一种低振动低温测试装置的制作方法

本实用新型属于低温制冷技术领域，具体涉及一种低振动的低温测试装置。

背景技术：

低温测试装置是一种方便实用的实验室低温系统，该装置能提供4K至373K(-269℃至+100℃)的温度环境，可用于新材料、超导、电子器件、凝聚态物理、表面物理等方面的研究、测试和实验。在某些应用领域，例如在采用X射线对冷冻靶球进行相衬表征的惯性约束核聚变系统中，要求冷冻靶球位置稳定性在1um甚至更小。在低温光学研究中，对被冷却样品振幅控制有时需要达到纳米量级。考虑到冷源利用的便捷性，常常需要采用G-M低温制冷机，这时就要考虑如何减小G-M低温制冷机对被冷却样品的振动影响。传统的以G-M低温制冷机为冷源的低温测试装置，被冷却样品直接连接在制冷机冷头上，制冷机的振动直接传递给被冷却样品，导致被冷却样品样品振动指标达不到测试所需要求。

技术实现要素：

本实用新型针对现有的技术问题作出改进，即实用新型所要解决的技术问题是提供一种低振动低温测试装置，避免了制冷机冷头与被冷却样品直接接触，有效减小了振动对样品的影响。

一种低振动低温测试装置，其特征在于，包括：真空腔体，其设有开口；光学隔振平台，用于固定真空腔体，隔离外界对真空腔体的振动；G-M制冷机，由管道连接的制冷机主机和冷头组件组成，所述冷头组件由冷头和冷头基座组成；波纹管，其端部分别密封连接所述真空腔体的开口、所述冷头基座，该波纹管、所述真空腔体和所述冷头组件共同围成密封的真空区间，所述冷头位于该真空区间内；被冷却样品，位于所述真空区间内，通过样品架安装于真空腔体内；以及柔性导冷带，位于所述真空区间内，其端部分别与所述被冷却样品和所述冷头热连接。

进一步，还包括用于固定安装所述冷头组件的、重量不小于200公斤的大质量基座，该大质量基座与所述光学隔振平台相互独立的安装或放置。

进一步，所述真空腔体为竖直设置的、上端带盖板的圆筒，其下端设有沿径向向外突出的环状凸缘，所述冷头呈竖直设置的圆柱形，所述波纹管为焊接波纹管，其上端与所述环状凸缘密封固定连接，所述真空腔体、波纹管和冷头同轴且从上往下依次设置。

进一步，所述环状凸缘划分为位于径向内侧的环状突缘内环部分和位于径向外侧的环状突缘外环部分，所述光学隔振平台设有供真空腔体安装的带圆形通孔且水平设置的隔振面板，所述环状突缘外环部分的下表面密封连接于所述隔振面板的上表面并与所述通孔同轴，所述波纹管从下往上穿过所述通孔与所述环状突缘内环部分密封连接。

进一步，所述柔性导冷带通过与其端部焊接的法兰盘分别与所述被冷却样品和冷头热连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下效果：

1)被冷却样品固定在真空腔体上，通过无氧铜柔性导冷带作为导热介质间接冷却，而非常见的直接将被冷却样品固定到制冷机冷头上，能够隔离制冷机冷头振动对被冷却样品的影响。

2)G-M低温制冷机的冷头组件固定在大质量基座上，防止压差作用下制冷机冷头组件发生位移，同时利用基座的大质量大惯性进一步减小外界如大质量基座所放置的地面对G-M低温制冷机冷头组件以及被冷却样品的影响。

3)采用制冷机主机和冷头组件分置的方案，一方面通过氦气管道减少了制冷机主机对冷头组件的振动影响，另一方面便于大质量基座对较小质量的冷头组件实施减振。

4)真空腔体固定在光学隔振平台上，而非直接与制冷机连接，同时光学光学隔振平台与大质量基座相互独立的放置，能够隔离外界如光学隔振平台所放置的地面的振动对真空腔体的影响。

5)G-M低温制冷机的冷头基座与真空腔体的连接，采用柔性的焊接波纹管，而非常见的刚性连接，增强了减振效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例的低振动低温测试装置原理示意图。

图2是图1中A-A向的局部视图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的低振动低温测试装置包括真空腔体1、被冷却样品2、样品架4、柔性导冷带3、光学隔振平台5、焊接波纹管6、G-M低温制冷机以及大质量基座7。

