一种用于空间光学遥感器ccd组件的节能散热装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及空间光电测控领域，特别地涉及一种用于空间光学遥感器CCD组件的节能散热装置，包括：热端、导热段、定位杆和冷端，所述导热段置于所述热端与所述冷端之间，所述热端与所述导热段固定连接，所述定位杆置于所述导热段内部，且所述定位杆的两端分别与所述热端和所述冷端通过螺纹方式连接，所述导热段与所述冷端间隙布置，所述热端、冷端均采用高导热率材料制成，所述导热段采用高导热率、高线胀系数材料制成，所述定位杆采用低导热率、低线胀系数材料制成，所述导热段所用材料的线胀系数大于所述定位杆材料的线胀系数。本发明的节能散热装置，具有结构紧凑、装配简单、导热能力强、节能效果好、成本低的优点。
【专利说明】—种用于空间光学遥感器CCD组件的节能散热装置
【技术领域】
[0001]本发明属于空间光电测控领域，特别地涉及一种用于空间光学遥感器CXD组件的节能散热装置。
【背景技术】
[0002]C⑶组件是空间光学遥感器的核心组部件，其工作状态良好是保证成像质量的关键，CCD组件对其本身的工作温度要求非常严格，过高或过低的温度都会降低其光电转换的能力。由于空间光学遥感器的特殊工作需求，C⑶组件具有体积小、发热量高、间歇式工作等特点，因此CCD组件不但需要将其工作期间所产生的热量排散出去，同时需要在不工作期间进行补偿加热以防止其温度过低，这样就带来了 CCD组件热控制中的特殊问题，即热量排散与温度补偿的矛盾需求。
[0003]当空间光学遥感器工作时，C⑶组件所产生的热量如果不能及时地散发出去，那么热量的累积将会造成明显的温度升高，系统热噪声和暗电流随之增加，将会致使成像质量下降，甚至难以成像；另外，长期的高温工作也会影响CCD器件的工作精度和预期寿命。因此CCD组件的散热需要建立良好的导热通道，目前通常采用热控制措施是通过热管连接到低温外部辐射器进行散热。由于热管导热能力很强，因此这种热控措施能够十分有效地将CCD组件热量排散出去，但是同时也会带来温度补偿的问题，即当空间光学遥感器处于非工作期间时，由于散热通道的存在，CCD组件在较低温度的外部辐射器的作用下将会处于低温状态。虽然低温状态可以减小电子信号中的热噪声和暗电流，但是CCD器件在低温状态下不但无法保证其正常启动温度，而且会出现黑斑，影响成像质量。目前的解决方法通常是进行补偿加热以维持CCD组件的温度，但是其最大的缺点是由于CCD组件功耗通常很大，因此所需补偿加热功耗同样很大，不但造成能量的浪费，特别是对于频繁机动、外部环境变化剧烈、能源短缺的航天器而言，过大的补偿加热功耗甚至是无法实现的。
[0004]综上所述，为保证空间光学遥感器CXD组件的正常工作，就必须在建立良好导热通道的同时降低其补偿加热功耗需求，因此迫切需要一种既能够满足热量排散目的、同时又具有关闭导热通道能力的节能散热装置。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提出一种结构紧凑、加工及装配简单、可靠性高、导热能力强、节能效果好的用于空间光学遥感器CCD组件的节能散热装置。
[0006]本发明所采用的技术方案是:一种用于空间光学遥感器C⑶组件的节能散热装置，包括:热端、导热段、定位杆和冷端，所述导热段置于所述热端与所述冷端之间，所述热端与所述导热段固定连接，所述定位杆置于所述导热段内部，且所述定位杆的两端分别与所述热端和所述冷端通过螺纹方式连接，所述导热段与所述冷端间隙布置，所述热端、冷端均采用高导热率材料制成，所述导热段采用高导热率、高线胀系数材料制成，所述定位杆采用低导热率、低线胀系数材料制成，所述导热段所用材料的线胀系数大于所述定位杆材料的线胀系数。
[0007]进一步地，所述间隙布置为:当CXD组件工作时，所述导热段受热膨胀且伸长后至少能与所述冷端接触；当CCD组件停止工作时，所述导热段热量输入停止且收缩后至少能与所述冷端分离。
[0008]进一步地，所述高导热率材料采用铝合金或镁合金或铜或银或金或石墨基复合材料。
[0009]进一步地，所述高导热率、高线胀系数材料采用铝合金或镁合金或铜或银或金。
