[发明专利]一种提高J-T制冷红外探测器低气压下温度稳定性装置

说明书

本发明公开了一种提高J‐T制冷红外探测器低气压下温度稳定性装置，包括：探测器杜瓦外壳(1)、制冷器高压进气口(2)、自调制冷器(3)和杜瓦膨胀腔体(4)，还包括：定向排气孔(5)、密封法兰(6)、排气腔体(7)、单向阀(8)和缓冲腔(9)。密封法兰(6)与探测器杜瓦外壳(1)的安装面通过密封圈和螺钉固定拧紧，并形成杜瓦膨胀腔(4)。工作时，通过单项阀门(8)实现气体压力精密控制，有效调节排气腔体(7)内部和缓冲腔(9)外部之间的压力差值ΔP，有效降低瞬间压力释放产生的呼吸效应。本发明不仅能适应常压环境下工作，在低气压环境下也能保证探测器的工作温度稳定性，有利于图像整体均匀性，提高成像效果。

技术领域

本发明涉及一种温度稳定性装置，特别是一种提高J‐T制冷红外探测器低气压下温度稳定性装置。

背景技术

红外传感器一般都需要制冷来实现器件高性能，如碲镉汞、二类超晶格探测器等等都需要工作在低温环境下，工作温度越低红外传感器灵敏度越高，工作温度稳定性越好红外传感器输出的图像均匀性越高，成像效果较好。J‐T制冷方式是探测器快速制冷的一种有效手段，通过将高压气体释放到膨胀腔内部膨胀来吸取热量实现对芯片的逐步制冷，并通过自调制冷器实时动态调节及有效控制芯片附近腔体压力稳定来实现探测器芯片的温度稳定。

传统J‐T制冷形式的红外探测器包括：探测器杜瓦外壳、制冷器高压进气口、自调制冷器、杜瓦膨胀腔体；由于没有密封法兰将排气孔与外部进行有效隔离，而是直接将高压膨胀后的气体直接排放到周围环境中，势必会造成排气孔与外部产生较大的压力波动，最终传导到探测器芯片杜瓦膨胀腔附近压力波动，造成探测器工作温度有一定浮动，但是由于常压环境下如1个大气压，气体膨胀后吸热转换成液体的温度较高，如高压氮气转化成液氮的温度为77K，需要的气压波动精度也不高，如0.05个大气压波动的变化大概会造成0.5K的温度波动，这样的控温精度可以满足探测器正常工作要求；当J‐T制冷探测器工作在低气压环境中，如0.2个大气压时，如果依然采用传统J‐T制冷方式，高压氮气转换成液氮的温度变为66K,此时0.05个大气压波动会造成最高3.5K的温度波动，无法满足探测器正常工作温度精度要求，造成图像灰度波动较大，图像成像质量下降。

发明内容

本发明的目的在于一种提高J‐T制冷红外探测器低气压下温度稳定性装置，解决由于压力波动造成探测器芯片工作温度不稳定的问题。

一种提高J‐T制冷红外探测器低气压下温度稳定性装置，包括：探测器杜瓦外壳、制冷器高压进气口、自调制冷器和杜瓦膨胀腔体，还包括：定向排气孔、密封法兰、排气腔体、单向阀和缓冲腔。

探测器杜瓦外壳为中空壳体，探测器杜瓦外壳的开口端有翻边作为安装面。密封法兰的形状与探测器杜瓦外壳安装面的形状相同，密封法兰与探测器杜瓦外壳的安装面通过密封圈和螺钉固定拧紧，并形成杜瓦膨胀腔。自调制冷器的输入端置于杜瓦膨胀腔中，自调制冷器输出端与制冷器高压进气口输入端连通，并与密封法兰通过螺纹互联拧紧，制冷器高压进气口与高压气瓶连接，实现高压气体无泄漏的进入到自调制冷器中。定向排气孔为密封法兰上的螺纹孔，定向排气孔与排气腔体的输入端连通，并通过螺纹锁紧，保证压力不会衰减，膨胀后气体通过定向排气孔流入到排气腔体；排气腔体的输出端与缓冲腔的输入端连通，通过单向阀来控制开关闭合。

工作时，高压惰性气体通过高压进气口进入到自调制冷器中，通过自调制冷器实现对高压气体流速的控制，当被控制的高压气体进入到杜瓦膨胀腔内部后，由于杜瓦膨胀腔内部为1个大气压，高压气体会瞬间膨胀吸热使周围环境和探测器芯片被冷却，此时高压气体膨胀后会变成常压低温气体，经过连通的定向排气孔缓慢释放到排气腔体中，排气腔体加上杜瓦膨胀腔体形成很好的气体流动空间有利于压力动态平衡，并且排气腔体越长，管壁阻尼效应越明显，有效延缓气体波动，并且通过一个单项阀门高灵敏压力传感器实现气体压力精密控制，有效调节排气腔体内部和缓冲腔外部之间的压力差值ΔP，有效降低瞬间压力释放产生的呼吸效应：

ΔP≈P2‐P1