制冷机姿态变化对组件输出均匀性的影响

分置式斯特林制冷机是红外探测器组件常用的制冷方式,具有冷量大,寿命长等特点。本文以耦合分置式斯特林制冷机的长波576×6碲镉汞红外探测器组件为例,进行了姿态翻转时的探测器组件均匀性变化试验,表征斯特林制冷机在不同翻转姿态情况下对探测器组件输出非均匀性的影响,并提出了优化耦合尺寸以及驱动控制器的方法。     

红外探测器组件制冷参数分析

全面深入了解红外探测器组件制冷需求对促进红外探测器组件应用具有重要意义。本文详细分析了红外探测器组件应用中和斯特林制冷机相关的技术参数,主要有红外探测器组件外形尺寸、重量、红外探测器工作温度、制冷时间、输入功率、控温精度、机械噪声、环境适应性和可靠性等,并结合工程实际应用,指出了红外探测器组件应用中斯特林制冷机选型要重点关注的问题以及红外探测器组件制冷参数设计方法,为更好地应用红外探测器组件提供参考。     

红外探测器用旋转集成式斯特林制冷机失效分析

以一款制冷量为0.4 W的XD-2A型旋转集成式斯特林制冷机为例,介绍其耦合红外焦平面探测器杜瓦组件后,在实际使用过程中遇到的一些故障现象。通过故障机理分析,给出了故障的解决或控制措施,方便用户及时排查与制冷机、驱动电路及红外焦平面探测器杜瓦组件相关的故障原因。文中介绍的一些故障现象、机理分析及解决和控制措施同样也适用其他型号的旋转集成式斯特林制冷机。     

基于定子隔离技术的旋转集成式斯特林制冷机的优化研究

以一款制冷量为04W/77 K的小型化旋转集成式斯特林制冷机为研究对象,优化其结构,将定子隔离技术应用于该款制冷机中。优化后的制冷机避免了定子外壳玻璃-金属封接处气体泄漏的风险,同时也降低了制冷工质气体污染导致制冷机失效的可能性。通过制冷机与探测器联试数据,表明该样机性能可满足红外探测器组件应用需求,达到了预期优化研究目的。     

高德红外RS058旋转式斯特林制冷机设计及性能

斯特林制冷机被广泛用于机载、舰载、装甲车等项目的红外武器装备上,是现代国防非常重要的尖端技术产品之一,实现高性能斯特林制冷机的国产化具有重要战略意义。RS058是高德红外研制的微型旋转式斯特林制冷机系列产品之一,适合中面阵、大面阵探测器使用,本文主要论述制冷机的设计方法及实际性能。在现有0.5 W@77 K规格制冷机的基础上,结合了包括热力学、动力学和驱动控制等在内的理论计算和试验验证,RS058实现了更好的制冷性能,卡诺效率达到6.20%,能够满足制冷红外探测器的使用和国产化需要。     

微型斯特林制冷机技术研究

微型斯特林制冷机可广泛应用于气象、军事、航空航天、低温电子学、低温医学等领域.其中最主要的应用是冷却红外探测器系统的红外探测器器件,包括为各类探测器提供77 K或更低的低温工作环境,保证探测器功能正常,提高红外探测器的灵敏度和分辨率,减小来自光学滤光片、冷屏及光学系统本身的热噪声.微型斯特林制冷机已成为高性能红外热成像系统中必不可少的重要组成部分.简述了斯特林制冷机的国内外发展情况、市场前景.同时,通过对斯特林制冷机的专利现状调研、分析,给出了斯特林制冷机专利战略的一些定位的思考及建议.     

