КРИОСТАТ ДЛЯ ПРИЕМНИКОВ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

КРИОСТAT ДЛЯ ПРИЕМНИКОВ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ
Нредлагаемая полезная модель относится к элементам конструкции фоточувствительных приборов, предназначенных для обнаружения электромагнитного излучения, в частности, к криостатам для охлаждаемых матричных фотоприемников (МФП) ИК излучения, использующих микрокриогенные системы (МКС) типа Стирлинга или дроссельного типа.
Такие приемники должны иметь холодный экран и охлаждаемый фильтр с большими входными оптическими апертурами, что приводит к значительному увеличению теплопритока к охлаждаемой зоне и охлаждаемой массы криостата. Однако для обеспечения нормальной работы прибора температуры холодного экрана и фильтра могут быть вьппе (100 - 200 К), чем температура фотоприемной матрицы.
Известен криостат для приемников ИК излучения, содержащий внешнюю оболочку и внутренний охлаждаемый цилиндр с двумя ступенями охлаждения, к нижней из которых, имеющей более высокую температуру, присоединен экран (см пат. США № 5 197 295 НКИ 626, 1993 г.). Такая конструкция отличается уменьшенными теплопритоком и охлаждаемой массой и, соответственно, требует меньшей мощности охлаждения, однако не обладает достаточной устойчивостью к механическим внешним воздействующим факторам (ВВФ).
Известен наиболее близкий по технической сущности к предлагаемой полезной модели криостат для приемников ИК излучения, содержащий внешнюю оболочку и внутренний охлаждаемый цилиндр с экраном, закрепленном на держателе, выполненном в виде скобки, присоединенной к боковой поверхности цилиндра и выступу внешней оболочки криостата (см. Нат. США № 5 189 939 НКИ 62-51.2, 1993 г.). Такая конструкция обеспечивает хорошую устойчивость к механическим ВВФ, однако не позволяет значительно уменьшить теплоприток и охлаждаемую массу криостата.
F25B 19/02
Техническим результатом при использовании предлагаемой полезной модели является уменьшение теплопритока и охлаждаемой массы криостата при сохранении хорошей устойчивости к механическим ВВФ.
Указанный технический результат достигается тем, что в криостате для приемников ИК излучения, содержащем внешнюю оболочку и внутренний охлаждаемый цилиндр с экраном, закрепленном на держателе, соединенном с боковой поверхностью цилиндра и внешней оболочкой, держатель вьшолнен цилиндрическим и соединен с внешней оболочкой мембраной, снабженной отверстиями. При этом отверстия в мембране могут быть выполнены рядами по окружностям в виде дуговых щелей, причем щели в каждом следующем ряду смещены относительно предыдущего на половину углового размера щели. Мембрана может быть вьшолнена из стекла, или фотоситалла, или титанового сплава, так как эти материалы обладают высокими теплоизоляционными свойствами.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема криостата, на фиг. 2 - мембрана, соединяющая держатель с внешней оболочкой криостата.
Криостат для приемников ИК излучения содержит внешнюю оболочку 1, внутренний охлаждаемый цилиндр 2 с экраном 3, закрепленном на держателе 4. Держатель 4 присоединен к боковой поверхности цилиндра 2 и через мембрану 5 - к внешней оболочке 1. В мембране 5 выполнены отверстия 6, оптимальной формой которых являются дуговые щели. Для увеличения теплового сопротивления в каждом следующем ряду щели располагаются со смещением по отношению к предыдущему ряду на половину углового размера щели. Величина теплового сопротивления мембраны легко варьируется количеством рядов щелей в мембране.
При работе приемника ИК излучения проводится охлаждение внутреннего цилиндра 2, причем вдоль цилиндра существует температурный градиент с минимальной температурой в той части, где крепится фотоприемная матрица. Место крепления держателя 4 выбирается в соответствии с требуемой температурой экрана, цилиндрическая форма держателя является
оптимальной для защиты внутреннего цилиндра 2 от излучения внешней оболочки 1. Держатель изготавливается из материала с высокой теплопроводностью и отражательной способностью. При этом оказьшается, что большая часть теплопритока, обусловленная излучением, перехватывается экраном и держателем, что приводит к существенному уменьшению суммарного теплопритока к охлаждаемой зоне.
Поскольку экран 3, держатель 4 и мембрана 5 охлаждаются до температуры значительно более высокой, чем температура самых холодных деталей криостата, то их вклад в суммарную охлаждаемую массу значительно уменьшается.
Наличие же мембраны, ввиду ее высокого теплового сопротивления, обусловленного высокими теплоизоляционными свойствами материала и наличием и конфигурацией отверстий, не увеличивает заметным образом теплоприток и охлаждаемую массу, но позволяет, благодаря ее достаточной жесткости в направлении поперечных колебаний криостата, значительно повысить устойчивость криостата к механическим ВВФ.
Предложенная конструкция реализована для приемников ИК излучения с фотоприемными матрицами из PtSi. Как показывают расчеты при рабочей температуре для таких приемников  80 К достаточно иметь температуру экрана и фильтра  200 К. Это означает, что место прикрепления держателя к цилиндру должно располагаться вблизи середины его боковой поверхности. С другой стороны к держателю прикреплена мембрана, выполненная методом химического фрезерования из титанового сплава ОТ4-1, крепление осуществляется точечной контактной сваркой. Держатель изготовлен из никеля толщиной  0,08 мм, подвергнутого электрохимической полировке, наилучшие результаты достигаются при его изготовлении методом гальваностегии.
Таким образом, в предложенной конструкции существенно уменьшен теплоприток и охлаждаемая масса криостата при сохранении хорошей устойчивости к механическим ВВФ.