专利名称：一种小型红外系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种小型红外系统，尤其涉及红外光学系统和热像仪的温控设 计。
背景技术：
随着红外技术的发展，红外设备也逐步向小型化、宽温度范围等方向发展，对红外 光学系统的质量要求也越来越高。常用的大型红外光学系统通常采用制冷式红外热像仪， 可以确保红外系统在较大温度范围内的可靠安全的工作。但是对于小型的红外系统而言， 受到外形尺寸和重量的限制，一般采用非制冷式红外热像仪。对于非制冷式热像仪，要确保 大温度范围内的可靠工作，必须设计相应的温度补偿环节或进行消热设计。目前对于红外光学系统的消热技术主要有三大类第一类是机械被动式。它利用 对温度敏感的机械材料或者记忆合金，使一个或一组透镜产生轴向位移，从而补偿由于温 度变化引起的像面位移。这种方式由于增加了较多的机械补偿部件，故使得系统的体积变 大，重量增加。第二类是电子主动式，它利用温度传感器探测出温度的变化量，然后计算出温度 变化引起的像面位移，借助电机驱动透镜产生轴向位移，以达到补偿效果。这种方式需要电 源、电子线路、驱动电机等电子设备，导致系统的可靠性下降，尤其是在航空、航天等力学、 温度环境比较恶劣的领域，应用性不高。第三类是光学被动式，它利用光学材料热特性之间的差异，通过不同特性材料之 间的合理组合以消除温度的影响，从而获得稳定像面的效果。但单纯利用红外材料的不同 来进行消热进而达到像面稳定的目的，具有一定的局限性，也限制了更大范围的不同红外 光学镜头的光学设计。上述三类消热技术只是针对红外光学系统本身而言，并没有考虑红外热像仪对温 度的敏感性和适应性。红外系统中电路处理系统采用的元器件较多，功耗较大，内部产生热 量累积后将会对红外热像仪成像产生较大的影响，因此内部热量的吸收提取对红外系统成 像是必要的。
实用新型内容本实用新型旨在提供一种小型红外系统，以消除现有技术中红外系统内部产生热 量累积以及环境变化对红外热像仪成像质量产生的不利影响。本实用新型的技术方案为一种小型红外系统，包括红外镜头、红外热像仪、电路处理系统和灌封有石蜡的铝 合金制环状散热腔体；所述铝合金制环状散热腔体与红外镜头、红外热像仪和电路处理系 统均紧密接触且刚性连接。上述石蜡仅灌封于所述铝合金制环状散热腔体的外腔内；当然，灌封石蜡时应当 保证散热腔体中留有足够的热胀冷缩的空间。内腔自然形成空气填充或真空环境。[0011]上述红外镜头的前部通过轴向的螺钉与所述铝合金制环状散热腔体的内腔的前 端固定；在所述内腔中，红外镜头的后方光路上设置对应的所述红外热像仪；所述电路处 理系统通过导热板与所述铝合金制环状散热腔体的后端固定连接。上述铝合金制环状散热腔体刚性连接的红外热像仪和电路处理系统均是采用螺 钉轴向固定。这样既便于安装固定，同时结构稳定性也较好。上述外腔是直接精密铸造成形的铝合金空腔。这样，材料的致密性和灌注石腊后 的密封性较好，可避免安装后石腊液体的外泄造成热像仪的污染或其他危险事故。上述铝合金制环状散热腔体前部端面的外腔对应位置设置有石蜡灌封预留口，该 预留口由专用螺纹堵帽涂胶封堵。上述石蜡选择比热容(2. 14 2. 9) J/g · K、溶化潜热QOO 220) J/g、石蜡密度 (0. 88 0. 915) g/cm3)的全精炼石蜡。本实用新型具有以下优点1、本装置将红外镜头和红外热像仪组合连接在一起，设计出了两级空腔结构，通 过相变材料对热量的吸收和释放来确保系统内部的温度稳定。2、相变腔体可以充分利用有效空间形成较大的内部空腔结构用以存储石腊。由于 该腔体为精密铸造成形，材料的致密性和灌注石腊后的密封性较好，可避免安装后石腊液 体的外泄造成热像仪的污染或其他危险事故。3、考虑到设备的小型化需求，热胀特性及控温范围的严格要求，本实用新型选择 的石蜡品种具备高效储热性能。
