红外探测器杜瓦组件测试用液氮水平制冷装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本专利涉及红外探测器制造技术和低温与制冷技术，具体指一种红外探测器杜瓦 组件测试用液氮水平制冷装置，它适用于红外探测器杜瓦组件的光谱测试和电性能测试， 适用于在系统光学校正时对红外探测器杜瓦组件进行制冷，也适用于其它需要液氮水平制 冷的场合。
【背景技术】
[0002] 红外探测器组件制备技术在航天、航空红外领域有着重要意义。随着波长向长波 扩展和探测灵敏度的提高，红外探测器必须在深低温下才能工作。由于机械制冷具有结构 紧凑、体积小、重量轻、制冷量大、制冷时间短、制冷温度可控范围大等优点，目前该类探测 器在应用中大多采用机械制冷方式。这样也使得其应用时大多采用杜瓦封装形成红外探测 器杜瓦组件。
[0003] 光谱测试和电性能测试是红外探测器杜瓦组件研制过程中重要环节。传统的红外 探测器杜瓦组件光谱测试一般有两种方法。方法一为红外探测器芯片成型后在液氮侧照杜 瓦内进行光谱测试，封装成红外探测器杜瓦组件一般不进行光谱测试。红外探测器杜瓦组 件的光谱测试一般采用红外探测器芯片光谱与滤光片光谱叠加拟合而成；方法二为红外探 测器杜瓦组件耦合制冷机后进行光谱测试；上述两种方法存在如下不足，方法一是间隔获 得光谱响应曲线。方法二对于红外探测器杜瓦耦合小型制冷机（如曲柄连杆式）在光谱测 试时可以操作，对红外探测器杜瓦组件耦合轮廓尺寸比较大的制冷机（比如牛津型长寿命 制冷机），由于现有的光谱仪测试平台的尺寸限制，无法进行光谱测试。红外探测器杜瓦组 件的电性能测试一般是将面源黑体安装在红外探测器杜瓦组件下方，将红外探测器杜瓦组 件窗口向下，确保红外探测器水平且面向下。利用红外探测器杜瓦组件支撑芯柱的容腔注 入液氮进行制冷，此方法的不足为液氮的存储量较小，需要在测试过程中追加液氮。红外探 测器杜瓦组件在系统应用时多为水平放置，传统的液氮直接制冷无法实现，大多需要耦合 制冷机后进行系统光学校正。为了减小制冷机压缩机振动对一系统焦面的影响，制冷机的 压缩机和膨胀机或脉管的支撑采用不共面设计，两者之间采用金属连管连接，在进行系统 光学校正时，当光校量超过了金属连管的柔性余量后，就必须两面一起调整，这增加系统光 校的复杂程度。随着探测器规模不断增加和探测器与低温光学集成度的提高，红外探测器 杜瓦组件外型尺寸此问题更加突出。针对红外探测器杜瓦组件光谱测试、电性能测试和系 统光校出现的上述问题，必须要探索一种新方法来解决它们。
【发明内容】
[0004] 本专利的目的是提供一种红外探测器杜瓦组件测试用液氮水平制冷装置，它适用 于分置式红外探测器杜瓦组件的过程性能测试，也适用于集成式红外探测器杜瓦组件的过 程性能测试。本专利解决水平放置红外探测器杜瓦组件光谱测试、电性能测试和系统光学 校正时需要液氮制冷的问题。
[0005] 本专利一种红外探测器杜瓦组件测试用液氮水平制冷装置如附图1所示，包括液 氮腔体壁1、液氮腔底2、上盖3、真空保持罩4、压紧螺母5、杜瓦组件安装法兰6、抽气阀座 7、抽气阀塞8、外壳9、冷指10、输液管11、尾气管12、热耦合器13、液氮堵头14、尾气管座 15、液氮流量调节杆16、定杆座17、导气底座18。
[0006] 液氮腔体壁1、液氮腔底2、上盖3、压紧螺母5、杜瓦组件安装法兰6、抽气阀座7、 抽气阀塞8、外壳9、冷指10均选用不锈钢材料。
[0007] 输液管11和尾气管12为薄壁管，材料选用铜管或不锈钢。
[0008] 液氮堵头14、尾气管座15、定杆座17和导气底座18选用不锈钢材料。