真空腔体1呈带上部圆形盖板12的圆筒形，其圆筒形底部设有径向向外的环状突缘11。该环状突缘划分为位于径向内侧部分的环状突缘内环部分11a和径向外侧部分的环状突缘外环部分11b。

光学隔振平台5为真空腔体和样品的固定平台，置于地面上，用以减小地面振动对被冷却样品的影响。光学隔振平台5的具体实现和组成为现有公知技术。这里，光学隔振平台5设有供真空腔体安装的带圆形通孔的隔振面板5a。圆形通孔的尺寸与环状突缘外环部分11b的内径一致，真空腔体通过其环状突缘外环部分11b与隔振面板通孔同轴地安装于光学隔振平台隔振面板5a上。从隔振面板5a的下方往上观察，真空腔体的环状突缘内环部分漏出11a而未被通孔遮挡。

G-M低温制冷机采用吉福特-麦克马洪循环，利用西蒙膨胀原理(即绝热放气)制冷。这里选用冷头组件和制冷机主机8分置的结构形式，两者之间通过氦气管道连接。所述冷头组件由冷头基座42以及从冷头基座伸出的、具有制冷所需冷却温度的、呈圆柱型的冷头41组成。相比于冷头组件、制冷机主机一体式的结构形式，冷头组件避免了与制冷剂主机的直接连接，减少了压缩机的振动传递，冷头组件的振动大幅减小。

真空腔体1与冷头41同轴、相向配置，即真空腔体1开口朝下，冷头41从冷头基座42向上伸出。同时真空腔体的环状突缘的内环部分11a通过焊接波纹管6与冷头基座连接42。冷头41位于焊接波纹管6内。整个真空腔体1、焊接波纹管6以及冷头基座42形成一个密封的真空区域，被冷却样品2、样品架4、柔性导冷带3以及冷头41均位于该真空区域内。

被冷却样品2为本低振动低温测试装置的被测设备，如冷冻靶球等，其对所搭载平台的稳定性要求很高，要求振幅<1um，甚至到纳米级别。样品架4用于将被冷却样品2固定到真空腔体内壁上，要求具有足够强度和低热导率。

柔性导冷带3为无氧铜材质，热导率高，柔性好，是低温工程中常用传热介质。为了最大限度减小制冷机振动对被冷却样品的影响，采用无氧铜柔性导冷带作为导热介质，其从G-M低温制冷机冷头处获得冷量，间接冷却被冷却样品，而不是直接将被冷却样品连接到制冷机冷头。柔性导冷带3与冷头41以及被冷却样品2的连接方式为现有公知技术，这里不再详述。柔性导冷带2不与样品架4连接。

大质量基座7用于固定制冷机冷头组件。大质量基座7与光学隔振平台5相互独立，优选安装于地面。大质量基座7质量应远超于冷头组件，结合目前市场上的冷头组件重量，大质量基座7重量优选200KG以上。大质量基座7的优点在于可进一步防止真空腔体1内部抽空时冷头组件在压差作用下产生位移，同时与冷头组件固定的大质量基座可进一步减少冷头组件自身的振动，间接地减少了通过柔性导冷带3传递到被冷却样品2上的振动。

本实用新型的优点有：

1)被冷却样品固定在真空腔体上，通过无氧铜柔性导冷带作为导热介质间接冷却，而非常见的直接将被冷却样品固定到制冷机冷头上，能够隔离制冷机冷头振动对被冷却样品的影响。

2)G-M低温制冷机的冷头组件固定在大质量基座上，防止压差作用下制冷机冷头组件发生位移，同时利用基座的大质量大惯性进一步减小外界如大质量基座所放置的地面对G-M低温制冷机冷头组件以及被冷却样品的影响。

3)采用制冷机主机和冷头组件分置的方案，一方面通过氦气管道减少了制冷机主机对冷头组件的振动影响，另一方面便于大质量基座对较小质量的冷头组件实施减振。

4)真空腔体固定在光学隔振平台上，而非直接与制冷机连接，同时光学光学隔振平台与大质量基座相互独立的放置，能够隔离外界如光学隔振平台所放置的地面的振动对真空腔体的影响。

5)G-M低温制冷机的冷头基座与真空腔体的连接，采用柔性的焊接波纹管，而非常见的刚性连接，增强了减振效果。

本实用新型未详尽描述的技术内容均为公知技术。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，如除了实施例一和实施例二中描述的低温板组件的结构外，在公知范围内也可以选择其他形式的低温板结构形式。这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。