本發(fā)明涉及相機(jī)密封裝置領(lǐng)域，具體涉及一種空間相機(jī)主動(dòng)制冷真空密封焦面組件。

背景技術(shù)：

觀測暗弱目標(biāo)的空間天文相機(jī)積分時(shí)間長，對探測器噪聲抑制的要求很高，一般采用制冷探測器的方式降低探測器暗電流，提高相機(jī)信噪比。熱電制冷(thermo-electriccooling,tec)技術(shù)是利用帕爾帖效應(yīng)的一種制冷方法,它不需要任何工質(zhì),無活動(dòng)部件,結(jié)構(gòu)簡單,非常適宜于航天相機(jī)焦面的制冷應(yīng)用，但是航天制冷焦面在地面進(jìn)行測試試驗(yàn)時(shí)，制冷焦面溫度一般低于環(huán)境露點(diǎn)，水汽凝結(jié)到低溫探測器表面嚴(yán)重影響測試試驗(yàn)效果，甚至可能損壞航天探測器。

為消除凝露凝霜現(xiàn)象，航天相機(jī)在地面上測試試驗(yàn)時(shí)一般將焦面箱存放在氮?dú)夤裰校菇姑鎯?nèi)充入氮?dú)?，并利用干燥劑吸收水份。但這種方式對于需要長時(shí)間進(jìn)行測試試驗(yàn)的天文相機(jī)，水汽會(huì)慢慢進(jìn)入箱體，影響測試效果，并且干燥劑的粉末會(huì)污染焦面，不利于航天應(yīng)用。

傳統(tǒng)的航天相機(jī)焦面箱一般采用導(dǎo)熱性能好的鋁合金材料。但對于制冷溫度很低的天文相機(jī)焦面來說，鋁合金的良好導(dǎo)熱性會(huì)使密封玻璃窗口的溫度降低至露點(diǎn)溫度以下，使水汽凝結(jié)到玻璃窗口上，不利于測試試驗(yàn)，同時(shí)鋁合金與熱電制冷器的熱膨脹系數(shù)不匹配，會(huì)使熱電制冷器產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，降低焦面安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有低溫焦面水汽凝結(jié)的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種主動(dòng)制冷、真空密封的空間相機(jī)主動(dòng)制冷真空密封焦面組件，能夠?qū)⑻綔y器制冷到-60℃以下，有效解決傳統(tǒng)相機(jī)焦面探測器制冷時(shí)的水汽污染問題。

本發(fā)明所提供的技術(shù)解決方案是：

一種空間相機(jī)主動(dòng)制冷真空密封焦面組件，包括焦面箱修切墊片1、壓圈2、真空玻璃窗3、真空焦面箱體4、真空密封接插件7、制冷組件、焦面箱底座10、焦面箱底板11、熱管12、中繼箱體13、熱敏電阻和熱電制冷器14；真空焦面箱體4的前端設(shè)有入光孔，入光孔之外的邊緣設(shè)有凸臺(tái)，真空玻璃窗3通過壓圈2密封壓緊入光孔，壓圈2的前端設(shè)置有焦面箱修切墊片1；真空焦面箱體4的側(cè)面設(shè)有插件孔；真空焦面箱體4的側(cè)面設(shè)有真空抽氣接口15和真空度計(jì)接口16；制冷組件設(shè)置在焦面箱底座10的空腔中；制冷組件包括冷屏窗口5、冷屏6、主動(dòng)制冷ccd組件8和冷屏底板9；冷屏6的前端設(shè)有缺口，冷屏窗口5安裝在缺口內(nèi)；冷屏底板9設(shè)有窗口，主動(dòng)制冷ccd組件8設(shè)置在冷屏6和冷屏底板9之間，主動(dòng)制冷ccd組件8背面安裝的熱電制冷器14和熱敏電阻穿過冷屏底板9的窗口伸出冷屏底板9外，冷屏底板9的背面設(shè)有多個(gè)熱電制冷器14和熱敏電阻，主動(dòng)制冷ccd組件8、熱敏電阻和熱電制冷器14通過真空焦面箱體4側(cè)面的插件孔與真空密封接插件7連接；制冷組件、焦面箱底座10、焦面箱底板11、熱管12均設(shè)置在真空焦面箱體4和中繼箱體13組成的腔體內(nèi)；焦面箱底板11設(shè)置在焦面箱底座10的后方，焦面箱底板11的背面設(shè)置有熱管12，采用焦面箱底座10和焦面箱底板11密封真空焦面箱體4后端；真空焦面箱體4和真空玻璃窗3的接觸面、真空焦面箱體4和焦面箱底座10的接觸面、焦面箱底座10和焦面箱底板11的接觸面上均設(shè)有密封圈。

