專(zhuān)利名稱(chēng)：一種小型紅外系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種小型紅外系統(tǒng)，尤其涉及紅外光學(xué)系統(tǒng)和熱像儀的溫控設(shè) 計(jì)。
背景技術(shù)：
隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，紅外設(shè)備也逐步向小型化、寬溫度范圍等方向發(fā)展，對(duì)紅外 光學(xué)系統(tǒng)的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。常用的大型紅外光學(xué)系統(tǒng)通常采用制冷式紅外熱像儀， 可以確保紅外系統(tǒng)在較大溫度范圍內(nèi)的可靠安全的工作。但是對(duì)于小型的紅外系統(tǒng)而言， 受到外形尺寸和重量的限制，一般采用非制冷式紅外熱像儀。對(duì)于非制冷式熱像儀，要確保 大溫度范圍內(nèi)的可靠工作，必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié)或進(jìn)行消熱設(shè)計(jì)。目前對(duì)于紅外光學(xué)系統(tǒng)的消熱技術(shù)主要有三大類(lèi)第一類(lèi)是機(jī)械被動(dòng)式。它利用 對(duì)溫度敏感的機(jī)械材料或者記憶合金，使一個(gè)或一組透鏡產(chǎn)生軸向位移，從而補(bǔ)償由于溫 度變化引起的像面位移。這種方式由于增加了較多的機(jī)械補(bǔ)償部件，故使得系統(tǒng)的體積變 大，重量增加。第二類(lèi)是電子主動(dòng)式，它利用溫度傳感器探測(cè)出溫度的變化量，然后計(jì)算出溫度 變化引起的像面位移，借助電機(jī)驅(qū)動(dòng)透鏡產(chǎn)生軸向位移，以達(dá)到補(bǔ)償效果。這種方式需要電 源、電子線(xiàn)路、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等電子設(shè)備，導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性下降，尤其是在航空、航天等力學(xué)、 溫度環(huán)境比較惡劣的領(lǐng)域，應(yīng)用性不高。第三類(lèi)是光學(xué)被動(dòng)式，它利用光學(xué)材料熱特性之間的差異，通過(guò)不同特性材料之 間的合理組合以消除溫度的影響，從而獲得穩(wěn)定像面的效果。但單純利用紅外材料的不同 來(lái)進(jìn)行消熱進(jìn)而達(dá)到像面穩(wěn)定的目的，具有一定的局限性，也限制了更大范圍的不同紅外 光學(xué)鏡頭的光學(xué)設(shè)計(jì)。上述三類(lèi)消熱技術(shù)只是針對(duì)紅外光學(xué)系統(tǒng)本身而言，并沒(méi)有考慮紅外熱像儀對(duì)溫 度的敏感性和適應(yīng)性。紅外系統(tǒng)中電路處理系統(tǒng)采用的元器件較多，功耗較大，內(nèi)部產(chǎn)生熱 量累積后將會(huì)對(duì)紅外熱像儀成像產(chǎn)生較大的影響，因此內(nèi)部熱量的吸收提取對(duì)紅外系統(tǒng)成 像是必要的。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在提供一種小型紅外系統(tǒng)，以消除現(xiàn)有技術(shù)中紅外系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生熱 量累積以及環(huán)境變化對(duì)紅外熱像儀成像質(zhì)量產(chǎn)生的不利影響。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種小型紅外系統(tǒng)，包括紅外鏡頭、紅外熱像儀、電路處理系統(tǒng)和灌封有石蠟的鋁 合金制環(huán)狀散熱腔體；所述鋁合金制環(huán)狀散熱腔體與紅外鏡頭、紅外熱像儀和電路處理系 統(tǒng)均緊密接觸且剛性連接。