專利名稱：用于空間相機(jī)熱控系統(tǒng)的熱開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于溫度敏感器件的熱控系統(tǒng)開關(guān)，特別是一種可作為空
間光學(xué)遙感器CCD焦平面組件等可變散熱通道的熱控部件。
背景技術(shù)：
目前，空間相機(jī)多采用CCD作為探測(cè)器件。但其對(duì)溫度敏感，溫度水平 過高以及溫度波動(dòng)過大會(huì)增大CCD器件的暗電流和熱噪聲，導(dǎo)致信噪比降 低，影響圖像質(zhì)量。故保證CCD焦面組件(CFPA)處于較低的溫度水平和 較小的溫度波動(dòng)范圍是CFPA熱設(shè)計(jì)的目標(biāo)。
由于相機(jī)所處的空間環(huán)境、以及光學(xué)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求，CFPA被安裝 在相對(duì)狹小的密閉環(huán)境中。為了減少相機(jī)各部分之間的相互影響，CCD工作 時(shí)的熱量要通過散熱通道排到外部空間。作為合理的散熱路徑，CFPA作為 熱源，位于相機(jī)外部的面向冷黑的輻射板作為熱沉，中間建立有效的傳熱環(huán) 節(jié)。該散熱途徑的數(shù)學(xué)描述如式1所示，由于熱控系統(tǒng)一旦確定，則散熱路 徑上總熱阻i 固定不變，CCD工作時(shí)產(chǎn)生的熱量g也是定值，若要保證CCD 器件的溫度7V叵定，則要求作為熱沉的輻射板溫度K保持溫度不變。
^=i .2+rs (i)
由于輻射板位于相機(jī)外部，隨著相機(jī)姿態(tài)發(fā)生變化，使得輻射板時(shí)而處 于陰影中，時(shí)而受太陽輻射作用，外熱流的變化，導(dǎo)致輻射板溫度變化，當(dāng) 輻射板的溫度低于設(shè)定值時(shí)可采用加熱的方法，維持溫度不變，但當(dāng)輻射板
的溫度高于設(shè)定值時(shí)，難以保證CFPA的溫度穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
3本發(fā)明的目的是提出一種用于空間相機(jī)熱控系統(tǒng)的熱開關(guān)，以克服目前
空間相機(jī)中探測(cè)器件CCD焦平面組件(CFPA)的溫度難以控制的缺點(diǎn)，有
效的保證空間相機(jī)工作的穩(wěn)定性。
本發(fā)明用于空間相機(jī)熱控系統(tǒng)的熱開關(guān)，包括左導(dǎo)熱塊(1)、右導(dǎo)熱塊
(3)、在左導(dǎo)熱塊(1)和右導(dǎo)熱塊(3)之間可向左右移動(dòng)的活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)、 伸縮桿(4)和彈簧(6);所述的左導(dǎo)熱塊(1)和右導(dǎo)熱塊(3)均設(shè)有開口 向活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)的盲孔，所述的伸縮桿(4)與左導(dǎo)熱塊(1)呈滑配合的 設(shè)置在左導(dǎo)熱塊(1)盲孔中，其兩端分別固連在左導(dǎo)熱塊(1)盲孔底上和 活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)上；所述的彈簧(6)設(shè)置在右導(dǎo)熱塊(3)盲孔中，其兩端 分別抵頂在右導(dǎo)熱塊(3)盲孔底和活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)上；
所述的伸縮桿(4)用線性熱脹系數(shù)大于左、右導(dǎo)熱塊和活動(dòng)導(dǎo)熱塊的材 料制成。
本發(fā)明熱開關(guān)的使用方法及工作原理是
將本發(fā)明熱開關(guān)的左、右導(dǎo)熱塊分別通過熱管與設(shè)置在空間相機(jī)兩側(cè)的
兩塊輻射板相聯(lián)接，活動(dòng)導(dǎo)熱塊通過柔性導(dǎo)熱管與空間相機(jī)CCD的CFPA相 聯(lián)接。CCD工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，經(jīng)由柔性導(dǎo)熱管傳導(dǎo)到熱開關(guān)的活動(dòng)導(dǎo)熱塊， 再由左導(dǎo)熱塊或右導(dǎo)熱塊傳導(dǎo)到與其相連的輻射板向太空輻射散熱，從而建 立了從CCD焦面組件到空間外部環(huán)境的傳熱路徑。
當(dāng)與左導(dǎo)熱塊相連的輻射板處在背向太陽一側(cè)時(shí)，由于彈簧的壓力作用 將活動(dòng)導(dǎo)熱塊緊緊的壓貼在左導(dǎo)熱塊上，而與右導(dǎo)熱塊脫離，此時(shí)的散熱傳 導(dǎo)通路是從CFPA經(jīng)活動(dòng)導(dǎo)熱塊、左導(dǎo)熱塊至與左導(dǎo)熱塊相連的輻射板；