[0010]进一步地，所述低导热率、低线胀系数材料采用低膨胀合金或碳纤维复合材料或钛合金或钢。
[0011]进一步地，所述冷端与所述导热段采用不相同的材料制成。
[0012]进一步地，所述热端与所述导热段采用钛合金螺钉固定连接。
[0013]进一步地，所述定位杆的两端设置有止推环。
[0014]本发明节能散热装置的工作过程如下:节能散热装置位于CCD组件与空间光学遥感器的辐射器之间，热端与CCD组件之间导热连接，冷端与辐射器之间导热连接。当CCD组件工作时，所产生热量首先导到热端处，通过热端与导热段之间的接触导热表面导到导热段上，导热段受热膨胀，伸长至与冷端接触并形成正向压力，热量通过导热段与冷端之间的接触导热表面导到冷端处，此时CCD组件的散热通道导通，热量最终导到温度较低的外部辐射器处向外排散；当CCD组件停止工作时，热量输入停止，导热段收缩，导热段与冷端之间的接触状态由正压力逐渐改变成无压力，此时CCD组件的散热通道断开，CCD组件的温度将不会受到较低温度的外部辐射器的影响而降低，继续维持在理想的温度范围内，这样就无需对非工作期间的CCD组件进行补偿加热，从而有效地节约能量。
[0015]本发明节能散热装置的工作原理是:利用线胀系数不同的材料，设计成简单可靠的结构，导热段与冷端之间留有一定的间隙，通过导热段的位移，一方面实现节能散热装置在工作期间的散热功能，另一方面满足在非工作期间的节能需求，选材时，热端和冷端仅需要高导热率，导热段需要同时满足高导热率和高膨胀系数，定位杆需要同时满足低导热率和低膨胀系数。
[0016]本发明的有益效果:热端与冷端均为固定部件，导热段实现位移与导热的双重功能，定位杆实现定位、指向、支撑的三重功能，散热装置的安装方式所受限制小；热端、冷端、导热段的材料均为高导热率材料，导热路径短，导通热阻小，散热效果好；定位杆材料为低导热率材料，表面发射率低，非工作期间漏热量小，节能效果好。具有结构紧凑、加工及装配简单、导热能力强、节能效果好、使用方便、可靠性高、成本低等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是空间光学遥感器CCD组件用节能散热装置在CCD组件散热系统中的应用示意图。
[0018]图2是本发明节能散热装置处于散热状态的结构剖视图。
[0019]图3是本发明节能散热装置处于节能状态的结构剖视图。
[0020]图中:1、热端，2、导热段，3、定位杆，4、冷端，5、连接螺钉。【具体实施方式】
[0021]下面结合图1-3对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。
[0022]本发明的用于空间光学遥感器CCD组件用节能散热装置包括:热端1、导热段2、定位杆3、冷端4、连接螺钉5。
[0023]热端I与导热段2之间通过4个钛合金连接螺钉5连接；定位杆3与热端I和冷端4之间均直接通过螺纹连接；定位杆3两端设有止推环，兼具定位、指向、支撑的功能。
[0024]另外，本发明节能散热装置中导热段2与冷端4之间的间隙是根据不同的散热需求(如CCD组件功耗、温度需求)和选取材料的不同而确定，该间隙布置为:当CCD组件工作时，导热段2受热膨胀且伸长后至少能与冷端4接触；当CCD组件停止工作时，导热段2热量输入停止且收缩后至少能与冷端4分离，而导热段2与冷端4之间最大间隙的确定过程如下:为保证成像质量，CCD组件存在最高限定工作温度值，因此与之相连的热端I同样存在最高限定温度值Tmax。当CXD组件开始工作时，热端I的温度T1、导热段的温度T2、定位杆3的温度T3均逐渐升高，导热段2开始膨胀，定位杆3近似于不膨胀，即导热段2与冷端4之间的间隙不断减小，此间隙的大小应保证热端I的温度达到Tmax前导热段2与冷端4良好接触，以实现装置的散热功能。因此当热端I的温度达到Tmax时，导热段2的膨胀长度与定位杆3的膨胀长度之差即可确定为导热段2与冷端4之间的最大间隙。