上述石蠟僅灌封于所述鋁合金制環(huán)狀散熱腔體的外腔內(nèi)；當(dāng)然，灌封石蠟時(shí)應(yīng)當(dāng) 保證散熱腔體中留有足夠的熱脹冷縮的空間。內(nèi)腔自然形成空氣填充或真空環(huán)境。[0011]上述紅外鏡頭的前部通過(guò)軸向的螺釘與所述鋁合金制環(huán)狀散熱腔體的內(nèi)腔的前 端固定；在所述內(nèi)腔中，紅外鏡頭的后方光路上設(shè)置對(duì)應(yīng)的所述紅外熱像儀；所述電路處 理系統(tǒng)通過(guò)導(dǎo)熱板與所述鋁合金制環(huán)狀散熱腔體的后端固定連接。上述鋁合金制環(huán)狀散熱腔體剛性連接的紅外熱像儀和電路處理系統(tǒng)均是采用螺 釘軸向固定。這樣既便于安裝固定，同時(shí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也較好。上述外腔是直接精密鑄造成形的鋁合金空腔。這樣，材料的致密性和灌注石臘后 的密封性較好，可避免安裝后石臘液體的外泄造成熱像儀的污染或其他危險(xiǎn)事故。上述鋁合金制環(huán)狀散熱腔體前部端面的外腔對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有石蠟灌封預(yù)留口，該 預(yù)留口由專(zhuān)用螺紋堵帽涂膠封堵。上述石蠟選擇比熱容(2. 14 2. 9) J/g · K、溶化潛熱QOO 220) J/g、石蠟密度 (0. 88 0. 915) g/cm3)的全精煉石蠟。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本裝置將紅外鏡頭和紅外熱像儀組合連接在一起，設(shè)計(jì)出了兩級(jí)空腔結(jié)構(gòu)，通 過(guò)相變材料對(duì)熱量的吸收和釋放來(lái)確保系統(tǒng)內(nèi)部的溫度穩(wěn)定。2、相變腔體可以充分利用有效空間形成較大的內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)用以存儲(chǔ)石臘。由于 該腔體為精密鑄造成形，材料的致密性和灌注石臘后的密封性較好，可避免安裝后石臘液 體的外泄造成熱像儀的污染或其他危險(xiǎn)事故。3、考慮到設(shè)備的小型化需求，熱脹特性及控溫范圍的嚴(yán)格要求，本實(shí)用新型選擇 的石蠟品種具備高效儲(chǔ)熱性能。

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為相變腔體結(jié)構(gòu)立體示意圖(前視方向)；圖3為相變腔體結(jié)構(gòu)剖視示意圖。附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明1-鋁合金制環(huán)狀散熱腔體，101-外腔，102-內(nèi)腔，103-石蠟相變材料，2_紅外鏡 頭，3-紅外熱像儀，4-電路處理系統(tǒng)，5-石蠟灌封預(yù)留口。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型實(shí)際上提供了一種在小型紅外系統(tǒng)中，利用相變材料對(duì)內(nèi)部元器件產(chǎn) 生的熱量進(jìn)行吸收，對(duì)紅外光學(xué)系統(tǒng)和紅外熱像儀進(jìn)行溫度控制的裝置。本裝置將紅外鏡 頭和紅外熱像儀組合連接在一起，通過(guò)相變材料對(duì)熱量的吸收和釋放來(lái)確保系統(tǒng)內(nèi)部的溫 度穩(wěn)定，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。紅外熱像儀通過(guò)螺釘和腔體進(jìn)行剛性連接，同時(shí)電路處理 系統(tǒng)也通過(guò)螺釘和腔體后端面連接。紅外鏡頭安裝在腔體的內(nèi)部，通過(guò)螺釘在像面調(diào)清晰 后用螺釘固定。