專利名稱：風(fēng)冷散熱t(yī)ec電制冷ccd杜瓦的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明應(yīng)用于CXD探測器制冷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)冷散熱TEC電制冷CXD杜瓦。
背景技術(shù)：
CXD真空杜瓦通常安裝在天文望遠(yuǎn)鏡的成像焦面，用于裝載CXD探測器對天體目標(biāo)成像觀測。目前天文觀測研究追求更遠(yuǎn)、更暗的天體目標(biāo)，這就要求CXD杜瓦內(nèi)的制冷部件能夠?qū)XD探測器進(jìn)行深度制冷，一般制冷溫度要低至-40 -80°C，才能很好的抑制CCD暗電流和熱噪聲，得到信噪比高的優(yōu)質(zhì)圖像。傳統(tǒng)方法，CXD探測器設(shè)置在液氮真空杜瓦內(nèi)，杜瓦中的CXD相當(dāng)于人的眼睛，放到天文望遠(yuǎn)鏡的成像焦面，利用液氮杜瓦將C⑶探測器的工作溫度降至-50 -100°C，以此來壓制CCD電路的暗電流和熱噪聲，從而得到信噪比更高的光信號圖像。液氮杜瓦的優(yōu)點是冷量足，且沒有任何震動，但是它也具有很多不足之處:第一，在長時間曝光成像時，望遠(yuǎn)鏡需要對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，液氮杜瓦安裝在望遠(yuǎn)鏡后端焦面位置，也會跟隨望遠(yuǎn)鏡同步轉(zhuǎn)動，這就要考慮液氮口的姿態(tài)，防止液氮杜瓦在轉(zhuǎn)到某一角度，加液氮口過低導(dǎo)致液氮外流，損壞望遠(yuǎn)鏡設(shè)備，這樣就導(dǎo)致不能隨時進(jìn)行任意角度觀測。第二，液氮杜瓦體積和質(zhì)量都比較大，它設(shè)計有一個2 3升的液氮腔體在裝載液氮，保證液氮維持一個觀測夜。傳統(tǒng)液氮杜瓦體積一般都在300mm*400mm的圓柱大小,質(zhì)量10約公斤或者更大。較大的質(zhì)量和體積對望遠(yuǎn)鏡負(fù)載設(shè)計要提出明確要求。第三，液氮杜瓦需要每天維護(hù)。液氮杜瓦正常運行時，需要每天添加液氮來保證一個觀測夜的制冷需求，后期設(shè)備運行階段的人工維護(hù)和液氮耗費量都需要考慮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種風(fēng)冷散熱TEC電制冷CXD杜瓦，采用TEC制冷、分子篩長時間維持真空和風(fēng)冷散熱等技術(shù)來保證系統(tǒng)運行時CCD的低溫要求，熱沉散熱表面積大、降溫速度快，絕對制冷溫度低、真空維持時間長，體積小，質(zhì)量輕，便于安裝、控制，能進(jìn)行任意角度觀測，且運行和維護(hù)簡單，可直接用于天文望遠(yuǎn)CXD鏡成像及測光。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種風(fēng)冷散熱TEC電制冷CXD杜瓦，包括真空杜瓦、CXD探測器、TEC制冷器、風(fēng)冷散熱系統(tǒng)、分子篩，所述CCD探測器、TEC制冷器、分子篩設(shè)置在真空杜瓦內(nèi)部；所述TEC制冷器的冷端與CCD探測器熱導(dǎo)通，TEC制冷器的熱端與風(fēng)冷散熱系統(tǒng)熱導(dǎo)通；所述風(fēng)冷散熱系統(tǒng)與真空杜瓦腔體密封連接。優(yōu)選地，所述TEC制冷器的冷端與CCD探測器通過冷指進(jìn)行熱導(dǎo)通，所述冷指的一端與CCD探測器底部接觸，另一端與TEC制冷器冷端接觸。優(yōu)選地，所述分子篩固定設(shè)置在冷指上。
