专利名称：：一种用于焦平面探测器的低温杜瓦的冷平台的支撑机构的制作方法
技术领域：
：本发明涉及低温金属杜瓦，具体是指封装于低温金属杜瓦内的用于安装红外焦平面探测器的冷平台的支撑机构。技术背景超长线列或超大面阵红外焦平面探测器有如下特点1)多芯片模块组装；2)为保证探测器的可靠性和成品率，芯片一般带有抗温度冲击的大面积无源衬底；3)多光学元件(如滤光片)及其支撑；4)为了降低背景噪声提高探测器性能，采用冷屏；5)有较多的功能引出线基板。这些部件都是安装在冷平台上的，并封装于杜瓦内，这就要求冷平台的支撑机构有较好的力学强度，较小的漏热和较小的真空放气。传统冷平台的支撑机构采用细长薄壁圆柱形的支撑柱，当冷平台负载增加时，为了达到一定的力学强度，往往是增加支撑柱的薄壁厚度，厚度的增加可以保证力学强度，但会导致支撑柱的漏热增加。为降低截面积增加带来的漏热，有人采用导热系数较低的玻璃作为支撑柱材料。专利us4918312DewarColdfmger的支撑柱材料采用塑料，为了满足焊接要求在塑料上生成了一层金属，我们知道玻璃和塑料材料存在脆性、放气率高和气体渗透率高的缺点。专利us495810DistortionFreeDewar/ColdfingerAssembler中的支撑柱采用的是金属钛，虽然金属钛的强度比不锈钢好，但是金属钛具有很强的吸附气体的能力，在真空状态下，其放气率要比一般的不锈钢高两个数量级。这些缺点对杜瓦真空寿命是很不利的;也有人采用在支撑柱上增加加强肋的方法。设置加强肋固然可以在保证力学强度的同时使漏热得到改善，但给支撑柱的机加工带来难度。无论上述哪种结构，都存在一个很大弊端，那就是当支撑柱在受到X、Y方向较大作用力或冲击作用时，冷平台的扰度和倾斜角相对较大，难以保证探测器始终位于光学系统焦面的允许误差范围内。这对封装超长线列或超大面阵红外焦平面探测器的杜瓦而言，问题显得更加突出。必须要探索一种新结构来解决这一问题。
发明内容本发明的目的就是要提供一种可抵抗外力作用的，尤其是X、Y方向作用力的冷平台的支撑机构。该支撑机构在低温金属杜瓦内具有漏热小、放气率低。本发明的目的是这样实现的，一种用于红外焦平面探测器的低温杜瓦的冷平台的支撑机构，所述的低温杜瓦由悬臂式外壳l，悬臂式外壳上口外焊接有一引线环2，引线环上密封一带窗口3的帽盖4组成。所述的支撑机构由细长薄壁圆柱形的支撑柱5、四根斜拉式二端带金属小球6的金属丝7和活动定柱10组成。支撑柱5置于杜瓦的悬臂式外壳内，并穿出引线环的中间圆孔，高出引线环6mm-9mm，支撑柱上支撑一通过焊接固定的冷平台8，冷平台上放置红外焦平面探测器9，窗口3位于冷平台的上方。在冷平台的四个角处或在离冷平台的角小于四分之一边长处各联结有一根金属丝7，金属丝与冷平台的联接为球面副联结，金属丝的另一端向下斜拉式与螺接在引线环侧壁上的活动定柱IO球面副联结。所说的螺接其螺钉ll既是活动定柱与引线环的螺接螺钉，又是对斜拉式金属丝加载预紧力的螺钉，螺钉外套有固定预紧力的螺帽12。所说的支撑柱、金属丝及其金属小球表面生长有一层降低其放气率的保护膜。本发明的优点如下1.冷平台由支撑柱和四根斜拉式金属丝作为其支撑机构，克服了传统冷平台支撑结构在力学上弊端，保证探测器始终位于光学系统焦面的允许误差范围内。2.采用了金属丝斜拉结构，有相对较小的表面积，也就是说有较少的放气量，这对杜瓦的真空寿命是极为有利。3.斜拉金属丝与活动定柱和冷平台采用球面副联结，在受到外界连续冲击扰动时，连接处可以自由活动，不会产生疲劳硬伤而断裂。4.支撑柱、金属丝及其金属小球表面生长有一层降低其放气率的保护膜，有利于杜瓦获得更长的真空寿命。图1为本发明的冷平台支撑结构示意图；图2为图1中的斜拉金属丝与活动定柱和冷平台联结的局部放大图；图3为冷平台结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明本发明的支撑柱5、四根斜拉式的二端带金属小球6的金属丝7和活动定柱10均采用TC4合金(Ti-6A1-4V)材料，钛合金TC4与传统常用的不锈钢相比，其密度和导热系数约低1/2，而机械强度却提高了3倍。