可实现被动温控的中波制冷型红外成像系统的制作方法

本实用新型属于中波制冷型红外成像系统，具体涉及可实现被动温控的中波制冷型红外成像系统。

背景技术：

在环境温度-70℃～+70℃的情况下，对中波波段的暗弱目标进行远距离和大范围探测时，成像系统自身热辐射在像面产生的照度将随着成像系统工作温度的升高而增大，系统背景噪声也随之增大，信噪比随之减小，经分析，系统工作温度需控制在特定的温度以下，才能满足信噪比要求，同时也受到装机体积、承重、功耗和成像系统视场角等因素限制。因此，需要对中波红外成像系统进行被动温控处理，且要保证一定的控温精度，使其工作在最佳温度内，以保证探测效果。

在成像系统被动热控方面，申请号为201010184943.6的专利中公开了一种对可见光相机进行保温处理的技术方案，但由于该方案会造成红外系统冷反射，以及封装不适用于制冷探测器的问题，因此该方案不适用于在制冷型红外成像系统中使用。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是在于解决中波制冷型红外成像系统在温度较高时会影响成像质量，而现有被动热控装置又不适用于制冷型红外成像系统的技术问题，提供可实现被动温控的中波制冷型红外成像系统。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

可实现被动温控的中波制冷型红外成像系统，包括中波红外探测器、中波红外光学镜头，其特殊之处在于，还包括传热组件、壳体、底座和套设在所述中波红外探测器之外的l型支座；所述壳体套设于中波红外光学镜头之外，壳体的前端通过窗座密封安装有红外光学窗口，后端与中波红外探测器外表面之间密封连接，在中波红外光学镜头、中波红外探测器和壳体之间形成密封腔体；壳体上安装有真空阀和真空计；壳体固定于底座上；所述传热组件包括第一垫块、第二垫块和热管；第一垫块安装于l型支座和中波红外探测器的制冷机之间；第二垫块安装于底座和l型支座之间；热管一端穿插于第一垫块内，另一端穿插于第二垫块内。

进一步地，所述壳体外包覆有复合隔热层，可根据实际需要选择复合隔热层的包覆层数，也可以选择其他隔热材料或隔热方式进行保温。

进一步地，所述第一垫块的底部设有多个第一凸台；所述l型支座的底面设有多个第二凸台。凸台的设置减小了接触面积，减少热量传递，也可采用其他如支撑架的方式，只要能够减小接触面积即可。

进一步地，所述红外光学窗口与中波红外光学镜头轴线呈95°夹角。

进一步地，所述壳体与中波红外探测器之间通过柔性焊接波纹管法兰连接，l型支座固定于柔性焊接波纹管法兰上；所述柔性焊接波纹管法兰与壳体之间设有铟丝层，柔性焊接波纹管法兰与中波红外探测器之间通过真空密封胶密封。

进一步地，所述壳体与柔性焊接波纹管法兰的配合面为斜面，壳体、铟丝层和柔性焊接波纹管法兰通过真空密封胶密封。

进一步地，所述中波红外光学镜头与壳体之间通过螺钉连接，螺钉与壳体的接触处均设置有隔热垫。

进一步地，所述第二垫块与底座之间设有导热硅脂；所述壳体与底座的连接处设有隔热垫。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型在中波红外光学镜头、中波红外探测器和壳体之间形成密封腔体，通过真空阀对密封腔体内抽真空，并通过真空计实时观察抽真空的情况，利用真空的密封腔室确保其内部的保温性能。另外，传热组件能够将中波红外探测器的制冷机工作时产生的热量传递到底板上，热管也能够减少热量向l型支座传递。通过密封腔体和传热组件，即使用于环境温度宽动态范围时，也能够实现对暗弱目标的远距离和大范围探测，控温精度可达±5℃，保证了探测效果。

2.本实用新型的壳体外包覆有复合隔热层，进一步提高保温效果。

3.本实用新型的第一垫块和l型支座底部均设有凸台，减少了第一垫块与l型支座之间，以及l型支座与第二垫块之间的接触面积，增大了传导热阻，减少第一垫块和第二垫块向l型支座的传热。

4.本实用新型的红外光学窗口倾斜布置，用以消除平板玻璃引起的冷反射现象。

5.本实用新型的铟丝层一方面对壳体和柔性焊接波纹管法兰之间进行密封，另一方面通过调整铟丝层厚度，能够起到调整像面的作用。

6.本实用新型铟丝层会使壳体与柔性焊接波纹管法兰之间存在间隙，通过真空密封胶密封，进一步保证密封性，另外壳体与柔性焊接波纹管法兰的配合面为斜面，便于真空密封胶填充整个间隙。

