一種航天光學(xué)遙感器ccd器件恒溫控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種航天光學(xué)遙感器CCD器件恒溫控制裝置，包括微型熱管、CCD、薄膜電加熱器、轉(zhuǎn)接板、常規(guī)熱管、散熱板和控制電路；CCD關(guān)機(jī)時(shí)，控制電路控制薄膜電加熱器對(duì)微型熱管進(jìn)行加熱，微型熱管將產(chǎn)生的熱量同時(shí)傳遞給CCD和散熱板，散熱板將多余的熱量散發(fā)出去，使CCD保持溫度恒定；CCD開(kāi)機(jī)瞬間，控制電路控制薄膜電加熱器瞬間斷電，CCD產(chǎn)生的多余熱量通過(guò)散熱板散發(fā)出去，使CCD保持溫度恒定。本發(fā)明采用在CCD器件附近進(jìn)行功率補(bǔ)償，可以避免由于控溫延遲及CCD器件功率變化產(chǎn)生的溫度波動(dòng)，從而能夠提高CCD器件的溫度穩(wěn)定度。
【專利說(shuō)明】—種航天光學(xué)遙感器CCD器件恒溫控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天光學(xué)遙感器熱控【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種航天光學(xué)遙感器CCD器件恒溫控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]CCD器件(Charge Coupled Device)作為航天光學(xué)遙感相機(jī)的關(guān)鍵部件,對(duì)于相機(jī)能否傳輸高質(zhì)量的圖片起著至關(guān)重要的作用。CCD器件對(duì)溫度穩(wěn)定性要求非常嚴(yán)格，溫度波動(dòng)過(guò)大會(huì)增大暗電流和熱噪聲從而降低光電轉(zhuǎn)換的能力，導(dǎo)致信噪比降低，影響圖像質(zhì)量。另外，由于CCD器件直接安裝在支撐結(jié)構(gòu)，CCD器件溫度的升高會(huì)導(dǎo)致與之接觸的支撐結(jié)構(gòu)溫度升高，當(dāng)CXD器件數(shù)量較多、線陣較長(zhǎng)時(shí)，支撐結(jié)構(gòu)的熱變形會(huì)造成焦面組件整體尺寸發(fā)生嚴(yán)重畸變，這種畸變隨溫度變化而變化，進(jìn)而使高分辨率航天光學(xué)遙感相機(jī)的內(nèi)方位元素發(fā)生變化，直接影響圖像質(zhì)量。隨著空間光學(xué)遙感相機(jī)分辨率不斷提高，CCD器件的功耗逐漸增大，數(shù)量不斷增多，線陣不斷增長(zhǎng)。因此要保持遙感相機(jī)的焦面組件在工作時(shí)的尺寸穩(wěn)定性，關(guān)鍵要提高CCD器件的溫度穩(wěn)定性。為了提高CCD器件的溫度穩(wěn)定性，必須對(duì)其進(jìn)行熱設(shè)計(jì)及熱控制。通常可以采用常規(guī)的控溫方法抑制CXD器件的溫度波動(dòng)，常規(guī)的CXD器件控溫方法是當(dāng)相機(jī)待機(jī)時(shí)控溫儀器根據(jù)測(cè)溫元件反饋的溫度值與控溫閾值進(jìn)行比較，當(dāng)溫度低于控溫閾值的下限時(shí)，控溫加熱回路通電，當(dāng)溫度高于控溫閾值上限時(shí)，控溫加熱回路斷電，當(dāng)溫度處于控溫閾值的上限、下限之間時(shí)，通過(guò)控溫算法控制加熱回路的通、斷電時(shí)間，使CCD器件保持在控溫閾值范圍內(nèi)。當(dāng)相機(jī)開(kāi)機(jī)后，CCD器件產(chǎn)生大功率的熱耗，這部分能量使其溫度產(chǎn)生顯著的升高，當(dāng)CCD器件溫度升高到控溫閾值的上限后，控溫儀器控制加熱回路斷電。由于控溫儀器的掃描周期及內(nèi)部控溫算法限制，使得控溫儀器不能立即對(duì)CCD器件的溫度進(jìn)行響應(yīng)并迅速對(duì)加熱回路的通、斷進(jìn)行控制，就會(huì)導(dǎo)致在相機(jī)開(kāi)機(jī)至CCD器件溫度升高到控溫閾值的上限的這段時(shí)間，加熱回路持續(xù)加熱，這部分熱量的積累造成C⑶器件的溫度進(jìn)一步上升。