Фотоприемное устройство

Предлагаемая полезная модель относится к инфракрасной технике, в частности, охлаждаемым фотоприемным устройствам (ФПУ) для обнаружения инфракрасного (ИК) излучения, и может быть использована в приборах наведения с газобаллонной системой охлаждения брызгающего типа.
Известно фотоприемное устройство с микроохладителем, в котором корпус состоит из обечаек, выполненных из нержавеющей стали, и ковара. Внутри корпуса расположен стеклотекстолитовый цилиндр, на торце которого на медном хладопроводе установлен охлаждаемый приемник излучения. Охлаждение осуществляется разбрызгиванием хладагента из дроссельной дюзы в область медного хладопровода (см. Б.Н. Формозов. Аэрокосмические фотоприемные устройства видимого и инфракрасного диапазона, СПб, 2004, с 83-84). При этом достигается равенство температуры приемника излучения и хладагента. Для приборов такого типа важными параметрами являются время выхода на рабочий режим и автономная работа прибора (без подачи хладагента), поэтому конструкционные материалы (нержавеющая сталь, медь, ковар, стеклотекстолит) подобраны по теплопроводности и теплоемкости так, чтобы минимизировать охлаждаемую массу. Однако в настоящее время для улучшения тактико-технических характеристик (ТТХ) аппаратуры применения требуется уменьшить время выхода на рабочий режим и увеличить время автономной работы ФПУ.
Известна так же конструкция фотоприемного устройства выполненная по патенту RU 160522 U1 (МПК G01N 21/64, опубл. 27.05.2016 г.). В нем стенки накопительной камеры выполнены из бериллия. Этот материал обладает высокой теплопроводностью, малой плотностью и теплоемкостью, что позволяет увеличить время автономной работы прибора. Недостатком данного устройства является сложность изготовления стенок накопительной камеры из бериллия, а также высокая стоимость данного материала.
Известен, наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому фотоприемник с микроохладителем, содержащий корпус, на котором установлена камера-накопитель с расположенными на его торцевой поверхности хладопроводом и приемником излучения, к которым через входную трубку направлен поток хладагента, (см. Е.И. Акулов и др. Техническая подготовка командира взвода ПЗРК 9К38 «Игла». Учебное пособие. Издательство Томского политехнического университета, 2011 г., с. 22). В такой конструкции также не удается увеличить время автономной работы прибора из-за того, что значительная часть потока хладагента (жидкая фаза) «выдувается» встречным потоком испарившегося на торце накопителя хладагента.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, и техническим результатом при ее использовании является уменьшение времени выхода на рабочий режим и увеличение времени автономной работы ФПУ.
Указанный технический результат достигается за счет того, что испарившийся хладагент выходит из накопительной камеры, не препятствуя основному потоку хладагента.
Новым в предлагаемой полезной модели является наличие одного или нескольких дренажных отверстий в торце накопителя противоположном торцу, на котором закреплен приемник излучения. Через дренажные отверстия испарившийся хладагент выходит из накопительной камеры, не препятствуя основному потоку хладагента, тем самым способствуя более быстрому захолаживанию приемника излучения и более полному заполнению жидкой фазой хладагента объема накопителя, что позволяет, как уменьшить время выхода на рабочий режим, так и увеличить время автономной работы ФПУ.
В качестве аккумулирующего холод наполнителя накопительной камеры целесообразно использовать супертонкое кварцевое волокно из-за его незначительной плотности и высокой адгезионной способности, способной удерживать хладагент (жидкий азот) в накопительной камере независимо от пространственного положения ФПУ.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема фотоприемного устройства.
Фотоприемное устройство содержит корпус 1 и закрепленную в нем накопительную камеру, торцевая 2 и боковая 3 стенки которой выполнены из материала высокой теплопроводности. В отверстие в основании 4 вмонтирована трубка 5, предназначенная для подачи хладагента (сжиженный газ) в накопительную камеру. Снаружи накопительной камеры на торцевой поверхности 2 расположен приемник излучения 6, внутренняя полость накопительной камеры заполнена супертонким кварцевым волокном 7, дренажное отверстие 8.
В процессе работы ФПУ происходит захолаживание приемника излучения до криогенной рабочей температуры микрохолодильником, работающим от баллона высокого давления, заполненного хладагентом, в частности, азотом. Струя сжиженного газа через трубку подачи хладагента подается в накопительную камеру, на торцевой поверхности которой расположен приемник излучения. Благодаря выполненному одному или нескольким дренажным отверстиям в торце, противоположном торцу, на котором закреплен приемник излучения, удается изменить направление обратного потока отработанного газа, охладить ФПУ и эффективнее заполнить накопительную камеру жидким азотом и как следствие, уменьшить время выхода на рабочий режим и увеличить время автономной работы ФПУ.
Предложенная конструкция была разработана для охлаждаемого дроссельным микрохолодильником «брызгающего типа» быстродействующего матричного фотоприемного устройства на основе полупроводникового материала InSb, применяемого для обнаружения объектов в инфракрасном диапазоне. Основные элементы конструкции были изготовлены из следующих материалов: корпус - из титанового сплава ВТ6С, накопительная камера - из меди, в качестве материала входного окна использовался Ge. В отверстие в основании накопительной камеры вставлялась трубка, по которой осуществлялась подача хладагента. Изготовление деталей из меди производилось методом штамповки. После изготовления деталей соединение элементов конструкции между собой, а также крепление приемника излучения на торцевую поверхность накопительной камеры, проводилось при помощи клея, работающего при криогенных температурах (например, криотек, криосил, УК-1).
Таким образом, в предложенной конструкции за счет выполненного одного или нескольких дренажных отверстий уменьшается время выхода на рабочий режим и увеличивается время автономной работы ФПУ. Дополнительно, за счет заполнения объема накопительной камеры супертонким кварцевым волокном, способным удерживать хладагент (жидкий азот) в накопительной камере большего объема, увеличивается время автономной работы ФПУ.