专利名称：液氮致冷的红外探测器压控变温系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及红外光电探测器测试技术，具体涉及一种液氮致冷的红外探测器压控变温系统，它是一种采用液氮致冷的、压力控制温度变化的变温测试系统。
背景技术：
对于碲镉汞红外探测器，由于其固有的物理特性，为避免入射信号被热噪声淹没，所以一般必须工作在低温下，例如77K工作温度，或在77K上下约15 33度的工作范围，即约65K IlOK的温度范围。另外，由于碲镉汞材料的禁带宽度随温度变化，因此在碲镉汞探测器的响应波长、暗电流特性等参数也随温度变化。所以，在碲镉汞探测器研制和生产过程中，研究者特别期望一种易于实现、没有电磁干扰的变温系统，对上述温度范围内的器件性能与温度、器件响应波段与温度等关系进行研究。本发明就是在这样的背景下提出并 实现的一种实用的变温系统。通常，为获得65K IlOK温度范围的变温系统，可以有二种途径获得。一是采用机械制冷机，匹配专用的杜瓦，通过杜瓦内的测温元件反馈控制制冷机行程的方法，获得在此温区的任意温度。二是一种通过机械方式提升液氮液面获得被测器件高于77K的变温杜瓦，或以液氮作为冷源、以电加热达到冷热平衡方法，使冷平面得到高于正常沸点液氮温度的某一点低温温度[ZL89213854. 8]。这二种方法都有各自的问题与不足。对于机械制冷机获得低温变温的方法，虽然可以获得上述所述温区中任意点温度，但首先存在的最大问题是，对于小信号测试来说，由于电磁干扰的存在，很容易对探测器微弱信号造成干扰，从而严重影响了弱信号测试精度；其次，机械制冷机必须配套专用的杜瓦，耦合、样品安装等过程非常繁杂，也非常耗费时间，无法满足探测器研制中快速、大量的探测器性能测试筛选的要求；再有，机械制冷机代价高昂，使用寿命有限。然而，对于采用提升液氮液面的方法获得变温的方法，其最大的问题是只能获得77K以上的温度变化，因为该方法是通过液面提升，减少液氮与冷指接触面积的方法，减少冷量传导，而此时其它热损耗没有降低，从而使被测样品温度高于77K ;另外，由于热传导的滞后效应，经常需要较长的稳定时间，控温精度较差。
发明内容
为解决上述存在的诸多问题，本发明设计了一种压控液氮致冷变温系统，方便地实现被测样品在65 IlOK温度范围的任意变化。本发明实现的一种液氮致冷的红外探测器变温测试系统，系统由二部分组成，一为气压控制系统，二为变温专用变温杜瓦系统。被测样品安装于专用杜瓦内。通过对杜瓦液氮容器内液面的压力控制，实现精确温度控制，温度变化范围为63K 126K。由于是压力控制温度变化，变温系统没有外加的电磁干扰，因此特别适用于红外探测器小信号的变温测试。基本原理
大家知道，沸点比室温低得多的低温液体是在各种实验中的主要冷源，而液氮就是最常用、最便宜的冷源。因而在红外探测器研制中被广泛采用作为低温冷源。由液氮的气液相图(如图I、图2所示)，通常用温度和压强为坐标来表示单元系的平衡性质。图中，气相、液相和固相的分界线分别称为气化线、熔解线(凝固线)和升华线。曲线上的任意一点表示该点所给出的温度和压强下二相共存。气化线的存在说明，气液二相达到平衡(即饱和)时，温度(沸点)和压强(饱和蒸气压)之间存在一一对应的关系，气化线又称为饱和蒸气压曲线。气化线从三相点出发，终止于临界点。氮气的三相点温度与压强及临界点温度与压强见表I。表I、氮气的性质
权利要求
1.一种液氮致冷的红外探测器压控变温系统，它由气压控制系统和变温专用变温杜瓦系统构成，其特征在于 所述的液氮致冷的红外探测器压控变温系统各部件间的连接方式为系统中三通阀(10)的A端与恒压阀(6)和压力控制阀门(7)相连，三通阀(10)的B端与精密控制针阀(4)和真空隔断阀门(3)相连，三通阀(10)的C端与变温专用变温杜瓦系统连接；压力控制阀门(7)的另一端连接氮气钢瓶(8)，真空隔断阀门(3)的另一端连接真空抽气泵(2);压力量表(9)连接在三通阀(10)和恒压阀(6)之间，真空量表(5)连接在三通阀(10)和精密控制针阀(4)之间； 系统的工作方式为正压区工作，三通阀门(10)处于A-C通，A-B、B-C隔断，打开压力控制阀(7)，专用变温杜瓦(I)内的压力控制液氮液面上部空腔(1-10)压力上升，即专用变温杜瓦内的液氮(1-5)的气液面的压力上升，随着压力的增加，液氮温度上升，压力由压力量表(9)测量；恒压阀(6)的压力控制在10 15个大气压之间，此时温度在77. 344K到100K IlOK之间变化，精确的被测器件(1-7)温度可以由杜瓦内的温度传感器(1-6)得到；在真空区工作，三通阀门(10)处于A-C、A-B隔断，B-C通，打开真空隔断阀门(3)，专用变温杜瓦(I)内的压力控制空腔(1-10)真空度下降，即专用变温杜瓦内的液氮(1-5)的气液面的真空度下降，随着真空度的下降，液氮温度下降，真空度由真空量表(5)测量；在达到所需的真空度附近，精确的真空度可由精密控制针阀(4)进行细调控制，真空度由O. IOlOMPa到O. 0125MPa变化，则温度在77. 344K到63. 15K之间变化，精确的被测器件(1_7)温度由杜瓦内的温度传感器(1-6)得到。
全文摘要
本发明公开了液氮致冷的红外探测器压控变温系统，系统由增压系统、真空系统、专用杜瓦系统组成。被测样品安装于专用杜瓦内。通过对杜瓦液氮容器内液面的压力控制，实现精确温度控制；该系统的温度变化范围为63K～126K。由于是压力控制杜瓦探测器的温度变化，该变温系统没有外加的电磁干扰，特别适用于红外探测器小信号变温测试。
文档编号G01J5/00GK102818634SQ20121027400
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月3日 优先权日2012年8月3日
发明者张勤耀, 祝海彬 申请人:中国科学院上海技术物理研究所