图1为本实用新型结构示意图；图2为相变腔体结构立体示意图(前视方向)；图3为相变腔体结构剖视示意图。附图标号说明1-铝合金制环状散热腔体，101-外腔，102-内腔，103-石蜡相变材料，2_红外镜 头，3-红外热像仪，4-电路处理系统，5-石蜡灌封预留口。
具体实施方式
本实用新型实际上提供了一种在小型红外系统中，利用相变材料对内部元器件产 生的热量进行吸收，对红外光学系统和红外热像仪进行温度控制的装置。本装置将红外镜 头和红外热像仪组合连接在一起，通过相变材料对热量的吸收和释放来确保系统内部的温 度稳定，其结构示意图如图所示。红外热像仪通过螺钉和腔体进行刚性连接，同时电路处理 系统也通过螺钉和腔体后端面连接。红外镜头安装在腔体的内部，通过螺钉在像面调清晰 后用螺钉固定。腔体与红外镜头、热像仪和电路处理系统均是刚性接触连接，皆其接触面皆 具有良好的热传导能力，这有利于快速高效的吸收电路处理系统产生的热量，确保内部系 统的温度稳定性。由于系统元器件一般较多，电路印制板尺寸相对较大，同时由于小型系统 中红外镜头和热像仪尺寸较小，本相变腔体可以充分利用有效空间形成较大的内部空腔结 构用以存储石腊。由于该腔体为精密铸造成形，材料的致密性和灌注石腊后的密封性较好，可避免安装后石腊液体的外泄造成热像仪的污染或其他危险事故。该小型红外系统，包括红外镜头、红外热像仪、电路处理系统和灌封有石蜡的铝合 金制环状散热腔体；铝合金制环状散热腔体与红外镜头、红外热像仪和电路处理系统均紧 密接触且刚性连接。石蜡仅灌封于所述铝合金制环状散热腔体的外腔内；当然，灌封石蜡时 应当保证散热腔体中留有足够的热胀冷缩的空间。内腔自然形成空气填充或真空环境。红 外镜头的前部通过轴向的螺钉与所述铝合金制环状散热腔体的内腔的前端固定；在所述内 腔中，红外镜头的后方光路上设置对应的所述红外热像仪；所述电路处理系统通过导热板 与所述铝合金制环状散热腔体的后端固定连接。铝合金制环状散热腔体刚性连接的红外热 像仪和电路处理系统也均是采用螺钉轴向固定。这样既便于安装固定，同时结构稳定性也 较好。上述外腔是直接精密铸造成形的铝合金空腔。这样，材料的致密性和灌注石腊后 的密封性较好，可避免安装后石腊液体的外泄造成热像仪的污染或其他危险事故。上述铝 合金制环状散热腔体前部端面的外腔对应位置设置有石蜡灌封预留口，该预留口由专用螺 纹堵帽涂胶封堵。本红外系统温控装置采用铝合金精密空腔结构，内部存储相变材料的空腔直接精 密铸造成形。将石腊熔化后，通过在预留口位置灌注在腔体内部，直到平放时液体面达到三 个预留口时用专用螺纹堵帽涂胶对灌注口封死，相变腔体结构立体图如图2所示。考虑到设备的小型化需求，热胀特性及控温范围的严格要求，本装置中相变材料 选择石蜡，其溶化温度在50°C 60°C。石蜡主要成份是C、H两种元素的物质混合而成，其化学式CxHy，又称晶形蜡，碳 原子数约为18 30的烃类混合物，主要组分为直链烷烃(约为80% 95% )，还有少量带 个别支链的烷烃和带长侧链的单环环烷烃(两者合计含量20%以下)。