专利名称：红外探测器温度循环试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及红外探测器的试验装置，特别涉及一种用于可靠性试验的红外探测器温度循环试验装置。
背景技术：
高灵敏的光子型红外探测器大都工作在低温状态，如液氮温度。对于红外焦平面探测器，目前比较成熟和获得成功应用的制造路线是采用倒焊互联混成结构。该倒焊互联混成结构，就是分别研制碲镉汞红外敏感元列阵芯片和硅多路传输与信号处理读出电路芯片，通过倒焊互联技术把红外敏感元与读出电路集成，成为具有完整的对红外辐射的响应、处理、输出功能的高性能红外焦平面探测器。
一般，上述红外敏感元与读出电路采用二种不同的材料制成，所以在低温工作时这二种材料的热膨胀系数差异导致的内部应力将影响探测器的性能与可靠性。为改进工艺，增强探测器可靠性，首先必须通过试验，即经过反复进行室温-液氮温度-室温的热循环试验，获得反馈数据。这是红外焦平面探测器可靠性增长设计与试验的必要途径。
然而通常商品化的高低温试验箱存在几个问题一是高低温温度区间与红外探测器的要求不符，一般的高低温试验箱在-70～120℃的温度区间，所以不能满足红外探测器-196～60℃的温度区间要求；二是一般的高低温试验箱的温度变化速率固定为3℃/分钟，不能根据应用要求进行模拟试验；三是一般的高低温试验箱不能提供真空环境，低温下红外探测器表面的水汽凝结对其有致命影响。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种红外探测器温度循环试验装置，能够模拟实际使用状态进行试验，满足红外探测器温度区间需求，控制其升降温速率，提供真空环境避免红外探测器表面水汽凝结。
为实现上述目的，本实用新型提供一种红外探测器温度循环试验装置，其特点是包括杜瓦、加热部件及冷媒，所述杜瓦包括外胆、内胆、测温元件及引线，其中外胆及内胆间可形成真空夹层，测温元件安装于内胆的低导热层的端面，即探测器安装面上，引线经真空夹层，一端连接测温元件，另一端连接至测试仪表，所述杜瓦还设有真空排气口。
所述冷媒为液氮，试验时注入杜瓦的内胆中。
所述低导热层设于内胆底面，其厚度可根据试验要求的降温速率减少或增加。
所述外胆的第一密封法兰和内胆的第二密封法兰可由密封圈密封后再经密封螺钉固定密封，从而使外胆和内胆间形成真空夹层。
所述真空排气口设于内胆的第二密封法兰上。
所述的引线穿过内胆的第二密封法兰，连接测温元件及测试仪器。
所述内胆为广口、薄壁结构，其侧壁厚度可为0.3～0.4mm。
所述测温元件为铂电阻或测温二极管。
所述加热部件包括金属块及与该金属块连接的N(N为正整数)个电热元件和绝缘绝热手柄。
所述N个电热元件为内热式电热元件，其一端插入所述金属块所设均匀分布的N个插入孔，另一端连接到电压控制器输出端。
本实用新型的有益效果是①.本实用新型以冷媒降温，特别是以液氮作为冷媒降温，并通过控制电压控制加热部件升温，实现室温-接近80K-室温的温度反复循环，满足红外探测器温度循环的需求②.可以根据实际要求设计内胆低导热层的厚度，以控制降温速率从而控制降温时间；通过电压控制加热部件的电热元件以调节升温速率，控制升温时间，从而能够模拟实际使用状态，按实际应用要求进行模拟试验；
③.升、降温变化速率可以通过测温元件实时监测；④.为红外探测器提供真空试验环境，避免一般高低温试验箱暴露于大气而使红外探测器表面水汽凝结及由此对红外探测器造成的影响；⑤.本实用新型结构简单、实用、高效、成本低廉且使用可靠。
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型的杜瓦的剖面图。
图2为本实用新型的加热部件的剖面图。
图3为图2的A-A线剖视图。
图4为实际设计的本实用新型的一号杜瓦的实测温度-时间曲线。
图5为实际设计的本实用新型的二号杜瓦的实测温度-时间曲线。
图中1-杜瓦10-外胆 100-第一密封法兰11-内胆 110-第二密封法兰111-真空排气口112-低导热层113-探测器安装面 12-测温元件 13-引线14-密封圈 15-真空夹层 16-密封螺钉2-加热部件20-金属块 21-电热元件22-绝缘绝热手柄具体实施方式
本实用新型包括杜瓦1及加热部件2。如图1所示，杜瓦1包括外胆10、内胆11、测温元件12及引线13，其中外胆10是不锈钢材料制成一体结构，设有第一密封法兰100；内胆11亦为不锈钢材料制成一体结构，且采用薄壁结构以降低热传导，其侧壁厚度大致为0.3～0.4mm。该内胆11包括第二密封法兰110，该第二密封法兰110上设有真空排气口111，且内胆11的底面112为低导热层，该低导热层112的厚度根据具体要求设计，即根据要求的降温速率减少或增加厚度，一般厚度为10mm时，从室温降至到液氮温度约6分钟。该内胆11采用广口结构，方便加热部件2出入。
外胆10和内胆11可由密封圈14将第一密封法兰100和第二密封法兰110间密封，从而在外胆10和内胆11间形成真空夹层15。该密封圈14为真空橡胶或软金属制成，用于真空密封。第一密封法兰100和第二密封法兰110可再由密封螺钉16固定密封。
测温元件12安装于内胆11的低导热层112底部端面，即探测器安装面113上，以实时检测降温速率，该测温元件12可以是铂(Pt)电阻或测温二极管。引线13经真空夹层15，穿过内胆11的第二密封法兰110，一端连接测温元件12，另一端连接至测试仪表，该引线13可由金属玻璃烧结而成，用于测温元件12和测试仪表的电连接。