當(dāng)相機(jī)關(guān)機(jī)后，C⑶器件溫度停止上升，逐漸下降，下降至控溫閾值的上限后，加熱回路開(kāi)始控溫。常規(guī)的控溫方法使CCD器件待機(jī)時(shí)的溫度處于某一溫度水平，當(dāng)CXD器件開(kāi)機(jī)后，CXD溫度在這一溫度水平逐漸上升直至CXD器件關(guān)機(jī)后溫度逐漸下降。因此在CXD器件開(kāi)、關(guān)機(jī)時(shí)由于發(fā)熱功率變化產(chǎn)生了較大的溫度波動(dòng)。該方法不能滿足CCD器件的恒溫控制要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種航天光學(xué)遙感器CCD器件恒溫控制裝置，解決了高分辨率空間光學(xué)遙感相機(jī)CCD器件由于其發(fā)熱功率的變化、控溫儀器產(chǎn)生的控溫延遲造成的溫度波動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種航天光學(xué)遙感器CXD器件恒溫控制裝置，包括微型熱管、CCD、薄膜電加熱器、轉(zhuǎn)接板、常規(guī)熱管、散熱板和控制電路；微型熱管粘貼在CCD表面，薄膜電加熱器粘貼在微型熱管的外壁上；微型熱管的冷端通過(guò)轉(zhuǎn)接板與常規(guī)熱管的熱端相連；常規(guī)熱管的冷端與散熱板固定連接；CCD關(guān)機(jī)時(shí)，控制電路控制薄膜電加熱器對(duì)微型熱管進(jìn)行加熱，微型熱管將產(chǎn)生的熱量同時(shí)傳遞給CCD和散熱板，散熱板將多余的熱量散發(fā)出去，使CCD保持溫度恒定；CCD開(kāi)機(jī)瞬間，控制電路控制薄膜電加熱器瞬間斷電，CCD產(chǎn)生的多余熱量通過(guò)散熱板散發(fā)出去，使CCD保持溫度恒定。
[0005]所述的轉(zhuǎn)接板為大比熱容金屬結(jié)構(gòu)件。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:采用本發(fā)明裝置避免了由于控溫儀器掃描周期及控制算法帶來(lái)的控溫延遲，該延遲使CCD器件在開(kāi)機(jī)的一段時(shí)間里，控溫加熱回路持續(xù)加熱，這部分多余的熱量造成C⑶器件溫度的上升，加劇了 C⑶器件的溫度波動(dòng)。本發(fā)明使用控制電路根據(jù)CCD器件的工作模式瞬時(shí)控制薄膜電加熱器的通、斷電，通過(guò)仿真迭代計(jì)算確定薄膜電加熱器的加熱功率，使CCD器件附近能夠長(zhǎng)期保持恒定的發(fā)熱功率，避免了由于CCD器件開(kāi)、關(guān)機(jī)造成的發(fā)熱功率變化帶來(lái)的溫度波動(dòng)，并通過(guò)常規(guī)控溫加熱回路控制散熱板的溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，以保證傳熱路徑中熱沉的溫度穩(wěn)定性，進(jìn)而保證CCD器件的溫度穩(wěn)定。在傳熱的路徑中使用比熱容大、熱擴(kuò)散系數(shù)高的金屬材料及相變儲(chǔ)能材料進(jìn)一步抑制傳熱路徑各個(gè)環(huán)節(jié)的溫度波動(dòng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為本發(fā)明裝置工作模式圖；
[0008]圖2為本發(fā)明裝置組成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]本發(fā)明使用微型、高效傳熱元件將CXD器件產(chǎn)生的熱量迅速傳導(dǎo)至熱沉、借助相機(jī)開(kāi)關(guān)機(jī)遙控指令控制相機(jī)管理控制器對(duì)薄膜電加熱器進(jìn)行通、斷電以避免控溫延遲造成的熱量積累、傳熱路徑采用高比熱容材料、相變儲(chǔ)能材料抑制溫度波動(dòng)、傳熱路徑的某些環(huán)節(jié)設(shè)置常規(guī)控溫加熱回路進(jìn)一步增強(qiáng)傳熱路徑的溫度穩(wěn)定性。通過(guò)保證傳熱路徑每一環(huán)節(jié)的溫度穩(wěn)定性以實(shí)現(xiàn)CCD器件的高穩(wěn)定度控溫。