长波多元线列光导碲镉汞红外探测器实用化组件

本文报导探测器／微杜瓦，１．７５Ｗ／８０Ｋ分置式斯特林制冷机和大动态，低频，低噪音，低源阻集成前置放大器组成的全国产化工程化１６０元双排线列光导碲镉汞红外探测器组件和分置式斯特林制冷机制的１２０元单排线列光导碲镉汞红外探测器组件性能；简述组件芯片制造工艺，组件中探测器芯片，微杜瓦，网络电阻排，吸气剂，测温二极管和微型连接器间的组装技术；介绍组件机械耦合技术和总体联调技术。     

一种高分辨率红外探测器组件的扰动抑制设计

随着空间遥感技术的快速发展,高分辨率的超大规模拼接类红外探测器的空间应用需求加大.但此类探测器组件的制冷机在工作时扰动明显,这会影响探测器的成像质量,因此需对该扰动进行抑制,以保证探测器组件的在轨工作状态.介绍了一种首次为超大规模红外探测器组件引入自身减振设计结构并验证有效的研究成果.项目根据获得的制冷机扰动测试结果,...     

杜瓦/快速起动节流制冷器集成体及杜瓦/斯特林循环制冷机集成体

红外探测器必须在大约80K低温下才能正常工作。因此,它一定要装在杜瓦中,而且要有节流制冷器或制冷机给其提供低温环境。随着红外技术的迅速发展,出现了杜瓦/快速起动节流制冷器集成体和杜瓦/斯特林循环制冷机集成体。杜瓦/快速起动节流制冷器集成体将杜瓦与快速起动节流制冷器制做为一体,消除了原与节流制冷器相配合的杜瓦芯柱,降低了能耗,诚小了体积,减轻了质量。这种集成体中的快速起动节流制冷器是以玻璃为材料的平面状快速起动节流制冷器,它采用两级制冷,第一级选用氮-碳氢化合物混合气体为工质,第二级选用纯氮气体为工质,在快速起动节流制冷器內装有微型喷射泵,这样,不仅提高了节流制冷器制冷效率,而且可使快速起动节流制冷器制冷温度达70K以下,有利地提高了红外探测器的工作性能。杜瓦/斯特林循环制冷机集成体将杜瓦与斯特林循环制冷机制做为一体,斯特林循环制冷机冷指与杜瓦芯柱合二为一,红外探测器直接安装于斯特林循环制冷机冷指之上,消除了芯柱热传导、斯特林循环制冷机与杜瓦之间连接的热偶合器及其产生的热阻,较大地降低了系统能耗,减少了斯特林循环制冷机体积,减轻了斯特林循环制冷机质量。     

斯特林制冷机的电磁兼容性问题研究

斯特林制冷机的电磁兼容性问题是导致红外凝视相机探测性能下降的一个重要原因。对斯特林制冷机的电磁干扰进行研究,在此基础上进行了电磁兼容性设计,减小了电磁辐射干扰,提高了凝视相机的探测性能,对于红外探测器意义重大。通过制冷机改进之后的图像信噪比验证了设计的成功。     

整体式斯特林制冷机机械噪声分析与控制对策

应用于军事侦查领域的红外焦平面探测器制冷组件要求低机械噪声。为降低整体式斯特林制冷机的机械噪声,需要针对噪声产生的原因进行分析。在定位压缩弹簧设计不合理和轴承装配工艺不当导致制冷机机械噪声偏大后,通过优化设计和装配工艺,减少了制冷机在实际应用中的不利影响,制冷机机械噪声这一性能指标满足了用户的应用需求。     

