阅读说明：本技术 可实现主动控温及快速制冷的节流制冷器及探测器 (Throttling refrigerator and detector capable of realizing active temperature control and quick refrigeration ) 是由 李晓永 王立保 王玲 黄太和 黄炫佳 于 2020-04-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种节流制冷器,包括芯轴、法兰、封盖、冷指及缠绕于芯轴外壁上的换热管。冷指与芯轴之间围设形成膨胀腔,换热管通过节流元器件与膨胀腔导通,法兰与冷指连接并封闭膨胀腔,法兰内设有与换热管连通的进气通道以及与膨胀腔连通的排气通道；封盖通过弹性件限制而可活动地盖合在排气通道的出口端。另外本发明还涉及采用该节流制冷器的探测器。本发明在法兰中设置排气通道并通过弹性件对封盖进行限制,当膨胀腔内压力与弹性作用力之间保持平衡时封盖即保持一定的开度,进而维持制冷器的背压,达到主动控制节流制冷温度的目的。当其应用于制冷型探测器时,可实现探测器的焦平面温度稳定、连续可调,保证芯片成像的稳定性。(The invention relates to a throttling refrigerator which comprises a mandrel, a flange, a sealing cover, a cold finger and a heat exchange tube wound on the outer wall of the mandrel. An expansion cavity is formed between the cold finger and the mandrel in an enclosing manner, the heat exchange tube is communicated with the expansion cavity through a throttling element, the flange is connected with the cold finger and seals the expansion cavity, and an air inlet channel communicated with the heat exchange tube and an air exhaust channel communicated with the expansion cavity are arranged in the flange; the sealing cover is movably covered at the outlet end of the exhaust passage by being limited by the elastic piece. In addition, the invention also relates to a detector adopting the throttling refrigerator. The exhaust passage is arranged in the flange, the sealing cover is limited by the elastic piece, and the sealing cover keeps a certain opening degree when the pressure in the expansion cavity and the elastic acting force keep balance, so that the back pressure of the refrigerator is maintained, and the aim of actively controlling the throttling refrigeration temperature is fulfilled. When the temperature-adjustable optical fiber is applied to a refrigeration type detector, the temperature of a focal plane of the detector can be stably and continuously adjusted, and the imaging stability of a chip is ensured.)

可实现主动控温及快速制冷的节流制冷器及探测器

技术领域

本发明属于制冷与低温工程技术领域，具体涉及一种可实现主动控温及快速制冷的节流制冷器及采用该节流制冷器的探测器。

背景技术

红外探测是伴随着军事需求等快速发展起来的，探测原理是依据目标自身的红外辐射进行探测，相比于电磁波探测等，它具有体积小、分辨率高、隐蔽性好、抗干扰能力强等优点；而相比于可见光探测，红外探测具有投烟雾及可昼夜工作等的优点。制冷型红外探测器的红外成像等物理或化学过程，只有低温的环境下发生，工作温度在100K甚至更低；同时，在低温条件下，可以减小红外成像的热噪声等。

对于快速制冷型的节流探测器，芯片达到其工作温度100K后，由于节流制冷器还未达到其两相区温度，芯片工作温度会进一步下降，而在焦温下降过程中，芯片成像的稳定性较差。

发明内容

本发明涉及一种可实现主动控温及快速制冷的节流制冷器及采用该节流制冷器的探测器，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明涉及一种可实现主动控温及快速制冷的节流制冷器，包括芯轴、冷指、法兰和换热管，所述换热管上设有节流元器件，所述冷指套设于所述芯轴外并且与所述芯轴之间围设形成膨胀腔，所述换热管缠绕于所述芯轴外壁上并且通过所述节流元器件与所述膨胀腔导通，所述法兰与所述冷指连接并且封闭所述膨胀腔，所述法兰内设有与所述换热管连通的进气通道以及与所述膨胀腔连通的排气通道；