腔體與紅外鏡頭、熱像儀和電路處理系統(tǒng)均是剛性接觸連接，皆其接觸面皆 具有良好的熱傳導(dǎo)能力，這有利于快速高效的吸收電路處理系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，確保內(nèi)部系 統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性。由于系統(tǒng)元器件一般較多，電路印制板尺寸相對(duì)較大，同時(shí)由于小型系統(tǒng) 中紅外鏡頭和熱像儀尺寸較小，本相變腔體可以充分利用有效空間形成較大的內(nèi)部空腔結(jié) 構(gòu)用以存儲(chǔ)石臘。由于該腔體為精密鑄造成形，材料的致密性和灌注石臘后的密封性較好，可避免安裝后石臘液體的外泄造成熱像儀的污染或其他危險(xiǎn)事故。該小型紅外系統(tǒng)，包括紅外鏡頭、紅外熱像儀、電路處理系統(tǒng)和灌封有石蠟的鋁合 金制環(huán)狀散熱腔體；鋁合金制環(huán)狀散熱腔體與紅外鏡頭、紅外熱像儀和電路處理系統(tǒng)均緊 密接觸且剛性連接。石蠟僅灌封于所述鋁合金制環(huán)狀散熱腔體的外腔內(nèi)；當(dāng)然，灌封石蠟時(shí) 應(yīng)當(dāng)保證散熱腔體中留有足夠的熱脹冷縮的空間。內(nèi)腔自然形成空氣填充或真空環(huán)境。紅 外鏡頭的前部通過(guò)軸向的螺釘與所述鋁合金制環(huán)狀散熱腔體的內(nèi)腔的前端固定；在所述內(nèi) 腔中，紅外鏡頭的后方光路上設(shè)置對(duì)應(yīng)的所述紅外熱像儀；所述電路處理系統(tǒng)通過(guò)導(dǎo)熱板 與所述鋁合金制環(huán)狀散熱腔體的后端固定連接。鋁合金制環(huán)狀散熱腔體剛性連接的紅外熱 像儀和電路處理系統(tǒng)也均是采用螺釘軸向固定。這樣既便于安裝固定，同時(shí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也 較好。上述外腔是直接精密鑄造成形的鋁合金空腔。這樣，材料的致密性和灌注石臘后 的密封性較好，可避免安裝后石臘液體的外泄造成熱像儀的污染或其他危險(xiǎn)事故。上述鋁 合金制環(huán)狀散熱腔體前部端面的外腔對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有石蠟灌封預(yù)留口，該預(yù)留口由專(zhuān)用螺 紋堵帽涂膠封堵。本紅外系統(tǒng)溫控裝置采用鋁合金精密空腔結(jié)構(gòu)，內(nèi)部存儲(chǔ)相變材料的空腔直接精 密鑄造成形。將石臘熔化后，通過(guò)在預(yù)留口位置灌注在腔體內(nèi)部，直到平放時(shí)液體面達(dá)到三 個(gè)預(yù)留口時(shí)用專(zhuān)用螺紋堵帽涂膠對(duì)灌注口封死，相變腔體結(jié)構(gòu)立體圖如圖2所示?？紤]到設(shè)備的小型化需求，熱脹特性及控溫范圍的嚴(yán)格要求，本裝置中相變材料 選擇石蠟，其溶化溫度在50°C 60°C。石蠟主要成份是C、H兩種元素的物質(zhì)混合而成，其化學(xué)式CxHy，又稱(chēng)晶形蠟，碳 原子數(shù)約為18 30的烴類(lèi)混合物，主要組分為直鏈烷烴(約為80% 95% )，還有少量帶 個(gè)別支鏈的烷烴和帶長(zhǎng)側(cè)鏈的單環(huán)環(huán)烷烴(兩者合計(jì)含量20%以下)。石蠟是從原油蒸餾 所和的潤(rùn)滑油餾分經(jīng)溶劑精制、溶劑脫蠟或經(jīng)蠟冷凍結(jié)晶、壓榨脫蠟制得蠟膏，再經(jīng)脫油， 并補(bǔ)充精制制得的片狀或針狀結(jié)晶。石蠟密度隨熔點(diǎn)上升而增加，通常為(0.88 0.915) g/cm3，熔點(diǎn)50°C 70°C，沸點(diǎn)300°C 550°C不溶于水。純石蠟是很好的絕緣體，比除某些 塑料(尤其是特富龍)外的大多數(shù)材料都要高，是金屬材料的千倍左右。另外，石蠟也是很 好的儲(chǔ)熱材料，其比熱容為(2. 14 2.9) J/g· K，熔化熱為QOO 220)J/g。石蠟的主要 質(zhì)量指標(biāo)為熔點(diǎn)和含油量，前者表示耐溫能力，后者表示純度。每類(lèi)蠟又按熔點(diǎn)，一般每隔 2°C，分成不同的品種，如52巧4，56，58等牌號(hào)。根據(jù)加工精制程度不同，可分為全精煉石 蠟、半精煉石蠟和粗石蠟3種?？紤]到控制器內(nèi)主要為集成電路板且具備高效儲(chǔ)熱性能，因 此，選用全精煉石蠟和半精煉石蠟作為儲(chǔ)熱材料(相變材料)。本裝置中選用的石蠟材料的熱物性變化范圍為比熱容(2.14 2. 9) J/g · K ；溶化潛熱QOO 220) J/g ；石蠟密度(0.88 0. 915) g/cm3)。