[0025]本发明散热装置的材料选择比较广泛，其中热端I采用高导热率材料，可选用材料有:铝合金、镁合金、铜、银、金、石墨基复合材料等；导热段2采用高导热率、高线胀系数材料，可选用材料有:铝合金、镁合金、铜、银、金等；定位杆3采用低导热率、低线胀系数材料，可选用材料有:低膨胀合金、碳纤维复合材料、钛合金、钢等；导热段2所用材料的线胀系数需大于定位杆3所用材料的线胀系数，冷端4采用高导热率材料，为了防止出现冷焊问题，冷端4与导热段2采用不同的材料，冷端4可选用材料有:铝合金、镁合金、铜、银、金、石墨基复合材料等，选用时，如果冷端4采用铝合金，那么导热段2便可采用镁合金、铜、银、金。
[0026]为充分说明本发明节能散热装置的散热特性，本实施例以热端I采用铝合金2A12材料、导热段2采用铝合金8A06材料、定位杆3采用低膨胀合金4J32材料、冷端4采用紫铜T2材料为例进行说明。
[0027]为减少节能散热装置内部接触热阻，热端I与导热段2之间的相互接触导热表面、导热段2与冷端4之间的相互接触导热表面的表面粗糙度均为0.4 μ m。
[0028]为防止接触导热表面出现冷焊问题，导热段2与冷端4分别采用不同的铝合金材料和紫铜材料，同时导热段2面向冷端4的接触导热表面进行铝光亮阳极氧化处理。
[0029]为降低非工作期间节能散热装置的漏热量，导热段2外表面进行铝光亮阳极氧化处理，表面发射率低于0.1 ;冷端4的接触导热表面进行镀金抛光处理，表面发射率低于
0.05 ;定位杆3除安装接触面外的表面均进行镀镍抛光处理，表面发射率低于0.1。
[0030]如图1所示，CCD组件与节能散热装置之间热量传递是双向的，同样节能散热装置与辐射器之间的热量传递也是双向的，由于节能散热装置的特性，CCD组件与辐射器之间的热量传递是单向的。
[0031]如图2所示，当CXD组件工作时，热量通过热端I导到导热段2和定位杆3上，导热段2受热膨胀，定位杆3近似于不膨胀，导热段2与冷端4接触并进行导热，实现装置的散热功能。
[0032]如图3所示，当CXD组件不工作时，热量停止输入，导热段2遇冷收缩，定位杆3近似于不收缩，导热段2与冷端4接触导热断开，实现装置的节能功能。
[0033]本发明的导热截面尺寸、长度、间隙等均可以根据实际应用的不同要求(如CCD组件功耗、温度需求等)调整大小，以满足不同的工作需求。
【权利要求】
1.一种用于空间光学遥感器CCD组件的节能散热装置，其特征在于:包括:热端(I)、导热段(2)、定位杆(3)和冷端(4)，所述导热段(2)置于所述热端(I)与所述冷端(4)之间，所述热端(I)与所述导热段(2)固定连接，所述定位杆(3)置于所述导热段(2)内部，且所述定位杆(3)的两端分别与所述热端(I)和所述冷端(4)通过螺纹方式连接，所述导热段(2)与所述冷端(4)间隙布置，所述热端(I)和冷端(4)均采用高导热率材料制成，所述导热段(2)采用高导热率、高线胀系数材料制成，所述定位杆(3)采用低导热率、低线胀系数材料制成，所述导热段(2)所用材料的线胀系数高于所述定位杆(3)所用材料的线胀系数。
2.如权利要求1所述的节能散热装置，其特征在于:所述间隙布置为:当CCD组件工作时，所述导热段(2)受热膨胀且伸长后至少能与所述冷端(4)接触；当CCD组件停止工作时，所述导热段(2)热量输入停止且收缩后至少能与所述冷端(4)分离。
3.如权利要求1或2所述的节能散热装置，其特征在于:所述高导热率材料采用铝合金或镁合金或铜或银或金或石墨基复合材料。
4.如权利要求1或2所述的节能散热装置，其特征在于:所述高导热率、高线胀系数材料采用铝合金或镁合金或铜或银或金。
5.如权利要求1或2所述的节能散热装置，其特征在于:所述低导热率、低线胀系数材料采用低膨胀合金或碳纤维复合材料或钛合金或钢。
6.如权利要求1或2所述的节能散热装置，其特征在于:所述冷端(4)与所述导热段(2)采用不相同的材料制成。
7.如权利要求1或2所述的节能散热装置，其特征在于:所述热端(I)与所述导热段(2)采用钛合金螺钉固定连接。
8.如权利要求1或2所述的节能散热装置，其特征在于:所述定位杆(3)的两端设置有止推环。
【文档编号】G01D11/00GK103968869SQ201410182456
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】郭亮, 张旭升, 毛阿龙, 黄勇, 胡日查 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所