進(jìn)一步地，真空焦面箱體4材料為鈦合金。鈦合金較低的熱傳導(dǎo)系數(shù)能夠有效提高真空玻璃窗口溫度，防止水汽凝結(jié)到玻璃窗口上。

進(jìn)一步地，真空密封接插件7截面為跑道形圓截面，真空密封接插件7截面設(shè)有橡膠墊17。保證與外界電連接部分的真空密封性。

進(jìn)一步地，真空焦面箱體4的四周均勻設(shè)置有八個(gè)凸耳，中繼箱體13的四周設(shè)置有八個(gè)螺釘通孔，所述真空焦面箱體4通過螺釘分別與中繼箱體13固定連接。

進(jìn)一步地，焦面箱底板11采用熱膨脹系數(shù)可調(diào)制的鉬銅合金底板。選擇與熱電制冷器(tec)材料熱膨脹系數(shù)匹配的鉬銅合金材料作為焦面底板，解決了大溫差條件下tec的熱應(yīng)力問題，滿足了航天相機(jī)對焦面箱高剛度、高強(qiáng)度和高可靠性的要求。

進(jìn)一步地，冷屏底板9的背面設(shè)有四個(gè)熱電制冷器14和四個(gè)熱敏電阻；主動(dòng)制冷ccd組件8背面安裝的熱電制冷器14和熱敏電阻數(shù)量均為兩個(gè)。

進(jìn)一步地，真空焦面箱體4與中繼箱體13之間設(shè)有隔熱墊。

進(jìn)一步地，主動(dòng)制冷ccd組件8基板為氮化鋁陶瓷，感光面外的其他表面鍍金處理，減小了輻射換熱。

進(jìn)一步地，冷屏6和冷屏底板9的內(nèi)外表面均進(jìn)行鍍金處理，焦面箱底板11面向主動(dòng)制冷ccd組件8的一側(cè)鍍金處理，減小了輻射換熱。

進(jìn)一步地，熱管12與焦面箱底板11的接觸面間涂覆導(dǎo)熱硅脂，以減小接觸熱阻。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：

1.能夠?qū)⑻綔y器主動(dòng)制冷到-60℃以下，有效解決傳統(tǒng)相機(jī)焦面探測器制冷時(shí)的水汽污染問題。

2、選擇與熱電制冷器(tec)材料熱膨脹系數(shù)匹配的鉬銅合金材料作為焦面底板，解決了大溫差條件下tec的熱應(yīng)力問題，滿足了航天相機(jī)對焦面箱高剛度、高強(qiáng)度和高可靠性的要求。

3.焦面組件具有主動(dòng)制冷、真空密封、輕小型化、發(fā)射時(shí)可拆卸真空密封件等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

