[发明专利]一种用于测试制冷机低温冷头微振动的装置

说明书

本发明提供的用于测试制冷机低温冷头微振动的装置，将激光光束入射在四象限探测器上，并采集四个像素上的激光强度进行差和运算得出激光中心的偏移反推出制冷机工作时低温冷头位移偏移，测试其微振动，此测试方法可以解决制冷机低温冷头(40K‑120K)微振动测试的问题，与此同时可以直接测试红外探测器杜瓦与低温冷头耦合后探测器的微位移。

技术领域

本发明涉及低温冷头技术领域，特别涉及一种用于测试制冷机低温冷头微振动的装置。

背景技术

红外成像和高光谱相机由光学、红外探测器、制冷机和采集电路组成，其中红外探测器与制冷机的低温冷头耦合，由制冷机低温冷头为红外探测器提供低温(40K-120K)环境，降低红外探测器暗电流使其正常工作。制冷机一般由压缩机和冷头两部分组成，低温冷头是冷头温度最低并与红外探测器耦合的关键部位。因压缩机压力波或者冷头本身运动部件引起的低温冷头的微小振动是制冷机的固有特性。如果低温冷头将超过一定范围的微振动传递给红外探测器，将导致红外相机成像模糊和光谱分辨率下降。高精度红外相机尤其是星载红外探测器对成像和光谱分辨率的高要求提出尽可能降低制冷机低温冷头微振动的目标，亟待一种高精度可靠的方法测试低温冷头的微振动以评估其微振动水平。

目前制冷机的常温部件采用力和加速度传感器进行测试，低温冷头因固有特点无法采用以上方式进行测试。首先，力传感器需要与被测物体刚性连接，通过反作用力测试被测物体的微振动力；低温冷头为薄壁圆柱形，厚度仅3-10mm且无安装孔，无法与力传感器刚性连接，无法通过反用力测试低温冷头的微振动。其次，无论是压电式、压阻式、线圈式加速度传感器的工作温区为-50℃～85℃，低温冷头的温度为40K-120K(即-233℃～153℃)，加速度传感器在此温度下无法工作或测试结果不准确。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种高精度且可靠的测试制冷机低温冷头微振动的装置以评估低温冷头的微振动水平。

为解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

一种用于测试制冷机低温冷头微振动的装置，包括：制冷机压缩机(1)、制冷机低温冷头(2)、四象限探测器杜瓦(3)、四象限探测器(4)、光阑(5)、平行光管(6)、准直激光器(7)、三维精密光学调整架(8)、前置放大器(9)、信号处理模块(10)、悬吊架(11)、光学隔振平台(12)及制冷机控制器(13)；其中：所述制冷机压缩机(1)和制冷机低温冷头(2)固定连接共同组成制冷机，并由所述制冷机控制器(13)控制所述制冷机的工作，所述四象限探测器(4)设置于所述四象限探测器杜瓦(3)内，所述四象限探测器杜瓦(3)与所述制冷机低温冷头(2)进行耦合并保持真空，微振动测试时，所述制冷机压缩机(1)和所述制冷机低温冷头(2)分别悬挂于所述悬吊架(11)上呈自由状态，所述光阑(5)、所述平行光管(6)及三维精密光学调整架(8)固定于所述光学隔振平台(12)上，所述准直激光器(7)安装于所述三维精密光学调整架(8)后并放置于平行光管(6)焦点位置；

所述准直激光器(7)出射激光后通过所述平行光管(6)转换为平行光，再通过所述光阑(5)后整形为圆形激光光斑(15)，所述圆形激光光斑(15)透过所述四象限探测器杜瓦(3)的窗口照射于所述四象限探测器(4)，所述四象限探测器(4)探测到激光信号后通过所述前置放大器(9)放大信号后传送至所述信号处理模块(10)进行信号分析处理。

在其中一些实施例中，所述制冷机压缩机(1)和制冷机低温冷头(2)通过焊接工艺固定连接。

在其中一些实施例中，所述四象限探测器杜瓦(3)包括与所述四象限探测器(4)耦合的第一真空部分及与所述制冷机低温冷头(2)插入式耦合的第二真空部分。

在其中一些实施例中，所述四象限探测器(4)通过低温胶粘结于所述四象限探测器杜瓦(3)内，所述四象限探测器杜瓦(3)与所述制冷机低温冷头(2)的耦合面之间填充导热脂。