[0009] 所述的液氮腔体壁1下端为液氮腔底2,液氮腔体壁1与液氮腔底2外部为真空保 持罩4,在真空保持罩4外部为外壳9 ;外壳9顶部为上盖3,上盖3上部为定杆座17,定杆 座17下部为液氮流量调节杆16,外壳底端为尾气座15,外壳顶部一侧为抽气阀座7,抽气阀 座7内为抽气阀塞8,外壳底部一侧为法兰6 ;法兰6后部为外壳9,法兰6前部为冷指10， 冷指10前部为耦合器13,耦合器13后部并在冷指10内部为输液管11及尾气管12 ;输液 管11 一端与液氮腔底2相连另一端与親合器13相连；尾气管12 -端与親合器13相连另 一端与尾气座15相连；尾气座15下部为底座18。
[0010] 所述的液氮腔体壁1下端面与液氮腔底2的外圆周面焊接密封，液氮腔体壁1上 端面与上盖3的内圆周面焊接密封，真空保持罩4套通过压紧螺母5固定在液氮腔体壁1外 圆周上；将抽气阀座7和法兰6与外壳9焊接密封，外壳9与上盖3的外圆周面焊接密封； 将输液管11、尾气管12、热耦合器13及冷指10组装好后钎焊密封；将冷指10与法兰6焊 接密封，再将输液管11与液氮腔底2通过低温胶密封，将液氮堵头14与液氮腔底4通过低 温胶密封；将尾气管12与尾气管座15用低温胶密封，然后将尾气座15与外壳9焊接密封； 将带有液氮流量调节杆16的定杆座17通过螺钉固定在上盖3上，最后将底座18安装到外 壳9上。
[0011] 所述的液氮腔体壁1原材料需探伤，机加工成薄壁阶梯轴圆桶，桶的厚度为 0. 15mm_0. 2mm。在桶底米用局部加厚，厚度为0. 3mm_0. 5mm,长度为25mm-60mm。
[0012] 所述的液氮腔底2如附图2所示。其上部加工成导液锥槽201，其半锥角选择为 15° -30°，其中孔的中部外圆加工外螺纹202,在外螺纹202下面的外圆周侧面加工为光 孔203,底面加工沉头底孔204。
[0013] 所述的真空保持罩如附图3所示，由罩上盖401、圆形网402、罩上垫块403、罩桶 404、活性碳405、罩下垫块406组成。罩上盖401、罩上垫块403、罩桶404底面和罩下垫块 406相对应的位置开数量相等圆形出气孔，这些零件均选用材料密度轻的铝合金，圆形网 402选用铜网或不锈钢网，防止活性碳405渗透。其各垫一块于罩上盖401和罩上垫块403、 罩桶404和罩下垫块406之间。
[0014] 所述的法兰6如图4所示，由外接法兰601和杜瓦组件安装法兰602组成，先将外 接法兰601和抽气阀7通过钎焊或氩弧焊安装在外壳9上。再通过氩弧焊或激光焊将杜瓦 组件安装法兰602安装在外接法兰601上。
[0015] 所述的输液管11和尾气管12为薄壁管，壁厚0· 直径选用lmm-3mm，可 以手工弯曲。
[0016] 所述的热耦合器13如图5所示，由输液管固定座1301、热耦合器座1302、轴向压 力弹簧1303和冷帽1304组成，除轴向压力弹簧1303外均选用无氧铜或紫铜材料。轴向压 力弹簧1303选用弹簧钢。输液管固定座1301开两圆孔，先将输液管固定座1301塞入热耦 合器座1302内，然后分别尾气管12插入输液管固定座1301的上孔，输液管11插入输液管 固定座1301的下孔，输入热耦合器13内换热腔的长度为尾气管12比输液管11长，在相应 接口缝隙处涂上铁镍合金焊料，再将冷指10套到热耦合器座1302的外圆上，在接口缝隙处 涂上铁银合金焊料，最后一起送到尚温针焊炉中完成焊接。
[0017] 所述的液氮流量调节杆16如图6所示，由防堵流量调节针锥1601、插销1602、过 渡块1603、拉杆1604和调节螺钉1605组成。防堵流量调节针锥1601材料选用不锈钢，下 面外圆周开有矩形槽，其半锥角度选择12° -15°，与液氮腔底2上导液锥槽201采用间隙 配合。在使用中，随着液氮液面下降，空气进入液氮腔体壁1，其中水蒸气遇冷凝结结冰，冰 会沉积在液氮腔底部，采用倒锥形的防堵口使得液氮经过回流继续流下，冰在底部附着，不 会影响到液氮的正常流动。防堵流量调节