还包括封盖，所述封盖通过弹性件限制而可活动地盖合在所述排气通道的出口端，所述弹性件另一端连接于所述法兰上。

作为实施方式之一，所述排气通道有多个，所述封盖对应配置为多个，各所述排气通道均与所述膨胀腔导通。

作为实施方式之一，各所述排气通道均匀间隔地环绕所述芯轴的中轴线布置。

作为实施方式之一，所述弹性件收容于所述排气通道内，所述封盖可分离地盖合在所述排气通道的出口端。

作为实施方式之一，所述排气通道内可拆卸地固定有安装块，所述弹性件一端与所述封盖内表面固连而另一端与所述安装块固连。

作为实施方式之一，所述排气通道内滑动设置有安装块，所述弹性件一端与所述封盖内表面固连而另一端与所述安装块固连；所述安装块上设有螺杆，于所述法兰上对应开设有腰圆形槽并且该腰圆形槽的长度方向与弹性件的伸缩方向平行，所述螺杆穿出所述腰圆形槽并且通过螺母锁紧。

作为实施方式之一，所述弹性件为弹簧。

作为实施方式之一，所述冷指同轴套设于所述芯轴外。

作为实施方式之一，所述芯轴为锥台形芯轴，所述冷指为锥台形冷指。

本发明还涉及一种探测器，包括如上所述的可实现主动控温及快速制冷的节流制冷器。

本发明至少具有如下有益效果：

本发明在法兰中设置排气通道并通过弹性件对封盖进行限制，高压气体经由进气通道进入换热管进行换热，预冷后的气体经节流元器件节流膨胀，膨胀后的气体在膨胀腔内进行积聚，当压力达到设定背压时，即克服弹性件的弹性作用力的限制而使封盖打开，此时膨胀腔内压力与弹性作用力之间保持平衡，封盖即保持一定的开度，进而维持制冷器的背压，达到主动控制节流制冷温度的目的，当其应用于制冷型探测器时，可稳定控制探测器的焦温，保证芯片成像的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的节流制冷器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的控温结构的示意图；

图3为本发明实施例提供的多个控温结构在法兰上的分布示意图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1，本发明实施例提供一种节流制冷器，包括芯轴12、冷指11、法兰16和换热管10，所述换热管10上设有节流元器件，所述冷指11套设于所述芯轴12外并且与所述芯轴12之间围设形成膨胀腔，所述换热管10缠绕于所述芯轴12外壁上并且通过所述节流元器件与所述膨胀腔导通，所述法兰16与所述冷指11连接并且封闭所述膨胀腔，所述法兰16内设有与所述换热管10连通的进气通道以及与所述膨胀腔连通的排气通道8。其中，芯轴12和冷指11为本领域常规组件，具体结构此处不作赘述；上述换热管10一般是缠绕在芯轴12上，可采用如图1中所示的呈螺旋状缠绕在芯轴12上，以达到所需的制冷效果，上述节流元器件是本领域常规设置，此处不作详述。高压气体经上述进气通道进入换热器内，再经节流元器件后膨胀，随后经膨胀腔和排气通道8回流，完成制冷循环。在其中一个实施例中，如图1，上述进气通道包括设置在法兰16内的进气管4，该进气管4通过过渡连接管13与换热管10连接，该过渡连接管13与进气管4及换热管10的连接处优选进行焊接。芯轴12/冷指11通过法兰16与其它构件(例如探测器芯片)连接，并将进气通道和排气通道8设置于法兰16上，构件布局紧凑，可以相应地减小设备体积。在优选的实施方式中，上述冷指11与法兰16之间密封装配，例如，在冷指11上开设密封槽，并在该密封槽中设置密封圈9，法兰16装配至冷指11上之后，通过该密封圈9可实现二者之间的密封装配。

