一种制冷红外探测器的制作方法

本发明涉及红外探测领域，特别涉及一种制冷红外探测器。

背景技术：

J-T制冷型红外探测器在各种机载、舰载以及陆基导弹上有着广泛的应用，是导弹追踪目标的核心部件，相当于导弹的“眼睛”。在导弹的准备阶段高压气瓶对探测器供气，使红外探测器很快的达到其工作温度，能够正常工作。当导弹发射后，需要红外探测器在没有气源或很少气源的情况下，继续维持一段蓄冷时间的正常工作状态以满足战术指标的要求。蓄冷时间的长短在很大程度上决定着导弹持续追踪目标能力，延长红外探测器蓄冷时间对于提高导弹系统的战斗性能有很大帮助。

由于一般情况下导弹供气用高压气瓶的容积较小，所以对J-T制冷型红外探测器的耗气量有较高要求。需要制冷器的稳定流量尽量小以延长气瓶的供气时间；但是在现有各类型红外探测器结构设计的基础上，如果想延长蓄冷时间就只能使制冷器的稳定流量维持在一个较大的水平以提供足够的制冷量。前述两者之间存在较大矛盾，不可兼顾，若想减小耗气量必然牺牲掉部分蓄冷时间，反之亦然。

J-T制冷型红外探测器工作温度会随着制冷器瞬时流量的变化而波动，较大幅度的温度波动会使其输出信号的噪声变大，信号噪声是红外探测器性能的重要指标之一，减小探测器工作温度的波动对减小噪声有很大帮助。

现有结构的J-T制冷型红外探测器受到需要严格限制的制冷器耗气量的影响，蓄冷时间无法提高；同时探测器温度会随着制冷器瞬时流量的变化发生较大幅度的波动。

技术实现要素：

为了延长红外探测器的蓄冷时间，同时减小红外探测器工作温度随流量的变化幅度，本发明提供了一种制冷红外探测器。

本发明提供的制冷红外探测器，包括杜瓦、杜瓦冷指、制冷器以及探测器芯片，所述制冷器位于所述杜瓦冷指中，所述探测器芯片在所述杜瓦内、位于所述杜瓦冷指的冷头上：

所述杜瓦冷指底部、与冷头相对的一侧设有蓄冷装置。

本发明有益效果如下：

本发明实施例通过杜瓦冷指底部、与冷头相对的一侧设有蓄冷装置，不仅可以在不增加制冷器耗气量的情况下延长红外探测器的蓄冷时间，而且还能在一定程度上增强红外探测器的控温稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例的制冷红外探测器的结构示意图；

图2是本发明实施例杜瓦冷指的结构示意图；

其中：1、芯柱；2、冷头；3、制冷器；4、探测器芯片；5、杜瓦；6、底座；7、蓄冷装置；8、外壳。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了延长红外探测器的蓄冷时间，同时减小红外探测器工作温度随流量的变化幅度，本发明提供了一种制冷红外探测器，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

J-T制冷器工作时的制冷工质气体一般由气瓶提供，供气气瓶的体积一般都在10L以内，所以受到气瓶容积的限制，红外探测系统需要尽量减小J-T制冷器的流量，以保持足够的供气时间。

本申请通过研究发现，理想状态下，当J-T制冷器通气工作时在杜瓦冷指部件前端会形成一层液膜，为红外探测器提供一个稳定的低温环境。但J-T制冷器流量太小时，液膜在各种因素作用下会产生破裂。一旦液膜发生破裂，红外探测器温度就会随之发生波动；同时，在停止供气后，由于液膜破裂红外探测器的蓄冷时间也要短于稳定液膜状态。

根据本发明的实施例，提供了一种制冷红外探测器，图1是本发明实施例的制冷红外探测器的结构示意图，如图1所示，根据本发明实施例的制冷红外探测器包括杜瓦5、杜瓦冷指、制冷器3以及探测器芯片4，所述制冷器3位于所述杜瓦冷指中，所述探测器芯片4在所述杜瓦5内、位于所述杜瓦冷指的冷头上，所述杜瓦冷指底部、与冷头相对的一侧设有蓄冷装置7。

具体的，所述杜瓦冷指包括芯柱1、冷头2及底座6；所述芯柱1为具有一个底面的空心柱状结构，所述芯柱1远离底面的一端固定有所述底座6，所述外壳8与所述底座6组成杜瓦5，使所述底面位于所述杜瓦5内；所述冷头2在所述芯柱1外部包覆于所述底面及与所述底面相接的芯柱1柱体上，组成冷头部位；所述探测器芯片4位于所述冷头部位中远离所述底面的一端；所述蓄冷装置7位于所述芯柱1内部、固定在所述底面上；所述制冷器3位于所述芯柱1内。