[0010]本發(fā)明中的薄膜電加熱器的工作模式如圖1所示。當(dāng)相機(jī)待機(jī)時(shí)，C⑶器件附近具有固定功率的薄膜電加熱器長(zhǎng)期加電，當(dāng)相機(jī)開(kāi)機(jī)瞬間，遙感相機(jī)同時(shí)發(fā)出指令控制相機(jī)管理控制器對(duì)薄膜電加熱器進(jìn)行瞬間斷電。薄膜電加熱器的功率需要根據(jù)式(I)進(jìn)行估算，其中Q為功率、N為CCD器件的個(gè)數(shù)。薄膜電加熱器的詳細(xì)計(jì)算需要考慮其他物體與CCD器件之間的傳導(dǎo)熱量及輻射熱量進(jìn)行反復(fù)迭代設(shè)計(jì)。
[0011](I)
[0012]薄膜電加熱器的安裝位置如圖2所示，包括η片(XD、微型熱管1、薄膜電加熱器2、鋁合金轉(zhuǎn)接板3、常規(guī)熱管4、散熱板5和控制電路；CCD背面安裝微型、大傳熱量鋁氨軸向槽道熱管，在該熱管的另一表面靠近CCD器件的位置粘貼薄膜電加熱器2，該微型熱管的冷端通過(guò)導(dǎo)熱硅橡膠粘貼在轉(zhuǎn)接板，一根常規(guī)熱管4的熱端通過(guò)導(dǎo)熱硅橡膠粘貼在轉(zhuǎn)接板，該常規(guī)熱管4的冷端通過(guò)導(dǎo)熱硅橡膠粘貼在散熱板。CCD器件的發(fā)熱功率及薄膜電加熱器需排散的熱量均通過(guò)該微型熱管I傳導(dǎo)至轉(zhuǎn)接板3，再通過(guò)一根常規(guī)熱管4傳導(dǎo)至散熱板5并最終輻射到宇宙冷黑空間。為了進(jìn)一步提高CCD器件的溫度穩(wěn)定性，在熱量傳導(dǎo)的路徑中使用比熱容大、熱擴(kuò)散系數(shù)高的金屬材料及相變儲(chǔ)能材料，并且在傳導(dǎo)路徑中的某些環(huán)節(jié)設(shè)置常規(guī)控溫加熱回路進(jìn)行高穩(wěn)定度控溫。
[0013]本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種航天光學(xué)遙感器C⑶器件恒溫控制裝置，其特征在于:包括微型熱管(I)、(XD、薄膜電加熱器(2)、轉(zhuǎn)接板(3)、常規(guī)熱管(4)、散熱板(5)和控制電路；微型熱管(I)粘貼在CCD表面，薄膜電加熱器(2 )粘貼在微型熱管(I)的外壁上；微型熱管(I)的冷端通過(guò)轉(zhuǎn)接板(3)與常規(guī)熱管(4)的熱端相連；常規(guī)熱管(4)的冷端與散熱板(5)固定連接；(XD關(guān)機(jī)時(shí)，控制電路控制薄膜電加熱器(2 )對(duì)微型熱管(I)進(jìn)行加熱，微型熱管(I)將產(chǎn)生的熱量同時(shí)傳遞給CCD和散熱板(5)，散熱板(5)將多余的熱量散發(fā)出去，使CCD保持溫度恒定；CCD開(kāi)機(jī)瞬間，控制電路控制薄膜電加熱器(2)瞬間斷電，CCD產(chǎn)生的多余熱量通過(guò)散熱板(5)散發(fā)出去，使CXD保持溫度恒定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天光學(xué)遙感器CXD器件恒溫控制裝置，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)接板(3)為大比熱容金屬結(jié)構(gòu)件。
【文檔編號(hào)】G05D23/20GK103869844SQ201410086308
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】魯盼, 趙振明, 宋欣陽(yáng), 高娟 申請(qǐng)人:北京空間機(jī)電研究所