當(dāng)由于相機(jī)姿態(tài)的變化使與左導(dǎo)熱塊相連的輻射板面向太陽時(shí)，在太陽 直接照射作用下引起溫度升高而使熱開關(guān)的伸縮桿因熱脹伸長(zhǎng)將活動(dòng)導(dǎo)熱塊 頂離左導(dǎo)熱塊，而壓緊在右導(dǎo)熱塊上，此時(shí)的散熱傳導(dǎo)通路是從CFPA經(jīng)活 動(dòng)導(dǎo)熱塊、右導(dǎo)熱塊至與右導(dǎo)熱塊相連的另一塊輻射板。當(dāng)由于相機(jī)姿態(tài)的再次變化使與右導(dǎo)熱塊相連的輻射板處于面向太陽， 而與左導(dǎo)熱塊相連的輻射板處于背向太陽時(shí)，由于熱開關(guān)的伸縮桿冷縮，又 使活動(dòng)導(dǎo)熱塊壓向左導(dǎo)熱塊而再次改變散熱通道。
本發(fā)明熱開關(guān)，有效地解決了空間相機(jī)因工作姿態(tài)的變化而難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn) 定的控制CCD器件的溫度的技術(shù)難題，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、使用壽命長(zhǎng); 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控溫功能?？蓮V泛用于相關(guān)的航天器溫度控制及其它的場(chǎng)合。


圖1是本發(fā)明用于空間相機(jī)熱控系統(tǒng)的熱開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖2、圖3是本發(fā)明熱開關(guān)的工作原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參照?qǐng)D1，用于空間相機(jī)熱控系統(tǒng)的熱開關(guān)，包括用殷鋼制造的左導(dǎo)熱
塊(1)、右導(dǎo)熱塊(3)、在左導(dǎo)熱塊(1)和右導(dǎo)熱塊(3)之間可向左右移 動(dòng)的活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)，伸縮桿(4)和彈簧(6);所述的左導(dǎo)熱塊(1)和右 導(dǎo)熱塊(3)均設(shè)有開口向活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)的盲孔，所述的伸縮桿(4)與左 導(dǎo)熱塊(1)呈滑配合的設(shè)置在左導(dǎo)熱塊(1)盲孔中，其兩端分別固連在左 導(dǎo)熱塊(1)盲孔底上和活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)上；所述的彈簧(6)設(shè)置在右導(dǎo)熱 塊(3)盲孔中，其兩端分別抵頂在右導(dǎo)熱塊(3)盲孔底和活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)
上；
所述的伸縮桿(4)用線性熱脹系數(shù)大于左、右導(dǎo)熱塊和活動(dòng)導(dǎo)熱塊的鋁 合金材料制成。
在所述的彈簧(6)中還穿置一一端固定在活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)上的導(dǎo)桿(5)， 以利于活動(dòng)導(dǎo)熱塊的移動(dòng)導(dǎo)向。
所述的伸縮桿(4)制成中部鏤空的啞鈴型結(jié)構(gòu)，使其在較大的壓力下能 產(chǎn)生一定的彈性變形。如圖2所示，熱開關(guān)的常態(tài)為左導(dǎo)熱塊(1)和活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)呈貼合
狀態(tài)，在彈簧6的彈性力作用下，增大了左導(dǎo)熱塊(1)和活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2) 接觸面的正壓力，使接觸熱阻阻值較小。CCD焦平面組件的熱量絕大部分沿 接通的左側(cè)通道傳遞到輻射冷板I上散到太空中。
如圖3所示，當(dāng)輻射冷板I受到太陽直接輻射的作用，溫度升高到不能 承擔(dān)熱沉的作用時(shí)，伸縮桿4由于溫度升高引起伸長(zhǎng)，其伸長(zhǎng)量大于左導(dǎo)熱 塊(1)和活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)的伸長(zhǎng)量，故伸縮桿由于自身尺寸的變化推動(dòng)動(dòng) 活動(dòng)導(dǎo)熱塊向右動(dòng)作，導(dǎo)致左導(dǎo)熱塊(1)和活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)的接觸面分離， 使活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)與右導(dǎo)熱塊(3)貼合，此時(shí)CCD焦平面組件的熱量主要