權(quán)利要求1.一種小型紅外系統(tǒng)，包括紅外鏡頭、紅外熱像儀和電路處理系統(tǒng)，其特征在于所述 小型紅外系統(tǒng)還包括灌封有石蠟的鋁合金制環(huán)狀散熱腔體；所述鋁合金制環(huán)狀散熱腔體與 紅外鏡頭、紅外熱像儀和電路處理系統(tǒng)均緊密接觸且剛性連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型紅外系統(tǒng)，其特征在于所述石蠟僅灌封于所述鋁合金 制環(huán)狀散熱腔體的外腔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的小型紅外系統(tǒng)，其特征在于所述紅外鏡頭的前部通過(guò)軸向 的螺釘與所述鋁合金制環(huán)狀散熱腔體的內(nèi)腔的前端固定；在所述內(nèi)腔中，紅外鏡頭的后方 光路上設(shè)置對(duì)應(yīng)的所述紅外熱像儀；所述電路處理系統(tǒng)通過(guò)導(dǎo)熱板與所述鋁合金制環(huán)狀散 熱腔體的后端固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的小型紅外系統(tǒng)，其特征在于與所述鋁合金制環(huán)狀散熱腔體 剛性連接的紅外熱像儀和電路處理系統(tǒng)均是采用螺釘軸向固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的小型紅外系統(tǒng)，其特征在于所述外腔是直接精密鑄造成形 的鋁合金空腔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的小型紅外系統(tǒng)，其特征在于所述鋁合金制環(huán)狀散熱腔體前 部端面的外腔對(duì)應(yīng)位置設(shè)置石蠟灌封預(yù)留口，該預(yù)留口由專(zhuān)用螺紋堵帽涂膠封堵。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的小型紅外系統(tǒng)，其特征在于所述石蠟選擇比熱容2.14 2. 9J/g · K、溶化潛熱200 220J/g、石蠟密度0. 88 0. 915g/cm3的全精煉石蠟。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種小型紅外系統(tǒng)，以消除現(xiàn)有技術(shù)中紅外系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生熱量累積以及環(huán)境變化對(duì)紅外熱像儀成像質(zhì)量產(chǎn)生的不利影響。該小型紅外系統(tǒng)，包括紅外鏡頭、紅外熱像儀、電路處理系統(tǒng)和灌封有石蠟的鋁合金制環(huán)狀散熱腔體；所述鋁合金制環(huán)狀散熱腔體與紅外鏡頭、紅外熱像儀和電路處理系統(tǒng)均緊密接觸且剛性連接。本實(shí)用新型將紅外鏡頭和紅外熱像儀組合連接在一起，設(shè)計(jì)出了兩級(jí)空腔結(jié)構(gòu)，通過(guò)相變材料對(duì)熱量的吸收和釋放來(lái)確保系統(tǒng)內(nèi)部的溫度穩(wěn)定。
文檔編號(hào)G01J5/02GK201903400SQ20102063090
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者屈恩世, 張兆會(huì), 張志 , 曹劍中, 王華偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所