專利名稱：航天用紅外探測器杜瓦組件高真空保持的結構及實現方法
技術領域：
本發明涉及紅外探測器杜瓦部件技術，具體指一種航天用紅外探測器杜瓦 組件高真空保持的結構及實現方法。
背景技術：
紅外探測器組件在航天紅外領域有著廣泛的應用。隨著波長向長波擴展和 探測靈敏度的提高，'紅外焦探測器必須在深低溫下才能工作。由于機械制冷具 有結構緊湊、體積小、重量輕、制冷量大、制冷時間短、制冷溫度可控范圍大 等優點，目前該類探測器在空間應用中大多采用機械制冷方式。這樣也使得其 應用時大多采用杜瓦封裝形成紅外探測器杜瓦組件。真空壽命是杜瓦組件重要 的技術指標，也就是說杜瓦內必須保持一定的真空度。由于材料固有的放氣特 性，隨著時間的推移，杜瓦內真空度會不斷下降。當真空度下降到一定程度時， 殘氣對流換熱導致杜瓦組件熱負載急劇增加，當熱負載增加到一定程度后，機 械制冷機提供的冷量無法滿足探測器深低溫工作的要求時，紅外探測器就無法 工作在所必須的溫度點，并且杜瓦內的殘氣會凝結在探測器表面，使得探測器 的性能衰退甚至喪失，從而使得高空間分辨率紅外遙感儀器癱瘓。
紅外探測器杜瓦組件在航天領域應用的特點場合，國內外對其真空保持處 理方法的報道很少。而影響紅外探測器杜瓦組件的真空保持時間的因素主要如 下幾點1)紅外探測器杜瓦組件的零部件材料及除氣處理工藝；2)紅外探測 器杜瓦組件排氣的極限真空、烘烤溫度及排氣時間；3)紅外探測器杜瓦組件 內安裝吸附劑。前兩點主要取決于紅外探測器和杜瓦制備水平，同時也與所使 用的原材料的生產和加工水平有關。而安裝吸附劑來延長真空保持時間的方
法，對紅外探測器杜瓦組件的航天儀器的應用會帶來如下問題1)在使用的 過程中需要不定期的通大電流激活，這就要求紅外遙感儀器系統中設置大電流 電源電路和真空判斷裝置，增加系統的復雜度和總功耗；2)吸附劑的吸附量 總是有限的， 一定時間后杜瓦內真空度會下降，會導致制冷機的負載增加，這 就使得提供制冷機的電源總功耗增加，同時導致制冷機的效率降低。
發明內容
本發明的目的是提供一種航天用紅外探測器杜瓦組件高真空保持的結構 及實現方法，來解決航天用紅外探測器杜瓦組件的長真空壽命的問題。
本發明的航天用紅外探測器杜瓦組件高真空保持的結構如附圖l所示，它
主要包括高氣密真空自鎖閥l、連接管2、高氣密真空對接接頭3、排氣管4、 紅外探測器杜瓦組件5。連接管2和排氣管4是經真空退火的無氧銅銅管，通 過真空釬焊工藝連接管2與高氣密真空自鎖閥1的進氣口座101相聯，排氣管 4與紅外探測器杜瓦組件5相聯，連接管2和排氣管4通過高氣密真空對接接 頭3連接在一起使紅外探測器杜瓦組件5和高氣密真空自鎖閥1相通。
高氣密真空自鎖闊1是一種通過瞬間通電開關的位置可以保持的高氣密真 空電磁閥，它主要由進氣口座101、閥芯102、密封圈103、關狀態的保持圓 環形狀的永久磁鐵104、運動塊105、線圈106、開狀態保持的圓環形狀的永久 磁鐵107組成。進氣口座IOI、閥芯102由不銹鋼材料制成，運動塊105采用 軟鐵材料，圓環形狀的永久磁鐵104、 107采用釹鐵硼磁鐵，密封圈103采用 氟橡膠制成。
高氣密真空自鎖閥1在原有電磁闊工作的原理上增加了位置保持裝置，位 置保持裝置由圓環形狀的永久磁鐵104、運動塊105、圓環形狀的永久磁鐵107 組成，通過圓環形狀的永久磁鐵104或106與運動塊105之間的磁場吸力來實
:現位置保持。附圖2所示的關狀態和開狀態是通過對線圈105通不同方向的電 流來實現切換。具體工作原理如下(見附圖2): 1)圓環形狀的永久磁鐵104
和圓環形狀的永久磁鐵106的磁場極性對面相同；2)密封圈103采用氟橡膠，
對應的密封界面要平整且光潔來獲得高的氣密性；3)給線圈106瞬間通正向