優(yōu)選地，所述風(fēng)冷散熱系統(tǒng)是由熱沉和風(fēng)扇連接組成。優(yōu)選地，所述真空杜瓦包括真空腔體，該真空腔體上部通過玻璃密封壓圈和O型密封圈固定設(shè)置光學(xué)封窗玻璃達(dá)到密封效果；所述真空腔體內(nèi)部設(shè)置CCD探測器、分子篩和TEC制冷器，底部由熱沉密封設(shè)置；所述真空腔體側(cè)壁設(shè)置CCD電路接口、TEC制冷溫控電路接口、杜瓦真空抽口。優(yōu)選地，所述熱沉的上端設(shè)置為平面，通過腔體O型密封圈與真空腔體密封連接，并與真空腔體內(nèi)部的TEC制冷器熱端連接；下端設(shè)置為散熱通道，與風(fēng)扇連接。優(yōu)選地，所述冷指靠近CXD探測器的一端設(shè)有溫度傳感器。優(yōu)選地，上述TEC制冷器為三級TEC制冷片。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:I)本發(fā)明在真空杜瓦腔體內(nèi)設(shè)置CXD探測器、TEC制冷器和優(yōu)選型號的分子篩，通過熱沉直連外部風(fēng)冷散熱系統(tǒng)，利用三級TEC制冷器制冷溫差大、快速簡單制冷、內(nèi)置分子篩長時間維持較高真空度防止熱對流和風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的高效散熱使TEC冷端達(dá)到較低制冷溫度的優(yōu)點，只需要加電就可以達(dá)到強制冷和維持高真空的目的，拋棄了繁瑣的頻繁加注液氮和抽真空的工作，有效解決了原先頻繁操作加液氮的難題。2)本發(fā)明采用TEC制冷器對CXD探測器進(jìn)行制冷，60分鐘內(nèi)可使4000*4000像素，像素尺寸15微米的大面陣CXD溫度降至低于-50°C，降溫速度快，適用于非MPP型CXD短時間快速曝光觀測和MPP型(MO型)CCD的長時間曝光。在電力保證的條件下，本發(fā)明不需要每日進(jìn)行特殊維護(hù)，除電力之外也無其它耗費，節(jié)能環(huán)保。3)本發(fā)明在采用TEC制冷器進(jìn)行制冷的同時，熱端要產(chǎn)生大量的熱，由風(fēng)冷散熱系統(tǒng)及時、高效的散掉，保證TEC達(dá)到足夠的制冷深度。其中風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的熱沉部件由導(dǎo)熱率很高的材料一體加工成型，一端為平面，在與TEC制冷器熱端連接的同時用于封閉真空腔體；另一端一體加工成表面積很大的散熱通道，在杜瓦外跟風(fēng)扇連接，在高速散熱風(fēng)扇的配合下，可將4K*4K大面陣CXD探測器制冷至低于_50°C，有效地散掉TEC制冷器熱端接近100瓦的熱量，結(jié)構(gòu)安全和簡單，系統(tǒng)可靠性高，體積更為小巧，安裝和運行和維護(hù)更為方便。4)本發(fā)明利用分子篩在低溫下能大量吸氣、在高溫下又能將吸附的氣體釋放出來的性質(zhì)，采用分子篩作為氣體吸附劑，通過給分子篩強力制冷，使其吸附能力倍增，可以長時間維持杜瓦較高真空度，經(jīng)過實驗證明通常可將杜瓦真空度維持在10E-5mbar達(dá)6個月，滿足一個冬季觀測季；這種較高的真空狀態(tài)，可以防止氣體對流熱傳遞，有效節(jié)省TEC制冷器的制冷能量，提高對CCD探測器的制冷效率。5)傳統(tǒng)液氮杜瓦有加注液氮的液氮口，為了防止液氮流出，觀測時成像系統(tǒng)不能轉(zhuǎn)至某些角度；本發(fā)明體積小，質(zhì)量輕，可以在任意角度、姿態(tài)工作，便于旋轉(zhuǎn)控制。


