一种超大规模红外探测器测试杜瓦

技术领域

本发明属于探测器光电性能技术领域，尤其涉及一种超大规模红外探测器测试杜瓦。

背景技术

随着航天红外遥感相机的发展，红外探测器逐步从单元器件和小规模线列发展为超长线列和超大规模面阵红外探测器。航天各类应用平台对红外探测器阵列规模的需求已经超出了目前单模块探测器芯片的研制极限，需要通过单模块探测器混成芯片进行精密拼接实现更大规模阵列，满足各类航天应用平台的需求。红外探测器为减小本底热噪声提高探测精度和灵敏度，使其获得稳定、可靠的探测性能，需要工作在低温环境下，一般中波红外谱段工作温度为80K左右，长波红外谱段工作温度为60K左右，甚长波红外谱段工作温度为40K左右。

拼接型红外探测器研制过程中需要对拼接后的组件光电性能测试及评价，需要专门的测试杜瓦为红外探测器提供低温工作环境和光、电接口。目前现有的红外探测器测试杜瓦均为液氮冷源，制冷温度最低为77K，尺寸较小只能进行单片或小规模拼接探测器测试，无法进行超大规模拼接型红外探测器测试，以及工作温度需求在77K以下红外探测器测试，且测试用信号源黑体均在测试杜瓦的外部，测试过程中会引入常温背景噪声，黑体变温范围较窄，无法满足探测器低背景噪声高动态范围的测试需求。对于超大规模拼接型探测器只能随遥感相机主体进行测试，超大拼接型红外探测器作为遥感相机的核心器件，给遥感相机的研制过程带来巨大的不确定性，难以满足遥感相机风险可控的需求。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种超大规模红外探测器测试杜瓦，旨在解决超大规模拼接红外探测器光电性能测试问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种超大规模红外探测器测试杜瓦，包括：真空系统、制冷系统、测控温系统和黑体系统；

真空系统，用于提供测试所需的真空环境；

制冷系统，用于为探测器提供安装平台、低温冷源和低温冷背景环境；

测控温系统，用于监测各部件温度、控制制冷系统温度；

黑体系统，用于为探测器的光电性能测试提供信号源。

在上述超大规模红外探测器测试杜瓦中，真空系统，包括：真空腔体前封头、真空规管、离子泵、真空闸板阀、真空腔体中段、真空腔体后段、真空腔体后封头、探测器接插件法兰、支撑架、分子泵、波纹管、机械泵、分子泵控制器、真空显示单元、离子泵控制器、安装平台和直线导轨；

真空腔体前封头、空腔体中段和真空腔体后段分别焊接在支撑架上，支撑架与直线导轨固连，直线导轨与安装平台固连；

真空腔体后封头和探测器接插件法兰分别固连在真空腔体后段；

机械泵的抽口与分子泵的入口通过波纹管连接，分子泵的抽口与真空腔体后段密封连接；

真空闸板阀一侧安装离子泵，另一侧与真空腔体中段密封连接；

真空规管安装在真空腔体中段上；

分子泵控制器、真空显示单元和离子泵控制器均安装至安装平台前面板上。

在上述超大规模红外探测器测试杜瓦中，制冷系统，包括：两级G-M制冷机、制冷机隔振单元、冷平台冷链、冷屏冷链、二级冷屏A、双足支撑、冷平台、拼接探测器阵列、二级冷屏B、探测器冷屏、冷平台支撑法兰、冷平台过渡法兰、冷平台冷链隔热支架和二级冷屏支撑耳；