直流電時，線圈106使運動塊105產生磁極性磁場，運動塊105前面產生的磁 極與圓環形狀的永久磁鐵104的磁極是異性而產生吸引力。同時運動塊105后 面產生的磁極與圓環形狀的永久磁鐵106磁極是同性而產生排斥力。兩力相加， 使運動塊105運動到如附圖2 (a)所示的關狀態；4)類似地，給線圈106瞬 間通反向直流電，運動塊105就運動到如附圖2(b)所示的開狀態；5)當線圈 106斷電后，運動塊105的磁極性消失，但由于圓環形狀的永久磁鐵104或106 的磁場吸力，運動塊105能保持原有位置。
高氣密真空對接接頭3如附圖3所示，它由2個六角螺帽301、 2個錐形 后卡套302、 2個錐形前卡套303和一個接頭體304組成，整個接頭均用不銹 鋼材料制成。高氣密真空對接接頭3與排氣管4和連接管2的密封連接方法如 下螺帽301外殼和接頭體304的中間外殼做成六角體，通過螺帽301上的內 螺紋與接頭體304上外螺紋相對旋轉運動，從而讓后卡套302推動前卡套303 向前運動，由于前卡套303和連接管2或排氣管4局部受力變形而得到密封結 構I和II。
本發明的實現方法如下
1) 先將高氣密真空自鎖閥1的進氣口座101上預先通過真空釬焊工藝燒 結有連接管2，然后對密封圈103對應密封面進行機械研磨和拋光，確保密封 界面要平整且光潔來獲得高的氣密性；
2) 按高氣密真空自鎖閥1的各零件的裝配順序完成進氣口座101、閥芯
102、密封圈103、關狀態的保持圓環形狀的永久磁鐵104、運動塊105、線圈 106、開狀態保持的圓環形狀的永久磁鐵107等裝配，工藝中的各連接點采用 氣密焊接；
3) 在紅外探測器杜瓦組件制備過程中，先將排氣管4通過真空釬焊燒結 到紅外探測器杜瓦組件5的外殼上后，再完成紅外探測器杜瓦組件5的制備；
4) 將己經和高氣密真空自鎖閥1安裝在一起的連接管2的另一頭依次裝 配上螺帽301、后卡套302、前卡套303和一個接頭體304上，利用兩扳手分 別夾持螺帽301和接頭體304中間六角殼體相對旋轉，按上述密封連接方法完 成高氣密真空對接接頭3與高氣密真空自鎖閥1的連接安裝；
5) 將已經和紅外探測器杜瓦組件5 —起的排氣管4，按類似步驟4實現了 高氣密真空對接接頭3與紅外探測器杜瓦組件5的連接安裝；
6) 當紅外探測器杜瓦組件5在地面使用時，先對本發明結構中的高氣密 真空自鎖閥1通過一定的工裝進行一次高真空排氣，排氣前對高氣密真空自鎖 閥1的線圈106通瞬間反向電流讓其打開，在充分排氣后再給高氣密真空自鎖 閥1的線圈通瞬間正向電流讓其關閉，利用位置保持裝置來確保紅外探測器杜 瓦組件杜瓦腔體內的真空狀態；
7) 當紅外探測器杜瓦組件5隨紅外遙感儀器進行太空后，給高氣密真空 自鎖閥1的線圈通瞬間反向電流讓其打開，并利用位置保持裝置讓高氣密真空 自鎖閥1始終處于開的狀態，利用太空中的真空環境對紅外探測器杜瓦組件進 行穩定地不斷排氣，使紅外探測器杜瓦組件的杜瓦腔體內永遠處于很高的真空 狀態，從而實現航天用紅外探測器杜瓦組件無限長的真空壽命。
本發明有如下優點是
(1) 本發明的結構簡單，使用方便，避免了紅外遙感儀器系統中設置大電流 電源電路和真空判斷裝置，簡化系統的復雜度和總功耗，增加了系統的 可靠性，同時又使得紅外探測器杜瓦組件獲得無限長的真空壽命；
(2) 本發明對紅外探測器制備和封裝中降低出氣率的工藝環節沒有嚴格要 求，大大降低了紅外探測器杜瓦組件的封裝成本。；
(3) 本發明的高氣密真空自鎖閥的瞬間通電開關克服了傳統電磁閥必須保 持線圈中長期通電流才能保持開啟狀態的缺點；
(4) 本發明的高氣密真空自鎖閥的開關位置保持克服了傳統電磁閥為保持 開啟長期通電消耗電能，并且在高溫下容易燒損的缺點；
(5) 本發明的高氣密真空對接接頭的密封可以得到優于1X10—12乇.升/秒的
氣密性,結構簡單且高可靠；