圖1為本實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的B-B剖面圖；圖3為杜瓦的真空腔體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述:實施例如圖1、2所示，本實施例包括真空杜瓦1、CXD探測器3、三級TEC制冷片6、風(fēng)冷散熱系統(tǒng)7、分子篩5 ;如圖1、3、4所示，所述風(fēng)冷散熱系統(tǒng)7是由熱沉11和風(fēng)扇14連接組成。如圖1、3所示，所述真空杜瓦I包括真空腔體13，該真空腔體13上部通過玻璃密封壓圈8和玻璃O型密封圈9固定設(shè)置光學(xué)封窗玻璃10，達(dá)到密封效果；所述真空腔體13內(nèi)部設(shè)置CXD探測器3、分子篩5和三級TEC制冷片6，底部由熱沉11密封設(shè)置；所述熱沉11的上端設(shè)置為平面，通過腔體O型密封圈12與真空腔體13密封連接，并與真空腔體13內(nèi)部的三級TEC制冷片6的熱端連接進(jìn)行熱傳導(dǎo)；熱沉11的下端加工成表面積很大的散熱通道，在真空杜瓦I外與風(fēng)扇14連接，熱沉11上有安裝孔位，風(fēng)扇14用螺栓連接散熱通道。所述真空腔體13側(cè)壁設(shè)置CXD電路接口 15、TEC制冷溫控電路接口 16、杜瓦真空抽口17。如圖2所示，所述三級TEC制冷片6的冷端與CXD探測器3通過冷指2進(jìn)行熱導(dǎo)通，所述冷指2的一端與CXD探測器3底部接觸，另一端與三級TEC制冷片6冷端接觸。所述分子篩5固定設(shè)置在冷指2上。所述冷指2靠近CCD探測器3的一端連接溫度傳感器4，用于檢測CCD探測器3溫度，根據(jù)探測的溫度進(jìn)行溫控。所述三級TEC制冷片6的熱端與風(fēng)冷散熱系統(tǒng)7熱導(dǎo)通，進(jìn)行強力散熱。使用時，將所述CXD電路接口 15和TEC制冷溫控電路接口 16分別焊接在各自的航空密封插座上，保證真空杜瓦I內(nèi)、外電路正確連接。安裝CXD探測器3，密封真空杜瓦1，將風(fēng)扇14安裝在真空杜瓦I底部熱沉11上；連接外部電路航空插座；將真空杜瓦I安裝在望遠(yuǎn)鏡后端，保證CXD成像靶面嚴(yán)格位于望遠(yuǎn)鏡成像焦面。使用真空泵連接杜瓦真空抽口 17,將真空杜瓦I真空度抽至10E_2mbar以上,關(guān)閉杜瓦抽口閥門和真空泵。開啟TEC制冷控制器電路，同時開啟風(fēng)扇14散熱，所述三級TEC制冷片6通電后一端變冷一端變熱，冷端和熱端會有一個溫度差。冷端與CCD探測器3熱導(dǎo)通，熱端與風(fēng)冷散熱系統(tǒng)7熱導(dǎo)通，三級TEC制冷片6熱端的熱量被風(fēng)冷散熱系統(tǒng)7帶走，熱量傳遞效率更高，導(dǎo)熱效果更好，且不會有大量熱量積累，如此熱端通過風(fēng)冷散熱系統(tǒng)7的熱量不斷被帶走，使得冷端連接的CCD探測器3的溫度降的更低。所述分子篩5固定設(shè)置在冷指2上通過三級TEC制冷片6制冷進(jìn)行熱傳導(dǎo)降溫，在10E-2mbar真空度以上開始吸附真空腔體內(nèi)的殘留大氣成分和真空內(nèi)線纜等部件揮發(fā)物，分子篩溫度越低，分子篩的吸附能力越強，分子篩可以將真空度提高到10E-6mbar或10E-6mbar以上，這種較高的真空狀態(tài)，可以防止氣體對流熱傳遞，有效節(jié)省三級TEC制冷片6的制冷能量，提高對CCD探測器3的制冷效率。在真空和低溫的環(huán)境下，CXD探測器3的暗電流和熱噪聲被壓制，能夠捕捉極為微弱的電信號，用于觀測探極暗、極遠(yuǎn)發(fā)光星體。本發(fā)明上述實施例僅為本專利較好的實施方式，凡采用本技術(shù)方案描述的構(gòu)造、特征及在其精神原理上的變化、修飾均屬于本專利的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)冷散熱TEC電制冷C⑶杜瓦，其特征在于:包括真空杜瓦(1)、(XD探測器(3)、TEC制冷器、風(fēng)冷散熱系統(tǒng)(7)、分子篩(5)，所述CCD探測器(3)、TEC制冷器、分子篩(5)設(shè)置在真空杜瓦⑴內(nèi)部；所述TEC制冷器的冷端與CCD