但它也存在一明显的缺点，那就是在相同的条件下，放气率比不锈钢高两个数量级。因此本发明采用在钛合金TC4材料表面生成一层厚度大于9um的TiN。具体生长条件为在真空炉内，将加工好的支撑柱、联结金属小球的金属丝和活动定柱加热至900GC，在1.01Xl()Spa高纯氮气氛内，保温2小时。冷平台与支撑柱的焊接，四根斜拉式金属丝和小球的联结及整个金属杜瓦的焊接均采用高真空气密钎悍连接。冷平台8的四个角处，开有一个带缺口的球窝801，为了考虑红外焦平面探测器信号引出线的方便，球窝的位置可以偏离四个角，但要考虑金属斜拉丝对冷平台稳定所起的作用，因此，球窝的位置离开冷平台的角要小于其所在位置的边长的四分之一，并且四个球窝位置对称。冷平台的支撑机构的安装首先将四根两端带小球的金属丝7的一端分别安装在冷平台的四个球窝8-1处，金属丝从球窝的缺口引出，另一端安装在活动定柱10的球窝10-1处，再将活动定柱通过螺钉11均布安装在引线环4的侧壁上，通过扭力扳手给紧丁螺钉11施加5N的预紧力。最后将防松螺母12安装在紧定螺钉11上。完成了冷平台力学加强支撑机构的装配。本发明成功应用于长线列红外焦平面探测杜瓦组件。钛拉丝的直径为4)0.6mm，长度为16.5mm，支撑柱壁厚为0.15mm。下面对安装后的杜瓦组件进行了力学和气密性试验1.力学强度本发明通过了力学冲击、随机振动、正弦振动、加速度试验和高低温冲击试验，试验后杜瓦组件各性能指标与试验前相比没有发生变化。2.气密性随机抽取五样品进行了77K和室温的高低温冲击，升降温速率小于5分钟。试验前后漏率情况见下表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求1.一种用于红外焦平面探测器的低温杜瓦的冷平台的支撑机构，所述的低温杜瓦由悬臂式外壳(1)，悬臂式外壳上口外焊接有一引线环(2)，引线环上密封一带窗口(3)的帽盖(4)组成，其特征在于所述的支撑机构由细长薄壁圆柱形的支撑柱(5)、四根斜拉式二端带金属小球(6)的金属丝(7)和活动定柱(10)组成；支撑柱(5)置于杜瓦的悬臂式外壳内，并穿出引线环(2)的中间圆孔，高出引线环6mm-9mm，支撑柱上支撑一通过焊接固定的冷平台(8)，冷平台上放置红外焦平面探测器(9)，窗口(3)位于冷平台上方；在冷平台的四个角处或在离冷平台的角小于四分之一边长处各联结有一根金属丝(7)，金属丝与冷平台的联接为球面副联结，金属丝的另一端向下斜拉式与均布螺接在引线环侧壁上的活动定柱(10)球面副联结；所说的螺接其螺钉(11)既是活动定柱与引线环的螺接螺钉，又是对斜拉式金属丝加载预紧力的螺钉，螺钉外套有固定预紧力的螺帽(12)。2.根据权利要求l的一种用于红外焦平面探测器的低温杜瓦的冷平台的支撑机构，其特征在于所说的支撑柱(5)、二端带金属小球(6)的金属丝(7)和活动定柱(10)均采用TC4钛合金材料。3.根据权利要求l的一种用于红外焦平面探测器的低温杜瓦的冷平台的支撑机构，其特征在于所说的支撑柱(5)、二端带金属小球的金属丝(7)和活动定柱(10)表面生长有一层降低其放气率的TiN保护膜。全文摘要本发明公开了一种用于焦平面探测器的低温杜瓦的冷平台的支撑机构，该支撑机构由细长薄壁圆柱形的支撑柱和四根斜拉式二端带金属小球的金属丝组成。支撑柱置于杜瓦的悬臂式外壳内，支撑柱上支撑一通过焊接固定的冷平台，冷平台的四个角处各联结有一根金属丝，金属丝与冷平台的联接为球面副联结，金属丝的另一端向下斜拉式与螺接在引线环侧壁上的活动定柱球面副联结。所说的螺接其螺钉既是活动定柱与引线环的螺接螺钉，又是对斜拉式金属丝加载预紧力的螺钉，螺钉外套有固定预紧力的螺帽。本发明的优点是该支撑机构克服了传统冷平台支撑结构在力学上弊端，保证探测器始终位于光学系统焦面的允许误差范围内。斜拉金属丝与活动定柱和冷平台采用球面副联结，当受到外界连续冲击扰动时，连接处可以自由活动，不会产生疲劳硬伤而断裂。文档编号G01J5/02GK101144738SQ20071004762公开日2008年3月19日申请日期2007年10月31日优先权日2007年10月31日发明者张亚妮,朱三根,王小坤,郝振贻,龚海梅申请人:中国科学院上海技术物理研究所