(6) 本發明的高氣密真空對接接頭有效地實現了紅外探測器杜瓦組件和高 氣密真空自鎖閥的高氣密連接，使得紅外探測器杜瓦組件和高氣密真空 自鎖閥的制備可以單獨進行，工藝不交叉，簡化了工藝。
圖1航天用紅外探測器杜瓦組件高真空保持的結構示意圖； 圖中l一高氣密真空自鎖閥l;
101— 進氣口座；
102— 閥芯；
103— 密封圈；
104— 關狀態的保持圓環形狀的永久磁鐵；
105— 運動塊；
106— 線圈；
107—開狀態保持的圓環形狀的永久磁鐵；
2— 連接管；
3— 高氣密真空對接接頭；
301— 螺帽；
302— 后卡套；
303— 前卡套；
304— 接頭體；
4一排氣管；
5—紅外探測器杜瓦組件。 圖2 (a)、 (b)高氣密真空自鎖閥1的關狀態和開狀態結構放大示意圖。 圖3 (a)、 (b)高氣密真空對接接頭3密封結構受力前后放大示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的詳細說明 實施例是某航天項目用紅外探測器杜瓦組件高真空保持結構，如附圖1所 示，它的主要實施方法如下
1、高氣密真空自鎖閥的制備
1) 各零部件材料的選擇如下其進氣口座101、閥芯102等選用不銹鋼；， 運動塊105選用軟鐵；密封圈103選用氟橡膠；關狀態的保持圓環形狀的永久 磁鐵104和開狀態保持的圓環形狀的永久磁鐵107選用釹鐵硼磁鐵；
2) 位置自保持的設計主要為永久磁鐵尺寸的確定，永久磁鐵104或永久 磁鐵107與運動塊105的吸引力要求遠大于運動塊105的自重和產品鑒定級力 學試驗條件中最大的離心力之和。根據近似公式F=3. 9962X10—3XBr2XCXS1/2 來計算(式中F為吸引力，單位牛頓；對釹鐵硼磁鐵Br為12.5，單位千
克；C為厚度，單位毫米；S為面積，單位為平方毫米；)再根據結構設計
的要求，確定永久磁鐵的尺寸為外徑》20mm、內徑cj)8mm、厚度4mm;
3)線圈的電學參數的確定是要求線圈通電后是運動塊105受永久磁鐵104 和永久磁鐵107的合力遠大于運動塊105的自重和產品鑒定級力學試驗條件中 最大的離心力和密封結構的阻力三力之和。再根據結構設計的要求，確定線勸 的電學參數為工作電壓DC28V、電阻為17.8Q、脈寬200ms、間隔ls;
2、 高氣密真空對接接頭、連接管和排氣管的制備高氣密真空對接接頭 采用進口不銹鋼材質，按設計要求進行精密加工；連接管和排氣管選用無氧銅 銅管，連接前進行真空退火。
3、 本發明的結構連接和操作步驟如下
a) 先將高氣密真空自鎖閥1的進氣口座101上預先通過真空釬焊工藝燒 結有連接管2，然后對密封圈103對應密封面進行機械研磨和拋光，確保密封 界面要平整且光潔來獲得高的氣密性；
b) 按高氣密真空自鎖閥1的各零件的裝配順序完成進氣口座101、閥芯 102、密封圈103、關狀態的保持圓環形狀的永久磁鐵104、運動塊105、線圈 106、開狀態保持的圓環形狀的永久磁鐵107等裝配，工藝中的各連接點采用 激光焊接連接，并通過高靈敏檢漏儀進行檢漏來確保高氣密真空自鎖閥的整體 漏率；
c) 在紅外探測器杜瓦組件制備過程中，先將排氣管4通過真空釬焊燒結 到紅外探測器杜瓦組件5的外殼上后，完成紅外探測器杜瓦組件5的制備；
d) 將已經和高氣密真空自鎖閥1安裝在一起的連接管2的另一頭依次裝 配上螺帽301、后卡套302、前卡套303和一個接頭體304上，利用兩扳手分 別夾持螺帽301和接頭體304中間六角殼體施加7. 5N的力相對旋轉，通過螺
帽301上的內螺紋與接頭體304上外螺紋相對旋轉運動，從而讓后卡套302推 動前卡套303向前運動，由于前卡套303和連接管2局部受力變形而得到密封 結構I和II 。這樣就實現了高氣密真空對接接頭3與高氣密真空自鎖閥1的真 空對接安裝；