大面阵红外焦平面杜瓦冷指支撑结构设计

空间红外相机为提高成像质量,采用脉冲管制冷机对大面阵红外探测器进行制冷和杜瓦封装,形成杜瓦组件,使探测器工作在深低温环境下。冷指与热端之间仅靠脉冲管的薄壁结构连接,径向支撑刚度偏低,无法承受卫星发射阶段的振动,需对冷指增加支撑结构;但为提高制冷效率,又需要尽量增大连接探测器的冷指与制冷机热端之间的结构热阻,以减少结构间漏热。传统的方案是在冷指与热端之间增加金属支撑柱,但该结构会带来附加的漏热,且因为连接刚度较大,会由于装配及加工误差在脉冲管焊缝处产生较大的结构应力,影响组件性能。提出一种基于玻璃纤维束的冷指支撑结构,利用玻璃纤维束的高抗拉刚度及低抗弯刚度提高冷指径向支撑刚度的同时减小其在轴向上的结构应力;同时,玻璃纤维束的超低导热系数和小截面面积可以极大的提高结构热阻,显著减小附加漏热。与传统方案相比,玻璃纤维束支撑加强结构在提高冷指支撑刚度同时,将冷指与热端之间的结构热阻增大为原来的3 730倍,解决了冷指支撑加强结构既要求抗振性能好、又要求漏热小的难题,可适用于各种类型的大面阵红外探测器的杜瓦冷指支撑结构。     

低温光学用杜瓦柔性外壳结构热力特性研究

为了满足低温光学系统低背景、低功耗和红外探测器制冷组件高环境适应性的要求,提出了探测器制冷组件杜瓦主体（窗口、窗口帽和引线盘） 200 K低温保持,与制冷机膨胀机或脉管散热面柔性绝热连接的设计思想。针对低温光学用杜瓦柔性外壳工程应用中的特点,文中以某低温光学用长波12.5 μm 2 000元红外探测器杜瓦组件以例,提出了波纹管作为绝热连接的柔性外壳,重点阐述杜瓦柔性波纹管隔热、力学和相关漏热的设计,并开展不同热负载条件下波纹管热特性验证,可实现最小温度梯度为37.22 K,绝热热阻为1142 K/W,误差在37%。为综合评价低温光学用柔性外壳结构杜瓦组件的性能,对某低温光学用长波12.5 μm 2 000元探测器柔性外壳杜瓦组件开展热真空和鉴定级的力学试验考核验证,试验结果表明实现了200 K低温窗口,探测器60 K工作,杜瓦漏热为544 mW,低温工况工作时相对于常温工况制冷机的功耗下降了53%,并通过了4 g的随机力学考核,验证了低温光学用杜瓦柔性波纹管外壳模型合理可行,对于后续低温光学用杜瓦柔性外壳结构工程应用提供了重要参考。     

基于高导热碳纤维的HgCdTe大面阵探测器热适配结构在空间红外遥感相机中的应用

HgCdTe面阵探测器是空间红外遥感相机的关键部件,随着性能需求的不断提高,器件的规模尺寸不断扩大。HgCdTe面阵探测器在常温下与承载板进行装配,但在深冷状态下工作,需要耐受200 K左右的温度波动。由于探测器与承载板的线膨胀系数不匹配,温度波动会引起探测器翘曲变形,变形严重时,将导致探测器损伤。提出基于高导热碳纤维的HgCdTe大面阵探测器热适配结构,以碳纤维的轴向高热导率降低结构热阻,以碳纤维的极小抗弯截面模量实现热适配结构两端面间的刚度解耦。相对于探测器与承载板直粘,引入基于高导热碳纤维的热适配结构后,探测器与承载板间的热阻仅增加了约1%,而探测器热失配翘曲变形衰减了99.9%,解决了大面阵探测器与承载板间的热失配翘曲变形损伤问题。并对基于碳纤维的热适配结构制备工艺方案进行了简单介绍。     

斯特林制冷机回热器的热损失理论分析及实验研究

回热器是斯特林制冷机的核心部件,其性能优劣对斯特林制冷机的性能有决定性影响。对斯特林制冷机回热器的各项热损失（主要包括有限传热损失、 流动压降损失、 空容积损失等）进行了理论分析,并通过实验研究了增加丝网数量和采取不同丝网填充方式对回热器性能的影响。结果表明,增加丝网数量可以有效提高制冷机的性能,采取冷端布置400目丝网和热端布置少量100目丝网的混合丝网布置方式达到的效果最好,为斯特林制冷机的回热器性能优化提供了依据。     

