[发明专利]MEMS低温冷却器系统和方法

说明书

公开了用于使用微机电系统MEMS技术以提供装置或传感器系统的低温和/或一般冷却的系统和方法的技术。在一个实施例中，一种系统包括压缩机组件和MEMS膨胀器组件，所述MEMS膨胀器组件经由气体输送管线与所述压缩机组件流体连通，所述气体输送管线配置成将所述MEMS膨胀器组件与所述压缩机组件物理分离并热解耦。所述MEMS膨胀器组件包括多个膨胀器单元，每个膨胀器单元包括MEMS置换器、单元蓄热器，以及布置在所述MEMS置换器和所述单元蓄热器之间的膨胀体积，并且所述多个单元蓄热器配置成组合以形成用于所述MEMS膨胀器组件的邻接共用蓄热器。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年6月23日提交的，名称为“MEMS低温冷却器系统和方法(MEMSCRYOCOOLER SYSTEMS AND METHODS)”的美国临时专利申请No.62/524,318的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明的一个或多个实施例总体上涉及低温制冷装置，并且更具体地，例如涉及微机电低温制冷系统和方法。

背景技术

低温制冷系统或低温冷却器通常用于将其他装置冷却至接近或低于约120开尔文的温度，并且更一般地，可以用于将装置冷却至200至60开尔文之间，这例如取决于特定装置呈现的总热负荷。这样的冷却装置通常是在冷却时更好地操作(例如，产生具有更少的噪声、更高的灵敏度、更高的精度、更高的响应度的测量结果和/或具有其他通常更期望的性能指标的测量结果)的各种不同类型的传感器系统中的一种。例如，可以从冷却受益的一种这样的传感器系统包括红外相机(例如，包括单独的红外传感器的焦平面阵列(FPA))，其测量或捕获来自物体的红外(例如热)发射作为红外/热图像和/或视频。冷却这样的红外相机通常会增加检测器灵敏度(例如，通过减小单独的红外传感器固有的热噪声)，这会导致整体上更准确和可靠的红外图像。

常规的机械低温冷却器相对较大，制造和维护成本高，并且可能具有机械噪声，这会降低耦合传感器系统的性能。抵消机械振动的技术通常非理想地增加了冷却器的复杂性和制造成本。微型低温冷却器设计是可用的，并且一些这样的设计采用微机电系统(MEMS)技术，但是迄今为止，这样的常规制冷机提供相对较差的冷却能力(例如，通常以瓦特为单位来衡量制冷机从耦合装置吸热的能力)，并且在遇到工作红外相机的典型热负荷时，无法达到例如相对较低噪声的热成像所需的温度。

因此，在本领域中需要一种紧凑、便宜且可靠的制冷机或低温冷却器，其具有相对高的冷却能力，足以将至少工作红外相机的FPA冷却到大约低温和/或接近200至60开尔文的温度范围，或更窄地接近160至60开尔文的温度范围或大约77开尔文的温度。

发明内容

公开了一种用于使用微机电系统以提供装置或传感器系统的低温和/或一般冷却的系统和方法的技术。在一个实施例中，一种系统可以包括压缩机组件和微机电系统(MEMS)膨胀器组件，所述微机电系统膨胀器组件经由气体输送管线与所述压缩机组件流体连通，所述气体输送管线配置成将所述MEMS膨胀器组件与所述压缩机组件物理分离并热解耦。所述MEMS膨胀器组件可以包括多个膨胀器单元，每个膨胀器单元包括MEMS置换器、单元蓄热器、以及布置在所述MEMS置换器和所述单元蓄热器之间的膨胀体积，并且所述多个单元蓄热器可以配置成组合以形成用于所述MEMS膨胀器组件的邻接共用蓄热器。

在另一实施例中，一种方法包括形成MEMS膨胀器组件，并且使所述MEMS膨胀器组件经由气体输送管线与压缩机组件流体连通，其中所述气体输送管线配置成将所述MEMS膨胀器组件与所述压缩机组件物理分离并热解耦。所述MEMS膨胀器组件可以包括多个膨胀器单元，每个膨胀器单元包括MEMS置换器、单元蓄热器、以及布置在所述MEMS置换器和所述单元蓄热器之间的膨胀体积，并且所述多个单元蓄热器可以配置成组合以形成用于所述MEMS膨胀器组件的邻接共用蓄热器。