壁，柱体上方包括一个平面9。