一种透射式低温光学系统的设计与验证

由于能够减小系统自身的热噪声和提高系统信噪比,低温光学是实现高灵敏度红外探测的必要手段。提出了一种将脉冲管制冷机用作冷源的透射式低温光学系统。这种新型低温光学系统可用于体积和重量受限而又需要进行高灵敏度红外探测的场合。从光学设计、光机结构设计和内部热噪声分析等方面说明了透射式低温光学系统的设计过程。搭建了用于对脉冲管制冷机冷却光学系统的可行性进行验证的试验系统,并从系统内部热噪声的角度对低温光学的有效性进行了验证。实验结果表明,经过3 h,透镜温度由300 K降至设计温度150 K,继续降温则可达到最低温度105 K。测试过程中,透镜保持完好,验证了将脉冲管制冷机用作冷源的可行性。用黑体和320×256元碲镉汞探测器对光学系统自身的热噪声进行了测试。结果表明,当光学系统的温度从300 K降至215 K时,其自身热辐射减少了75%。这与理论分析结果一致,验证了低温光学降噪的有效性。     

非制冷红外成像数字组件的关键设计

近几年随着热成像技术的快速发展。实用化、低成本、高可靠的非制冷焦平面阵列红外探测器应用研发已成为热成像领域最令人关注的焦点之一。并有大量应用产品问世。本文以法国SOFRADIR公司8—12μm非制冷焦平面探测器IDML073-XX-V3为原型。采用DSP、FPGA、探测器的数字驱动和控制等大量新技术实现了红外实时成像。论述了非制冷焦平面探测器技术指标、控制信号以及成像总体技术和实现方法。并重点说明了DSP和FPGA数字信号处理电路的功能和设计方法。以及探测器数字温控原理。该组件结构紧凑、成像清晰、性能稳定,并能满足工业级的使用要求。     

微型红外探测器组件快速冷却过程数值模拟分析

随着探测技术的飞速发展,红外探测器获得了越来越广泛的应用.对一种快速启动的微型红外探测器内部结构进行了数值模拟和传热计算.模拟结果表明:接触热阻对探测器组件冷却过程和时间的影响显著,通过调整接触热阻的大小,探测器芯片冷却到90 K所用的时间在4~10 s之间变动.初始环境温度和光阑表面发射率对芯片的冷却效果影响不大.节流冷头温度的变化对探测器组件冷却影响较大,当节流冷头温度下降较慢时,其对芯片启动时间影响较大.在实验过程中可以通过优化接触热阻和节流冷头这两个因素来提高探测器组件冷却效果,从而达到更高的要求.     

某低轨倾斜轨道相机热控系统设计与验证

某新型对地观测空间相机已随新技术试验星成功发射入轨。相机运行于低轨倾斜圆轨道为非太阳同步轨道,其面临的空间外热流变化非常复杂。为了保证相机在轨稳定工作,光学系统和承力结构需要具有较高的温度稳定性,低温红外探测器需要配备大功率制冷机。复杂的外热流环境和高稳定度的指标要求给热控系统的设计研制带来了极大的挑战。根据任务特点和需求,对热控研制任务展开了分析,提出了借助卫星平台姿态规避,间接辐射控温以及±X侧耦合散热面等热控措施。热平衡试验与在轨飞行实测数据表明,相机光学系统的温度水平保持在（18±2） ℃范围内,稳定度优于±0.3 ℃/轨,满足相机各项温度指标,证明相机热控设计方案合理可行,相机在轨工作条件良好。     

基于COB技术的LED散热性能分析

当前,散热问题已成为影响LED寿命、光效、光衰和色温等技术参数的重要因素。文章在综合分析散热技术和LED封装对散热性能影响的基础上,利用COB(板上芯片)封装技术,将LED芯片直接封装在铝基板上,研制成了一种基于COB封装技术的LED。与SMD封装LED进行比较,分析了其散热性能。分析结果表明:基于COB封装技术的LED减少了LED器件的结构热阻和接触热阻,使其具有良好的散热性能。