如图2所示，加热部件2包括金属块20、N(N为正整数)个电热元件21及绝缘绝热手柄22。其中金属块20设有均匀分布的N个插入孔，以插入N个电热元件21，该金属块20可由紫铜制成，以加快热传导；电热元件21可以为内热式电烙铁芯，功率根据升温速率等因素选定，为灵活控制升温速率，N个并联连接的电热元件21连接到电压控制器输出端，通过控制电压控制升温速率；绝缘绝热手柄22，与金属块20连接，一般可用层压板制成，用于作为电热元件21的电连接柱和操作手柄。本实施例中，N为4。该加热部件2亦可采用其他结构形式实现热传导。
用于红外探测器温度循环可靠性试验时，被试验探测器安装于本实用新型的内胆11低导热层112底部端面，即探测器安装面113上。本实用新型的外、内胆10、11用密封螺钉16固定密封后，用真空机组排气使得真空夹层15的真空度达到10-3τ以上，该真空夹层15为探测器提供隔热层，保证探测器与外界隔绝，避免器件表面水汽凝结。向内胆11内注入冷媒3，本实用新型采用液氮作为冷媒(成本低，且易于实现)，液面不超过其1/3，以避免密封圈14温度过低导致真空破坏。同时，通过测温元件12实时监测探测器温度。温度平稳后，将加热部件2插入内胆11内，开始升温，升温速率由电压控制器向加热部件2的电热元件21所加电压控制。同样进行实时温度监测。当达到室温温度后，移去加热部件2，完成一个温度循环。在升温过程接近室温时，应降低升温速率，防止温度过冲。
本实用新型以冷媒降温，特别是以液氮作为冷媒降温，可以降温至接近80K，且降温速率可以根据实际要求设计杜瓦来获得；利用加热部件升温，升温速率可以通过电压控制加热部件的电热元件进行控制。从而可以实现室温-接近80K-室温的温度反复循环，满足红外探测器温度循环的需求，且升温、降温时间可以模拟实际使用要求进行控制。且本实用新型为红外探测器提供真空环境，避免一般高低温试验箱暴露于大气中而使红外探测器表面水汽凝结。
图4、图5为实际设计的一号、二号杜瓦的实测温度-时间曲线，分别可在17分钟、6分钟内降温至80K。
权利要求1.一种红外探测器温度循环试验装置，其特征在于包括杜瓦(1)、加热部件(2)及冷媒(3)，所述杜瓦(1)包括外胆(10)、内胆(11)、测温元件(12)及引线(13)，其中外胆(10)及内胆(11)间可形成真空夹层(15)，测温元件(12)安装于内胆(11)低导热层(112)的端面，即探测器安装面(113)上，引线(13)经真空夹层(15)，一端连接测温元件(12)，另一端连接至测试仪表，所述杜瓦(1)还设有真空排气口(111)。
2.根据权利要求1所述的红外探测器温度循环试验装置，其特征在于所述冷媒(3)为液氮，试验时注入杜瓦(1)的内胆(11)中。
3.根据权利要求1所述的红外探测器温度循环试验装置，其特征在于所述低导热层(112)设于内胆(11)底面，其厚度可根据试验要求的降温速率减少或增加。
4.根据权利要求1所述的红外探测器温度循环试验装置，其特征在于所述外胆(10)的第一密封法兰(100)和内胆(11)的第二密封法兰(110)可由密封圈(14)密封后再经密封螺钉(16)固定密封，从而使外胆(10)和内胆(11)间形成真空夹层(15)。
5.根据权利要求4所述的红外探测器温度循环试验装置，其特征在于所述真空排气口(111)设于内胆(11)的第二密封法兰(110)上。
6.根据权利要求4所述的红外探测器温度循环试验装置，其特征在于所述的引线(13)穿过内胆(11)的第二密封法兰(110)，连接测温元件(12)及测试仪器。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的红外探测器温度循环试验装置，其特征在于所述内胆(11)为广口、薄壁结构，其侧壁厚度可为0.3～0.4mm。
8.根据权利要求1所述的红外探测器温度循环试验装置，其特征在于所述测温元件(12)为铂电阻或测温二极管。
9.根据权利要求1、2、3、4、5、6或8所述的红外探测器温度循环试验装置，其特征在于所述加热部件(2)包括金属块(20)及与该金属块(20)连接的N个电热元件(21)和绝缘绝热手柄(22)，其中N为正整数。
10.根据权利要求9所述的红外探测器温度循环试验装置，其特征在于所述N个电热元件(21)为内热式电热元件，其一端插入所述金属块(20)所设均匀分布的N个插入孔，另一端连接到电压控制器输出端。
专利摘要本实用新型涉及一种红外探测器温度循环试验装置，包括杜瓦、加热部件及冷媒，其中所述杜瓦包括外胆、内胆、测温元件及引线，外胆及内胆间可形成真空夹层，测温元件安装于内胆的低导热层的探测器安装面上，引线经真空夹层，一端连接测温元件，另一端连接至测试仪表，所述杜瓦还设有真空排气口。本实用新型能够模拟实际使用状态进行试验，满足红外探测器温度区间需求，并可控制其升降温速率，提供真空环境避免水汽凝结对红外探测器产生影响。本实用新型结构简单、成本低廉且使用可靠。
文档编号H01L31/08GK2795835SQ20032010952
公开日2006年7月12日 申请日期2003年11月4日 优先权日2003年11月4日
发明者张勤耀 申请人:中国科学院上海技术物理研究所