沿右側(cè)通道傳遞到輻射冷板n上散到太空中。如輻射冷板I繼續(xù)升溫導(dǎo)致伸
縮桿4繼續(xù)伸長(zhǎng)時(shí)，可使得貼合面更加緊密，熱阻減??；若進(jìn)一歩溫升使伸 縮桿4產(chǎn)生進(jìn)一步伸長(zhǎng)趨勢(shì)，則伸縮桿4自身產(chǎn)生彈性變性。而當(dāng)輻射冷板 I的溫度降低時(shí)，伸縮桿4的溫度也隨之降低，伸長(zhǎng)桿收縮，同時(shí)加上彈簧 的作用，活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)退回左側(cè)與左導(dǎo)熱塊(1)貼合回到熱開關(guān)的常態(tài)。 此時(shí)，如輻射冷板I繼續(xù)降溫致使伸長(zhǎng)桿4產(chǎn)生繼續(xù)收縮的趨勢(shì)，將增大接 觸面正壓力，使得接觸更為有效；若進(jìn)一步降溫，則使得伸長(zhǎng)桿4自身產(chǎn)生 彈性變性，消除了應(yīng)力的進(jìn)一步增大。由于伸長(zhǎng)桿4的結(jié)構(gòu)和材料特點(diǎn)通過 這種方式擴(kuò)大了熱開關(guān)的適用溫度范圍。
權(quán)利要求
1. 一種用于空間相機(jī)熱控系統(tǒng)的熱開關(guān)，其特征在于，包括左導(dǎo)熱塊(1)、右導(dǎo)熱塊(3)、在左導(dǎo)熱塊(1)和右導(dǎo)熱塊(3)之間可向左右移動(dòng)的活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)、伸縮桿(4)和彈簧(6)；所述的左導(dǎo)熱塊(1)和右導(dǎo)熱塊(3)均設(shè)有開口向活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)的盲孔，所述的伸縮桿(4)與左導(dǎo)熱塊(1)呈滑配合的設(shè)置在左導(dǎo)熱塊(1)盲孔中，其兩端分別固連在左導(dǎo)熱塊(1)盲孔底上和活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)上；所述的彈簧(6)設(shè)置在右導(dǎo)熱塊(3)盲孔中，其兩端分別抵頂在右導(dǎo)熱塊(3)盲孔底和活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)上；所述的伸縮桿(4)用線性熱脹系數(shù)大于左、右導(dǎo)熱塊和活動(dòng)導(dǎo)熱塊的材料制成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空間相機(jī)熱控系統(tǒng)的熱開關(guān)，其特征在于 所述的伸縮桿(4)制成中部鏤空的卩亞鈴型結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空間相機(jī)熱控系統(tǒng)的熱開關(guān)，其特征在于， 在所述的彈簧(6)中還穿置一一端固定在活動(dòng)導(dǎo)熱塊(2)上的導(dǎo)桿(5)。
全文摘要
本發(fā)明涉及應(yīng)用于溫度敏感器件的熱控系統(tǒng)開關(guān)，特別是一種用于空間相機(jī)熱控系統(tǒng)的熱開關(guān)，由左、右導(dǎo)熱塊、在左、右導(dǎo)熱塊之間可左右移動(dòng)的活動(dòng)導(dǎo)熱塊、用熱脹系數(shù)大于左、右導(dǎo)熱塊和活動(dòng)導(dǎo)熱塊的材料制成的伸縮桿和彈簧組成；左、右導(dǎo)熱塊均設(shè)有開口向活動(dòng)導(dǎo)熱塊的盲孔，伸縮桿與左導(dǎo)熱塊呈滑配合的設(shè)置在左導(dǎo)熱塊盲孔中，彈簧設(shè)置在右導(dǎo)熱塊盲孔中。通過伸縮桿的熱脹冷縮實(shí)現(xiàn)活動(dòng)導(dǎo)熱塊分別與左、右導(dǎo)熱塊的交替接觸而改變熱傳導(dǎo)通道。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度敏感器件的自動(dòng)控溫功能。
文檔編號(hào)G03B17/55GK101424862SQ20081005155
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者吳清文, 楊成禹, 葛任偉, 陳立恒, 冬 韓, 明 黎 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所