在其中一个实施例中，上述冷指11同轴套设于芯轴12外，保证冷却的均匀性，上述膨胀腔对应为环形腔。

在其中一个实施例中，如图1，上述芯轴12为锥台形芯轴12，所述冷指11为锥台形冷指11，采用锥形结构可实现快速制冷。

进一步优化上述节流制冷器的结构，如图1和图2，该节流制冷器还包括封盖15，所述封盖15通过弹性件7限制而可活动地盖合在所述排气通道8的出口端，所述弹性件7另一端连接于所述法兰16上。该弹性件7可采用弹簧7等常规弹性器件，本实施例中，优选采用弹簧7钢制作的弹簧7，具有较好的弹性；可以理解地，该弹性件7一端与封盖15连接而另一端即连接在上述法兰16上。在可选的实施例中，上述封盖15盖合在排气通道8的出口端但可与该出口端分离，即该封盖15可分离地盖合在排气通道8的出口端上，当未能克服弹性件7的弹性作用力的限制时，该封盖15即封堵该排气通道8的出口端，当克服弹性件7的弹性作用力的限制时，该封盖15即与该出口端分离而不与该出口端接触；在该方案中，优选为设置上述弹性件7收容于所述排气通道8内，不仅便于布置，而且对封盖15的限制效果较好。当然也可采用其他的结构，例如该封盖15铰接在法兰16上，上述弹性件7则可与铰轴相对设置而对封盖15的旋转运动进行限制。

本实施例在法兰16中设置排气通道8并通过弹性件7对封盖15进行限制，高压气体经由进气通道进入换热管10进行换热，预冷后的气体经节流元器件节流膨胀，膨胀后的气体在膨胀腔内进行积聚，当压力达到设定背压时，即克服弹性件7的弹性作用力的限制而使封盖15打开，此时膨胀腔内压力与弹性作用力之间保持平衡，封盖15即保持一定的开度，进而维持制冷器的背压，达到主动控制节流制冷温度的目的，当其应用于制冷型探测器时，可稳定控制探测器的焦温，保证芯片成像的稳定性。

进一步优选地，如图3，所述排气通道8有多个，所述封盖15对应配置为多个，也即封盖15与排气通道8数量相同并且一一对应配置，各所述排气通道8均与所述膨胀腔导通；进一步优选为设置各排气通道8均匀间隔地环绕芯轴12的中轴线布置。采用多个排气通道8，一方面可保证节流制冷器均匀出气，提高节流制冷器的工作稳定性，另一方面，当其中一个或几个控温结构(即弹性件7+封盖15组成的结构)失灵时，另外的控温结构可正常工作，从而保证该节流制冷器的工作可靠性。

进一步优选地，如图1和图2，所述排气通道8内可拆卸地固定有安装块5，所述弹性件7一端与所述封盖15内表面固连而另一端与所述安装块5固连，该结构可便于设备的安装和维护，以及可根据需要更换不同的弹性件7等，在其中一个实施例中，该安装块5可通过螺栓6等固定在排气通道8内。

可以理解地，通过调节弹性件7对封盖15的初始作用力，即可实现设定背压的调节，或者说实现不同制冷温度的控制。在其中一个实施例中，可通过调节上述弹性件7的弹性系数达到上述调节目的。在另外的实施例中，可通过调节上述弹性件7的初始变形量以达到上述调节目的，例如可设置上述弹性件7的安装位置可调；在其中一个具体的实施方案中，在排气通道8内滑动设置有安装块5，所述弹性件7一端与所述封盖15内表面固连而另一端与所述安装块5固连，所述安装块5上设有螺杆，于所述法兰16上对应开设有腰圆形槽并且该腰圆形槽的长度方向与弹性件7的伸缩方向平行，所述螺杆穿出所述腰圆形槽并且通过螺母锁紧，通过改变上述螺杆在腰圆形槽内的位置可实现对弹性件7的初始变形量的调节，当该螺杆调节至目标位置后，通过螺母锁紧即可。

另外，本发明实施例还提供一种探测器，包括上述的节流制冷器，该探测器的其他组成部分以及上述节流制冷器与其他组成部分(例如探测器芯片)之间的连接结构是本领域常规技术，具体地说，如图1，上述冷指11的远离法兰16的一端设有冷盘14，探测器芯片安设在该冷盘14上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。