7.本实用新型在中波红外光学镜头与壳体的连接处设置隔热垫，进一步减少通过壳体的热传递。

8.本实用新型的壳体与底座的连接处设有隔热垫，减少底座与壳体之间的热传递。

附图说明

图1为可实现被动温控的中波制冷型红外成像系统的结构示意图；

图2为图1轴向剖面的正投影图；

图3为图2中n处的局部放大图；

图4为图2中p处的局部放大图。

其中，1-壳体、2-红外光学窗口、3-传热组件、301-第一垫块、302-第二垫块、303-热管、4-窗座、5-中波红外光学镜头、6-底座、7-中波红外探测器、701-制冷机、8-l型支座、801-第二凸台、9-真空阀、10-复合隔热层、11-柔性焊接波纹管法兰、12-铟丝层、13-螺钉、14-隔热垫、15-第一凸台、16-真空密封胶。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的实施例和附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本实用新型的限制。

如图1和图2，可实现被动温控的中波制冷型红外成像系统，其中，中波制冷型红外成像系统包括中波红外光学镜头5和中波红外探测器7，以及成像电路组件等，中波红外探测器7连接于中波红外光学镜头5的后端，安装时，为了对中波红外探测器7起到支撑作用，使中波红外探测器7稳固，在中波红外探测器7外套设l型支座8。还包括传热组件3、壳体1和底座6；壳体1套设于中波红外光学镜头5之外，壳体1的前端通过窗座4密封安装有红外光学窗口2，后端与中波红外探测器7外表面之间密封连接，在红外光学窗口2、中波红外光学镜头5、中波红外探测器7和壳体1之间形成密封腔体，壳体1上安装有真空阀9和真空计，通过真空阀9对上述密封腔体抽真空，真空计可用于实时观察密封腔体内的真空度，在真空密封性良好的情况下，密封腔体内所需真空度与中波制冷型红外成像系统的控温精度、系统工作环境、真空度维持时间等有关，具体抽真空的真空度根据系统指标具体确定。将壳体1固定于底座6上。

另外，在中波红外探测器7的制冷机701和底座6之间设置传热组件3，将制冷机701工作时产生的热量通过传热组件3传递到底座6上，以提高中波红外探测器7的环境适应能力。其中，传热组件3包括第一垫块301、第二垫块302和热管303；第一垫块301安装于l型支座8和中波红外探测器7的制冷机701之间；第二垫块302安装于底座6和l型支座8之间；在本实用新型的另一个实施例中，第一垫块301的底部设有多个第一凸台15；所述l型支座8的底面设有多个第二凸台801，第一凸台15减少了第一垫块301与l型支座8之间的接触面积，减少制冷机701的热量向中波红外探测器7和中波红外光学镜头5传递，同理，第二凸台801减少了l型支座8与第二垫块302之间的接触面积，减少了l型支座8和第二垫块302之间的热传递。热管303一端穿插于第一垫块301内，另一端穿插于第二垫块302内，热管303将制冷机701传递至第一垫块301的部分热量直接传递至第二垫块302，第一垫块301和第二垫块302均可采用铜等导热性能好的材料。

在本实用新型的一个实施例中，可以在壳体1外包覆复合隔热层10，用于进一步对密封腔室进行保温，减少散热。

在抑制中波制冷型红外成像系统冷反射方面，除了在红外光学系统设计过程中控制中心视场边缘光线在各透镜表面处的入射角、入射高度，以及在各透镜镀增透膜外，还可以在将红外光学窗口2采用倾斜5°设计，即红外光学窗口2与中波红外光学镜头5的轴线呈95°夹角，用以消除平板玻璃引起的冷反射现象。

如图1至图4，壳体1与中波红外探测器7之间可通过柔性焊接波纹管法兰11连接，真空阀9和真空计也可安装在柔性焊接波纹管法兰11上，柔性焊接波纹管法兰11与中波红外探测器7之间可以采用定心工艺进行装配，再采用真空密封胶16加以密封，l型支座8固定于柔性焊接波纹管法兰11上，柔性焊接波纹管法兰11与壳体1之间设有铟丝层12。铟丝层12除了密封作用外，通过调整铟丝层12的厚度，能够起调整像面的作用。在加工壳体1与柔性焊接波纹管法兰11时，两者的配合面可加工一段斜面，由于配合面之间设有铟丝层12，铟丝层12的厚度会造成壳体1与柔性焊接波纹管法兰11配合面之间存有间隙，在间隙内注入真空密封胶16，如设置斜面倾斜角度为3°，便于真空密封胶16填充整个间隙确保其密封性。

