[发明专利]风冷散热TEC电制冷CCD杜瓦

说明书

技术领域

本发明应用于CCD探测器制冷技术领域，具体涉及一种风冷散热TEC电制冷CCD杜瓦。

背景技术

CCD真空杜瓦通常安装在天文望远镜的成像焦面，用于装载CCD探测器对天体目标成像观测。目前天文观测研究追求更远、更暗的天体目标，这就要求CCD杜瓦内的制冷部件能够对CCD探测器进行深度制冷，一般制冷温度要低至-40～-80℃，才能很好的抑制CCD暗电流和热噪声，得到信噪比高的优质图像。

传统方法，CCD探测器设置在液氮真空杜瓦内,杜瓦中的CCD相当于人的眼睛，放到天文望远镜的成像焦面，利用液氮杜瓦将CCD探测器的工作温度降至-50～-100℃，以此来压制CCD电路的暗电流和热噪声，从而得到信噪比更高的光信号图像。液氮杜瓦的优点是冷量足，且没有任何震动，但是它也具有很多不足之处：

第一，在长时间曝光成像时，望远镜需要对目标进行跟踪，液氮杜瓦安装在望远镜后端焦面位置，也会跟随望远镜同步转动，这就要考虑液氮口的姿态，防止液氮杜瓦在转到某一角度，加液氮口过低导致液氮外流，损坏望远镜设备，这样就导致不能随时进行任意角度观测。

第二，液氮杜瓦体积和质量都比较大，它设计有一个2～3升的液氮腔体在装载液氮，保证液氮维持一个观测夜。传统液氮杜瓦体积一般都在300mm*400mm的圆柱大小，质量10约公斤或者更大。较大的质量和体积对望远镜负载设计要提出明确要求。

第三，液氮杜瓦需要每天维护。液氮杜瓦正常运行时，需要每天添加液氮来保证一个观测夜的制冷需求，后期设备运行阶段的人工维护和液氮耗费量都需要考虑。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种风冷散热TEC电制冷CCD杜瓦，采用TEC制冷、分子筛长时间维持真空和风冷散热等技术来保证系统运行时CCD的低温要求，热沉散热表面积大、降温速度快，绝对制冷温度低、真空维持时间长，体积小，质量轻，便于安装、控制，能进行任意角度观测，且运行和维护简单，可直接用于天文望远CCD镜成像及测光。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种风冷散热TEC电制冷CCD杜瓦，包括真空杜瓦、CCD探测器、TEC制冷器、风冷散热系统、分子筛，所述CCD探测器、TEC制冷器、分子筛设置在真空杜瓦内部；所述TEC制冷器的冷端与CCD探测器热导通，TEC制冷器的热端与风冷散热系统热导通；所述风冷散热系统与真空杜瓦腔体密封连接。

优选地,所述TEC制冷器的冷端与CCD探测器通过冷指进行热导通，所述冷指的一端与CCD探测器底部接触，另一端与TEC制冷器冷端接触。

优选地,所述分子筛固定设置在冷指上。

优选地,所述风冷散热系统是由热沉和风扇连接组成。

优选地,所述真空杜瓦包括真空腔体，该真空腔体上部通过玻璃密封压圈和O型密封圈固定设置光学封窗玻璃达到密封效果；所述真空腔体内部设置CCD探测器、分子筛和TEC制冷器，底部由热沉密封设置；所述真空腔体侧壁设置CCD电路接口、TEC制冷温控电路接口、杜瓦真空抽口。

优选地,所述热沉的上端设置为平面,通过腔体O型密封圈与真空腔体密封连接,并与真空腔体内部的TEC制冷器热端连接；下端设置为散热通道，与风扇连接。

优选地,所述冷指靠近CCD探测器的一端设有温度传感器。

优选地,上述TEC制冷器为三级TEC制冷片。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1）本发明在真空杜瓦腔体内设置CCD探测器、TEC制冷器和优选型号的分子筛，通过热沉直连外部风冷散热系统，利用三级TEC制冷器制冷温差大、快速简单制冷、内置分子筛长时间维持较高真空度防止热对流和风冷散热系统的高效散热使TEC冷端达到较低制冷温度的优点，只需要加电就可以达到强制冷和维持高真空的目的，抛弃了繁琐的频繁加注液氮和抽真空的工作,有效解决了原先频繁操作加液氮的难题。

2)本发明采用TEC制冷器对CCD探测器进行制冷，60分钟内可使4000*4000像素，像素尺寸15微米的大面阵CCD温度降至低于-50℃,降温速度快，适用于非MPP型CCD短时间快速曝光观测和MPP型(IMO型)CCD的长时间曝光。在电力保证的条件下，本发明不需要每日进行特殊维护，除电力之外也无其它耗费，节能环保。