本发明实施例的蓄冷装置可以储存一定量的液态工质气体，同时对J-T制冷器的启动时间不会有太大影响。在液体表面张力的作用下，当J-T制冷器通气工作后，在蓄冷装置中液体制冷工质会形成一层稳定的液膜，即使制冷器流量较小时该液膜由于蓄冷装置的存在也不会轻易破裂。在保证了稳定维持红外探测器工作温度的同时，在停止供气后由于蓄冷装置中有一定量的液态制冷工质储存，使杜瓦结构的冷头部位附近维持一个较长时间的低温状态，红外探测器的蓄冷时间也得以延长。因此，需要该蓄冷装置重量轻、热质量小、导热速度快。

基于上述考虑，该蓄冷装置7网状结构，具体可以为不锈钢网或铜网，或者其他具备上述特点的类似材料。

更加具体的，所述网状结构的目数为100～200目，即不锈钢网或铜网的目数为100～200目。

具体的，冷头2的材质为可阀合金4J33，芯柱1的材质为TC4(Ti-6Al-4V)，底座6的材质为可阀合金4J33。本发明实施例的冷头、芯柱、底座还可以选用其他能够实现相应功能的材料。

本发明实施例中，采用焊接或粘接将所述蓄冷装置固定所述杜瓦冷指底部、与冷头相对的一侧。

具体的，采用焊接将所述蓄冷装置固定所述杜瓦冷指底部、与冷头相对的一侧包括以下步骤：

将焊料箔放置在所述杜瓦冷指底部，将所述蓄冷装置放置在所述焊料箔上；

将放置焊料箔和蓄冷装置后的杜瓦冷指放置在真空钎焊炉内处理至所述焊料箔融化。

更加具体的，所述焊料箔的材质为AgCu28合金。

更加具体的，当采用焊料箔的材质为AgCu28合金时，将放置焊料箔和蓄冷装置后的杜瓦冷指放置在真空钎焊炉内处理时，在810～835℃的条件下保温1～60S。

具体的，采用粘接将所述蓄冷装置固定所述杜瓦冷指底部、与冷头相对的一侧包括以下步骤：

在所述蓄冷装置表面涂胶水后，放置在所述杜瓦冷指底部、与冷头相对的一侧，固化。

一般情况下，在杜瓦冷指加工完后通过电镀工艺在杜瓦冷指表面镀镍。

为了更加详细的说明本发明的技术方案，给出杜瓦冷指的制备方法。

(1)在所述芯柱底面及与所述底面相接的芯柱柱体上焊接冷头，组成冷头部位；在所述芯柱远离底面的一端焊接底座；

具体的，冷头材质为4J33可阀合金，芯柱材料为TC4，底座材料为4J33可阀合金，钎焊焊料选用AgCu28合金，钎焊过程在真空钎焊炉内进行，焊接温度820℃，保温1min。

(2)采用焊接或粘接将所述蓄冷装置固定在所述底面上。

在冷头背面钎焊(或粘接)蓄冷丝网，钎焊材料(或粘接用胶)自主选择，但需满足低温适用要求。本次使用AgCu28焊料箔(粘接使用K-2型502胶水)。

钎焊实施方案

●用镊子将焊料片放在在冷头背面，然后在焊料上面放置蓄冷丝网，然后在芯柱内放置钎焊工装。

●将待焊件摆入炉膛恒温区，并确保炉膛台面及炉门处无异物，关好炉门，启动机械泵，打开旁抽阀对炉腔进行抽真空，待真空计显示真空度低于10Pa后，关闭旁抽阀，打开分子泵前级阀和主抽阀，启动分子泵，待真空度显示优于1x10E-3Pa时，启动运行加热程序，加热至810℃-835℃，保温0-1min，随炉冷却至100℃以下，依次关闭阀门、泵组，待温度显示低于40℃以下时，打开充气阀门，向炉腔冲入氮气，炉门自动打开，戴手套取出焊件。

●钎焊完成后，显微镜下观察，焊料熔化充分，无堆积；

粘接实施方案

●用棉签在蓄冷丝网表面涂一层K-2型502胶水；

●将蓄冷丝网在无尘布表面擦拭，直至丝网的孔隙之间无多余胶；

●用镊子将蓄冷丝网放置在冷头背面，然后装入粘接夹具，保证蓄冷丝网与冷头零件充分接触。

将两只J-T制冷器与现有结构的两只红外探测器和本发明实施例的四只制冷红外探测器分别装配在一起进行测试，其中，四只制冷红外探测器的蓄冷装置为100目的铜网。结果如下表所示，其中探测器工作温度稳定性是通过其冷头部位安装的二极管电压值的波动来表征的。

由上表可以看出，本发明实施例提供的红外探测器的蓄冷时间延长了20％左右，控温稳定性也得到了显著增强。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。