石蜡是从原油蒸馏 所和的润滑油馏分经溶剂精制、溶剂脱蜡或经蜡冷冻结晶、压榨脱蜡制得蜡膏，再经脱油， 并补充精制制得的片状或针状结晶。石蜡密度随熔点上升而增加，通常为(0.88 0.915) g/cm3，熔点50°C 70°C，沸点300°C 550°C不溶于水。纯石蜡是很好的绝缘体，比除某些 塑料(尤其是特富龙)外的大多数材料都要高，是金属材料的千倍左右。另外，石蜡也是很 好的储热材料，其比热容为(2. 14 2.9) J/g· K，熔化热为QOO 220)J/g。石蜡的主要 质量指标为熔点和含油量，前者表示耐温能力，后者表示纯度。每类蜡又按熔点，一般每隔 2°C，分成不同的品种，如52巧4，56，58等牌号。根据加工精制程度不同，可分为全精炼石 蜡、半精炼石蜡和粗石蜡3种。考虑到控制器内主要为集成电路板且具备高效储热性能，因 此，选用全精炼石蜡和半精炼石蜡作为储热材料(相变材料)。本装置中选用的石蜡材料的热物性变化范围为比热容(2.14 2. 9) J/g · K ；溶化潜热QOO 220) J/g ；石蜡密度(0.88 0. 915) g/cm3)。
权利要求1.一种小型红外系统，包括红外镜头、红外热像仪和电路处理系统，其特征在于所述 小型红外系统还包括灌封有石蜡的铝合金制环状散热腔体；所述铝合金制环状散热腔体与 红外镜头、红外热像仪和电路处理系统均紧密接触且刚性连接。
2.根据权利要求1所述的小型红外系统，其特征在于所述石蜡仅灌封于所述铝合金 制环状散热腔体的外腔内。
3.根据权利要求2所述的小型红外系统，其特征在于所述红外镜头的前部通过轴向 的螺钉与所述铝合金制环状散热腔体的内腔的前端固定；在所述内腔中，红外镜头的后方 光路上设置对应的所述红外热像仪；所述电路处理系统通过导热板与所述铝合金制环状散 热腔体的后端固定连接。
4.根据权利要求3所述的小型红外系统，其特征在于与所述铝合金制环状散热腔体 刚性连接的红外热像仪和电路处理系统均是采用螺钉轴向固定。
5.根据权利要求4所述的小型红外系统，其特征在于所述外腔是直接精密铸造成形 的铝合金空腔。
6.根据权利要求5所述的小型红外系统，其特征在于所述铝合金制环状散热腔体前 部端面的外腔对应位置设置石蜡灌封预留口，该预留口由专用螺纹堵帽涂胶封堵。
7.根据权利要求6所述的小型红外系统，其特征在于所述石蜡选择比热容2.14 2. 9J/g · K、溶化潜热200 220J/g、石蜡密度0. 88 0. 915g/cm3的全精炼石蜡。
专利摘要本实用新型公开了一种小型红外系统，以消除现有技术中红外系统内部产生热量累积以及环境变化对红外热像仪成像质量产生的不利影响。该小型红外系统，包括红外镜头、红外热像仪、电路处理系统和灌封有石蜡的铝合金制环状散热腔体；所述铝合金制环状散热腔体与红外镜头、红外热像仪和电路处理系统均紧密接触且刚性连接。本实用新型将红外镜头和红外热像仪组合连接在一起，设计出了两级空腔结构，通过相变材料对热量的吸收和释放来确保系统内部的温度稳定。
文档编号G01J5/02GK201903400SQ20102063090
公开日2011年7月20日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者屈恩世, 张兆会, 张志 , 曹剑中, 王华伟 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所