中波红外光学镜头5与壳体1之间可以通过螺钉13连接，螺钉13与壳体1内部的法兰，即螺钉13的连接处，均设置有隔热垫14，防止壳体1的热量传递到中波红外光学镜头5上。同理，第二垫块302与底座6之间设有导热硅脂，壳体1与底座6的连接处设有隔热垫，都是为了减少热量的传递。

本实用新型还公开了上述成像系统的装配方法，包括以下步骤：

步骤1，将红外光学窗口2与窗座4之间用真空密封胶16密封连接；

或对红外光学窗口2外部镀金，再与窗座4焊接密封；

步骤2，将中波红外光学镜头5同轴固定于壳体1内；

步骤3，将第一垫块301安装于l型支座8和中波红外探测器7的制冷机701之间；

步骤4，同步完成步骤4.1和步骤4.2，消除安装应力；

步骤4.1将中波红外探测器7的前端密封安装于壳体1内，中波红外探测器7的前端安装于中波红外光学镜头5的尾部；

步骤4.2，将第二垫块302安装于底座6和l型支座8之间；

中波红外探测器7和壳体1的连接，与第二垫块302的安装同步进行，保证第二垫块302与底座6和l型支座8之间接触面的水平度，避免先对一端进行安装产生安装应力。

步骤5，将真空阀9和真空计安装在壳体1上；

步骤6，将窗座4焊接密封于壳体1的前端，再将壳体1固定于底座6上。

其中，步骤5和步骤6可根据需要调整其在整个流程中的顺序位置。

前述成像系统及装配方法中，凡使用真空密封胶16，在相应位置注入真空密封胶后，均需静置于真空干燥箱内，以排出真空密封胶16内的气泡，以保证密封性能。

具体操作时还可按如下方式：

(1)将红外光学窗口2与窗座4用真空密封胶密封，然后将其放入真空干燥箱内固化形成真空密封胶16；或者将红外光学窗口2外圆镀金，然后再与窗座4进行焊接密封；

(2)中波红外光学镜头5通过4个m4的螺钉和隔热垫14与壳体1固连；

(3)l型支座8与柔性焊接波纹管法兰11通过2个销钉定位，再通过4个m4的螺钉进行固定；

(4)中波红外探测器7通过4个m4的螺钉与传热组件3固定；

(5)将传热组件3平面与l型支座8平面调平，然后对中波红外探测器7与柔性焊接波纹管法兰11之间使用真空密封胶16进行胶粘；同时，为了防止中波红外探测器7的制冷机701产生的热量传递到l型支座8上，传热组件3的第一垫块301底面加工成4个凸台，增大传导热阻，并且第一垫块301与l型支座8之间的接触处增设隔热垫；胶粘完成后要将其放入真空干燥箱内固化形成真空密封胶层；

(6)将真空阀9和真空计安装在壳体1或柔性焊接波纹管法兰11上；

(7)将壳体1通过4个m4的螺钉和4个隔热垫与底座6固连；

(8)在壳体1与柔性焊接波纹管法兰11之间增设铟丝层12，通过调整铟丝层12的厚度进行像面调整，通过2个销钉定位，再通过8个m4的螺钉进行固连；同时，通过4个m4的螺钉将传热组件3的第二垫块302与底座6固连；为将传热组件3处的热量更好的传递到底座6上，在接触面处涂抹导热硅脂；为防止第一垫块301安装完成后再安装第二垫块302时产生应力，在固定12本步骤内上述共12个m4螺钉时，要依次调整进行；

(9)在壳体1与柔性焊接波纹管法兰11接触面的间隙处注入真空密封胶，胶粘完成后将其放入真空干燥箱内固化形成真空密封胶层；

(10)擦拭中波红外光学镜头5的首片光学玻璃，让后将窗座4与壳体1之间焊接密封，将形成焊缝；

(11)在壳体1的外部包裹复合隔热层；

(12)上述步骤完成后，根据理论分析得到真空度要求，对红外光学窗口2、中波红外光学镜头5、壳体1和柔性焊接波纹管法兰11之间的密封腔体内部进行抽真空，再将中波制冷型红外成像系统放入高低温箱内进行成像试验，验证成像系统的被动温控性能。

本实用新型提供的可实现被动温控的中波制冷型红外成像系统经实际验证可使中波制冷型红外成像系统用于环境温度-70℃至+70℃的宽动态范围内，实现对暗弱目标的远距离和大范围探测，其控温精度可达±5℃以保证探测效果。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非对本实用新型保护范围的限制，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围内。