4、本發(fā)明采用橡膠密封圈對相機(jī)焦面ccd/cmos所在腔體進(jìn)行了密封，解決了水汽進(jìn)入焦面腔體對焦面造成污染的問題。

5、本發(fā)明焦面箱側(cè)壁有真空抽氣接口與真空度計(jì)接口，可實(shí)時(shí)顯示焦面箱內(nèi)部氣壓。

6、本發(fā)明焦面箱內(nèi)部的ccd組件外部罩有冷屏，冷屏采用4個(gè)小型tec進(jìn)行制冷，為內(nèi)部焦平面創(chuàng)造低溫環(huán)境，最大限度減少外部空間熱輻射對ccd溫度的影響。

7、本發(fā)明中接插件采用跑道形圓截面橡膠墊與焦面箱側(cè)壁接觸，保證與外界電連接部分的真空密封性。

8、本發(fā)明中零件間的子扣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既滿足了焦面箱整體的封閉性，又防止了焦面箱出現(xiàn)電磁泄漏等問題。

9、本發(fā)明中焦面箱的底板采用鉬銅合金材料，與ccd組件中熱電制冷器的材料熱膨脹系數(shù)一致，保證熱電制冷器在大范圍溫度變化過程中的安全性。

附圖說明

圖1為相機(jī)真空焦面箱整體結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖2為相機(jī)真空焦面箱的爆炸圖；

圖3為真空焦面箱外殼結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為ccd組件與鍍金冷屏結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為真空密封接插件的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中附圖標(biāo)記為：1-焦面箱修切墊片，2-壓圈，3-真空玻璃窗，4-真空焦面箱體，5-冷屏窗口，6-冷屏，7-真空密封接插件，8-主動(dòng)制冷ccd組件，9-冷屏底板，10-焦面箱底座，11-焦面箱底板，12-熱管，13-中繼箱體，14-熱電制冷器(tec)，15-真空抽氣接口，16-真空度計(jì)接口，17-橡膠墊。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

如圖1、圖2、圖3所示，空間相機(jī)主動(dòng)制冷真空密封焦面組件包括焦面箱修切墊片1、壓圈2、真空玻璃窗3、真空焦面箱體4、真空密封接插件7、制冷組件、焦面箱底座10、焦面箱底板11、熱管12、中繼箱體13、熱敏電阻和熱電制冷器14；真空焦面箱體4的前端設(shè)有入光孔，入光孔之外的邊緣設(shè)有凸臺(tái)，真空玻璃窗3通過壓圈2密封壓緊在入光孔外的箱體上，壓圈2的前端設(shè)置有焦面箱修切墊片1；真空焦面箱體4的側(cè)面設(shè)有插件孔；真空焦面箱體4的側(cè)面設(shè)有真空抽氣接口15和真空度計(jì)接口16；制冷組件設(shè)置在焦面箱底座10的空腔中；制冷組件包括冷屏窗口5、冷屏6、主動(dòng)制冷ccd組件8和冷屏底板9；冷屏6的前端設(shè)有缺口，冷屏窗口5安裝在缺口內(nèi)，主動(dòng)制冷ccd組件8設(shè)置在冷屏6和冷屏底板9之間；冷屏底板9設(shè)有窗口，主動(dòng)制冷ccd組件8背面安裝的熱電制冷器14和熱敏電阻穿過冷屏底板9窗口伸出冷屏底板9外，冷屏底板9的背面設(shè)有多個(gè)熱電制冷器14和熱敏電阻，主動(dòng)制冷ccd組件8、熱敏電阻和熱電制冷器14通過真空焦面箱體4側(cè)面的插件孔與兩個(gè)真空密封接插件7連接。

制冷組件、焦面箱底座10、焦面箱底板11、熱管12均設(shè)置在真空焦面箱體4和中繼箱體13組成的腔體內(nèi)；焦面箱底板11設(shè)置在焦面箱底座10的后方，焦面箱底板11的背面設(shè)置有熱管12，采用焦面箱底座10和焦面箱底板11密封真空焦面箱體4后端。真空焦面箱體4和真空玻璃窗3的接觸面、真空焦面箱體4和焦面箱底座10的接觸面、焦面箱底座10和焦面箱底板11的接觸面上均設(shè)有密封圈。