e) 將己經和紅外探測器杜瓦組件5 —起的排氣管4的另一頭依次裝配上 螺帽301、后卡套302、前卡套303和一個接頭體304上，利用兩扳手分別夾 持螺帽301和接頭體304中間六角殼體相對旋轉，通過螺帽301上的內螺紋與 接頭體304上外螺紋相對旋轉運動，從而讓后卡套302推動前卡套303向前運 動，由于前卡套303和排氣管4局部受力變形而得到密封結構I和II 。這樣就 實現了高氣密真空對接接頭3與紅外探測器杜瓦組件5的真空對接安裝；
f) 當紅外探測器杜瓦組件5在地面使用時，先對其進行本發明的高氣密 真空自鎖閥1通過一定的工裝進行一次高真空排氣，排氣前對高氣密真空自鎖 閥1的線圈106通28V、 1.6A、 2秒的瞬間反向電流讓其打開，在充分排氣后 再給高氣密真空自鎖閥1的線圈106通28V、 1.6A、 2秒的瞬間正向電流讓其 關閉，利用位置保持裝置來確保紅外探測器杜瓦組件杜瓦腔體內的真空狀態；
g) 當紅外探測器杜瓦組件5隨紅外遙感儀器進行太空后，給高氣密真空 自鎖閥1的線圈106通28V、 L6A、 2秒的反向電流讓其打開，并利用位置保 持裝置讓高氣密真空自鎖閥1始終處于開的狀態，利用太空中的真空環境對紅 外探測器杜瓦組件進行穩定地不斷排氣，使紅外探測器杜瓦組件的杜瓦腔體內 永遠處于很高的真空狀態，從而實現航天用紅外探測器杜瓦組件無限長的真空 壽命。
以上就完成了航天用紅外探測器杜瓦組件高真空保持的結構裝配和實現， 獲得航天用紅外探測器杜瓦組件無限長的真空壽命。
權利要求
1.一種航天用紅外探測器杜瓦組件高真空保持的結構，它由高氣密真空自鎖閥(1)、連接管(2)、高氣密真空對接接頭(3)、排氣管(4)、紅外探測器杜瓦組件(5)組成，其特征在于A.通過真空釬焊工藝與高氣密真空自鎖閥1的進氣口座101相聯的連接管(2)與通過真空釬焊工藝與紅外探測器杜瓦組件(5)相聯的排氣管(4)通過高氣密真空對接接頭(3)連接在一起使紅外探測器杜瓦組件(5)和高氣密真空自鎖閥(1)相通；B.高氣密真空自鎖閥(1)上有一個由圓環形狀的永久磁鐵(104)、和圓環形狀的永久磁鐵(107)組成的位置保持裝置；C.高氣密真空對接接頭(3)通過前卡套(303)和連接管(2)、排氣管(4)局部受力變形而實現密封連接的。
2. 根據權利要求1所述的一種航天用紅外探測器杜瓦組件高真空保持的 結構，其特征在于所說的連接管(2)和排氣管(4)采用經真空退火的無氧 銅銅管。
3. 根據權利要求1所述的一種航天用紅外探測器杜瓦組件高真空保持的 結構，其特征在于所說的圓環形狀的永久磁鐵(104)、 (107)采用釹鐵硼磁 鐵。
4. 根據權利要求1所述的一種航天用紅外探測器杜瓦組件高真空保持的 結構，其特征在于所說的運動塊(105)采用軟鐵材料。
5. 根據權利要求1所述的一種航天用紅外探測器杜瓦組件高真空保持的 結構，其特征在于所說的高氣密真空對接接頭(3)各部件均采用不銹鋼材 料制成。
全文摘要
本發明公開了一種航天用紅外探測器杜瓦組件高真空保持的結構及實現方法，它適用于紅外探測器杜瓦組件的空間應用技術。航天用紅外探測器杜瓦組件高真空保持的結構由高氣密真空自鎖閥、連接管、高氣密真空對接接頭、排氣管和紅外探測器杜瓦組件。本發明在高氣密真空自鎖閥和高氣密真空對接接頭的密封結構和連接上引入特定的處理方法，來獲得了航天用紅外探測器杜瓦組件高真空保持的結構。本發明可使得航天用紅外探測器杜瓦組件獲得無限長的真空壽命，同時本發明對紅外探測器制備和封裝工藝中降低出氣率的工藝環節沒有嚴格要求，這大大降低紅外探測器杜瓦組件的制備和封裝成本。
文檔編號G01J5/02GK101349593SQ200810042428
公開日2009年1月21日 申請日期2008年9月3日 優先權日2008年9月3日
發明者張亞妮, 曾智江, 朱三根, 王小坤, 郝振貽, 龔海梅 申請人:中國科學院上海技術物理研究所