双足支撑一端通过冷平台过渡法兰与冷平台固连，另一端通过冷平台支撑法兰与真空腔体后段固连；

两级G-M制冷机通过制冷机隔振单元安装在真空腔体后段上；冷平台冷链固定在冷平台冷链隔热支架上，冷平台冷链隔热支架与冷平台支撑法兰固连；

两级G-M制冷机的二级冷头与冷平台之间通过冷平台冷链进行热连接，两级G-M制冷机的一级冷头与二级冷屏A之间通过冷屏冷链进行热连接；

二级冷屏A与二级冷屏支撑耳固连，二级冷屏支撑耳与真空腔体后段固连；二级冷屏B固连至二级冷屏A；

探测器冷屏固连至冷平台，拼接探测器阵列与冷平台导热连接。

在上述超大规模红外探测器测试杜瓦中，测控温系统，包括：二级冷头加热块、一级冷头加热块、控温仪和测温仪；

控温仪和测温仪安装在安装平台前面板上；

一级冷头加热块与冷屏冷链热连接；

二级冷头加热块与冷平台冷链热连接。

在上述超大规模红外探测器测试杜瓦中，黑体系统，包括：单级G-M制冷机、变温黑体、黑体冷链、黑体冷屏和一级冷屏冷链；

单级G-M制冷机与变温黑体之间通过黑体冷链进行热连接；

一级冷屏隔热固连至真空腔中段，并通过一级冷屏冷链与单级G-M制冷机进行热连接；

变温黑体固连至真空腔中段。

在上述超大规模红外探测器测试杜瓦中，真空腔体前封头、真空腔体中段、真空腔体后段和真空腔体后封头构成真空腔体，制冷系统位于真空腔体内，通过外部设备维持真空腔体的真空度，为探测器提供有效的工作环境空间；其中，真空腔体前封头和空腔体中段可沿真空腔体的轴向移动，方便探测器的安装及拆卸。

在上述超大规模红外探测器测试杜瓦中，测试前，真空腔体采用机械泵进行预抽；测试时，关闭机械泵，采用机械泵维持真空，以消除机械泵振动和电磁干扰对探测器测试的影响。

在上述超大规模红外探测器测试杜瓦中，真空腔体后段上设置有两个方形穿罐法兰，用于探测器电信号引出。

在上述超大规模红外探测器测试杜瓦中，冷平台为矩形平板结构形式，矩形平板上设计有阵列螺纹孔，满足大规模拼接型探测器安装需求。

在上述超大规模红外探测器测试杜瓦中，一级冷屏、二级冷屏A、二级冷屏B和探测器冷屏构成多级冷屏结构，用于隔绝测试杜瓦内部杂散辐射；其中，探测器冷屏可根据探测器测试需求调节开口尺寸，从而调节探测器冷屏参数。

在上述超大规模红外探测器测试杜瓦中，冷平台上布置有加热回路，加热回路通过加热补偿的方式实现冷平台的连续变温。

在上述超大规模红外探测器测试杜瓦中，单级G-M制冷机作为变温黑体和一级冷屏的冷源，变温黑体通过加热补偿的方式实现变温黑体的连续变温。

本发明具有以下优点：

本发明公开了一种超大规模红外探测器测试杜瓦，适合超大规模拼接红外探测器性能测试，同时兼容单片或小规模拼接红外探测器测试，通过调节冷平台温度可满足从短波至甚长波红外探测器工作需求；同时，杜瓦内设计多层防辐射屏并集成变温黑体，满足探测器低背景噪声高动态范围的测试需求。

附图说明

图1是本发明实施例中一种超大规模红外探测器测试杜瓦的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种超大规模红外探测器测试杜瓦的剖视图；

图3是本发明实施例中一种冷平台的结构示意图；

图4是本发明实施例中一种二级冷屏的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

在本实施例中，该超大规模红外探测器测试杜瓦，包括：真空系统、制冷系统、测控温系统和黑体系统。其中，真空系统，用于提供测试所需的真空环境；制冷系统，用于为探测器提供安装平台、低温冷源和低温冷背景环境；测控温系统，用于监测各部件温度、控制制冷系统温度；黑体系统，用于为探测器的光电性能测试提供信号源。

如图1～4，真空系统、制冷系统、测控温系统和黑体系统的具体结构如下：

真空系统

真空系统具体可以包括：真空腔体前封头1、真空规管2、离子泵3、真空闸板阀4、真空腔体中段5、真空腔体后段6、真空腔体后封头9、探测器接插件法兰10、支撑架11、分子泵12、波纹管13、机械泵14、分子泵控制器15、真空显示单元16、离子泵控制器17、安装平台19和直线导轨20。其中，真空腔体前封头1、空腔体中段5和真空腔体后段6分别焊接在支撑架11上，支撑架11与直线导轨20固连，直线导轨20与安装平台19固连；真空腔体后封头9和探测器接插件法兰10分别固连在真空腔体后段6；机械泵14的抽口与分子泵12的入口通过波纹管13连接，分子泵12的抽口与真空腔体后段6密封连接；真空闸板阀4一侧安装离子泵3，另一侧与真空腔体中段5密封连接；真空规管2安装在真空腔体中段5上；分子泵控制器15、真空显示单元16和离子泵控制器17均安装至安装平台19前面板上。