探測器(3)熱導(dǎo)通，TEC制冷器的熱端與風(fēng)冷散熱系統(tǒng)(7)熱導(dǎo)通；所述風(fēng)冷散熱系統(tǒng)(7)與真空杜瓦腔體(I)密封連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)冷散熱TEC電制冷CCD杜瓦，其特征在于，所述TEC制冷器的冷端與CCD探測器(3)通過冷指(2)進(jìn)行熱導(dǎo)通，所述冷指(2)的一端與CCD探測器(3)底部接觸，另一端與TEC制冷器冷端接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)冷散熱TEC電制冷CCD杜瓦，其特征在于:所述分子篩(5)固定設(shè)置在冷指(2)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)冷散熱TEC電制冷CCD杜瓦，其特征在于:所述風(fēng)冷散熱系統(tǒng)⑵是由熱沉(11)和風(fēng)扇(14)連接組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的風(fēng)冷散熱TEC電制冷CCD杜瓦，其特征在于，所述真空杜瓦(I)包括真空腔體(13)，該真空腔體(13)上部通過玻璃密封壓圈⑶和O型密封圈(9)密封固定設(shè)置光學(xué)封窗玻璃(10);所述真空腔體(13)內(nèi)部設(shè)置CXD探測器(3)、分子篩(5)和TEC制冷器，底部由熱沉(11)密封；所述真空腔體(13)側(cè)壁設(shè)置CCD電路接口(15)、TEC制冷溫控電路接口(16)、杜瓦真空抽口(17)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)冷散熱TEC電制冷CCD杜瓦，其特征在于:所述熱沉(11)的上端設(shè)置為平面，通過腔體O型密封圈(12)與真空腔體(13)密封連接，并與真空腔體(13)內(nèi)部的TEC制冷器熱端連接；下端設(shè)置為散熱通道，與風(fēng)扇(14)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)冷散熱TEC電制冷CCD杜瓦，其特征在于:所述冷指(2)靠近CCD探測器(3)的一端設(shè)有溫度傳感器(4)。
8.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的風(fēng)冷散熱TEC電制冷CCD杜瓦，其特征在于:所述的TEC制冷器采用三級TEC制冷片(6)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種風(fēng)冷散熱TEC電制冷CCD杜瓦，包括真空杜瓦(1)、CCD探測器(3)、TEC制冷器、風(fēng)冷散熱系統(tǒng)(7)、分子篩(5)，所述CCD探測器(3)、TEC制冷器、分子篩(5)設(shè)置在真空杜瓦(1)內(nèi)部；所述TEC制冷器的冷端與CCD探測器(3)熱導(dǎo)通，TEC制冷器的熱端與風(fēng)冷散熱系統(tǒng)(7)熱導(dǎo)通；所述風(fēng)冷散熱系統(tǒng)(7)與真空杜瓦腔體(1)密封連接。本發(fā)明采用TEC制冷、分子篩長時間維持真空和風(fēng)冷散熱等技術(shù)來保證系統(tǒng)運行時CCD的低溫要求，熱沉散熱表面積大、降溫速度快，絕對制冷溫度低、真空維持時間長，體積小，質(zhì)量輕，便于安裝、控制，能進(jìn)行任意角度觀測，且運行和維護(hù)簡單，可直接用于天文望遠(yuǎn)CCD鏡成像及測光。
文檔編號F25B21/02GK103090586SQ201310018009
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者賈磊 申請人:賈磊