真空焦面箱體4前端與相機(jī)后光學(xué)系統(tǒng)法蘭連接，采用翻邊設(shè)計(jì)，防止雜光進(jìn)入焦面，采用真空玻璃窗3密封真空焦面箱體4前端入光孔，采用焦面箱底座10和鉬銅合金焦面箱底板11密封真空焦面箱體4后端，鉬銅合金焦面箱底板11上安裝主動(dòng)制冷ccd組件8，背部利用安裝熱管12，將ccd組件的熱量輸送出去，真空焦面箱體4與中繼箱體13利用螺釘和隔熱墊連接，中繼箱體13與后端焦面電子學(xué)組件連接。ccd組件由兩個(gè)二級tec制冷，ccd組件外罩低溫冷屏6。

焦面箱修切墊片1位于真空焦面箱體4前端和后光學(xué)系統(tǒng)之間，焦面箱修切墊片1利用隔熱材料制作，可以對焦面箱對于光軸的垂直度以及焦面箱對于后光學(xué)系統(tǒng)的距離進(jìn)行修切，又可以隔絕前面板的熱量傳遞到真空焦面箱上。

真空玻璃窗3的厚度經(jīng)過分析計(jì)算，真空玻璃窗3的厚度為8㎜，直徑為40㎜，既能保證光學(xué)焦面正確位置，又能保證在大氣壓力下的面形，真空玻璃窗3采用壓圈2安裝在真空焦面箱體4前端。利用橡膠墊獲得密封效果。

主動(dòng)制冷ccd組件8基板為氮化鋁陶瓷，除感光面外，ccd組件其他表面鍍金處理。ccd組件基板上表面靠近讀出區(qū)粘貼2個(gè)熱敏電阻，用于監(jiān)測和控制ccd溫度。ccd柔性電纜與真空密封接插件7連接，ccd基板背部采用兩個(gè)tec主動(dòng)制冷，保證ccd運(yùn)行過程中的溫度。

如圖4所示，鍍金冷屏6和鍍金冷屏底板9，采用熱導(dǎo)率較高的鋁合金制作，為了減小輻射換熱，其內(nèi)外表面均進(jìn)行鍍金處理，冷屏底板9采用對稱接插式設(shè)計(jì)，左半邊和右半邊從左右兩邊插入主動(dòng)制冷ccd組件8，避開tec。冷屏底板9通過螺釘與冷屏6連接，采用4個(gè)tec制冷為ccd建造低溫輻射環(huán)境，冷屏6表面對應(yīng)4個(gè)tec位置處各粘貼一個(gè)熱敏電阻。冷屏窗口5與ccd感光面對應(yīng)，為長方體窗口。

鉬銅合金底板11面向ccd一側(cè)鍍金，內(nèi)表面為6個(gè)tec的熱端安裝面，通過gd-414c黑色硅橡膠將tec粘貼于tec基板內(nèi)表面，并通過12個(gè)螺釘與焦面箱底座10連接，以橡膠墊實(shí)現(xiàn)真空密封。焦面箱底板11外表面為熱管12蒸發(fā)端安裝面，兩根熱管通過12個(gè)安裝孔與焦面箱底板11背面連接，接觸面間涂覆導(dǎo)熱硅脂，以減小接觸熱阻。

真空焦面箱體4由鈦合金一體成型加工制作，與后光學(xué)系統(tǒng)間采用鈦合金螺釘安裝固定，通過12個(gè)鏍釘連接。焦面箱體兩個(gè)側(cè)面安裝有2個(gè)密封接插件，分別利用柔性電纜連接ccd和tec，另外兩個(gè)側(cè)面分別為真空抽氣接口15和真空度計(jì)接口16。

如圖5所示，真空密封接插件7表面加工環(huán)形凹槽，嵌入跑道形圓截面橡膠墊17，與真空焦面箱體4安裝以獲得真空密封效果。