制冷系统

制冷系统具体可以包括：两级G-M制冷机7、制冷机隔振单元8、冷平台冷链21、冷屏冷链23、二级冷屏A24、双足支撑25、冷平台26、拼接探测器阵列27、二级冷屏B28、探测器冷屏29、冷平台支撑法兰34、冷平台过渡法兰35、冷平台冷链隔热支架36和二级冷屏支撑耳37。其中，双足支撑25一端通过冷平台过渡法兰35与冷平台26固连，另一端通过冷平台支撑法兰34与真空腔体后段6固连；两级G-M制冷机7通过制冷机隔振单元8安装在真空腔体后段6上；冷平台冷链21固定在冷平台冷链隔热支架36上，冷平台冷链隔热支架36与冷平台支撑法兰34固连；两级G-M制冷机7的二级冷头与冷平台26之间通过冷平台冷链21进行热连接，两级G-M制冷机7的一级冷头与二级冷屏A24之间通过冷屏冷链23进行热连接；二级冷屏A24与二级冷屏支撑耳37固连，二级冷屏支撑耳37与真空腔体后段6固连；二级冷屏B28固连至二级冷屏A24；探测器冷屏29固连至冷平台26，拼接探测器阵列27与冷平台26导热连接。

测控温系统

测控温系统具体可以包括：二级冷头加热块22、一级冷头加热块38、控温仪39和测温仪40。其中，控温仪39和测温仪40安装在安装平台19前面板上；一级冷头加热块38与冷屏冷链23热连接；二级冷头加热块22与冷平台冷链21热连接。

黑体系统

黑体系统具体可以包括：单级G-M制冷机18、变温黑体30、黑体冷链31、黑体冷屏32和一级冷屏冷链33。其中，单级G-M制冷机18与变温黑体30之间通过黑体冷链31进行热连接；一级冷屏32隔热固连至真空腔中段5，并通过一级冷屏冷链33与单级G-M制冷机18进行热连接；变温黑体30固连至真空腔中段5。

在本实施例中，真空腔体前封头1、真空腔体中段5、真空腔体后段6和真空腔体后封头9构成真空腔体，制冷系统位于真空腔体内，通过外部设备维持真空腔体的真空度，为探测器提供有效的工作环境空间。其中，真空腔体前封头1和空腔体中段5可沿真空腔体的轴向移动，方便探测器的安装及拆卸。

在本实施例中，测试前，真空腔体采用机械泵14进行预抽；测试时，关闭机械泵14，采用机械泵14维持真空，以消除机械泵振动和电磁干扰对探测器测试的影响。

在本实施例中，真空腔体后段6上设置有两个方形穿罐法兰，用于探测器电信号引出。

在本实施例中，冷平台26为矩形平板结构形式，矩形平板上设计有阵列螺纹孔，满足大规模拼接型探测器安装需求。

在本实施例中，一级冷屏32、二级冷屏A24、二级冷屏B28和探测器冷屏29构成多级冷屏结构，用于隔绝测试杜瓦内部杂散辐射；其中，探测器冷屏29可根据探测器测试需求调节开口尺寸，从而调节探测器冷屏29参数(如F数)。

在本实施例中，冷平台26上布置有加热回路，加热回路通过加热补偿的方式实现冷平台26的连续变温。

在本实施例中，单级G-M制冷机18作为变温黑体30和一级冷屏32的冷源，变温黑体30通过加热补偿的方式实现变温黑体30的连续变温。

综上所述，本发明公开了一种超大规模红外探测器测试杜瓦，

采用三段式卧式圆柱结构的真空腔体，中段和前封头通过支撑架安装至直线导轨，实现中段和前封头的分体滑动；真空容器中段内外部配置各种安装接口，离子泵和真空规管、单级G-M制冷机、变温黑体、一级冷屏等均安装至真空容器中段；真空容器后端设计成异型结构并配置各种法兰接口，分子泵、两级G-M制冷机、冷平台、二级冷屏、探测器引线法兰等结构均安装至真空容器后段；冷平台隔热安装至冷平台过渡环上，冷平台过渡环采用采用圆周均布的三点双足支撑形式，对冷平台降温过程的热应力进行卸载。冷屏材料采用导热及及加工性能较好的铝合金；冷链选用无氧铜材料制造；在两级G-M制冷机一级冷头和二级冷头上安装加热块，通过补偿加热控温方法，控制二级冷屏和冷平台达到需求的工作温度。一级冷屏、变温黑体隔热安装至真空腔体中段，通过柔性冷链分别与单级G-M制冷机冷头热连接。本发明所述的超大规模红外探测器测试杜瓦适用于超大规模拼接红外探测器光电性能测试，探测器工作温度30K至100K连续可调，工作温度覆盖短波至甚长波红外探测器测试。测试杜瓦内集成低温变温黑体，黑体温度100K至300K连续可调，实现探测器在低背景噪声下超高动态范围测试。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。