阅读说明：本技术 一种高热稳定性多普勒差分干涉仪热控装置 (Thermal control device of Doppler differential interferometer with high thermal stability ) 是由 畅晨光 孙剑 李勇 冯玉涛 郝雄波 张兆会 李娟� 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高热稳定性多普勒差分干涉仪热控装置,解决现有多普勒差分干涉仪测量精度较低的问题。该装置包括真空箱体、箱体盖板、热控壳和热控板；箱体盖板与真空箱体组成真空腔体；真空箱体上设置有用于进光和出光的窗口玻璃、用于抽真空的箱体真空接口、与加热片连接的箱体加热片接口、与热敏电阻连接的箱体热敏电阻接口；窗口玻璃通过窗口压圈轴向压紧在真空箱体上,且与窗口压圈之间设置有窗口隔热垫；真空箱体和窗口玻璃之间设置有窗口玻璃橡胶垫；热控壳和热控板设置在真空腔体内,且多普勒差分干涉仪组件设置在热控壳和热控板组成的安装腔体内；热控板上设置有多个加热片和热敏电阻,对热控板进行加热和温度反馈。(The invention relates to a thermal control device of a Doppler differential interferometer with high thermal stability, which solves the problem of low measurement precision of the conventional Doppler differential interferometer. The device comprises a vacuum box body, a box body cover plate, a thermal control shell and a thermal control plate; the cover plate of the box body and the vacuum box body form a vacuum cavity; the vacuum box body is provided with window glass for light inlet and light outlet, a box body vacuum interface for vacuumizing, a box body heating sheet interface connected with a heating sheet, and a box body thermistor interface connected with a thermistor; the window glass is axially pressed on the vacuum box body through the window pressing ring, and a window heat insulation pad is arranged between the window glass and the window pressing ring; a window glass rubber pad is arranged between the vacuum box body and the window glass; the thermal control shell and the thermal control plate are arranged in the vacuum cavity, and the Doppler differential interferometer assembly is arranged in an installation cavity formed by the thermal control shell and the thermal control plate; the thermal control plate is provided with a plurality of heating sheets and thermistors for heating and temperature feedback.)

一种高热稳定性多普勒差分干涉仪热控装置

技术领域

本发明涉及一种热控装置，具体涉及一种高热稳定性多普勒差分干涉仪热控装置。

背景技术

风场、温度场是认识中高层大气物理现象过程、研究上下层大气之间动量、能量和成分输运、揭示其基本规律及变化、建立预报预测模型的重要基础。多普勒差分干涉仪系统是探测中高层大气风场的重要装置，其根据气辉谱线的多普勒频移和展宽，利用测量气辉特征辐射的被动光学遥感方法来反演出高层大气风场和温度等信息，这就要求多普勒差分干涉仪系统具有极高的光谱分辨能力。

多普勒差分干涉系统作为一种新型的测风装置，其核心部件差分干涉仪对温度变化极为敏感，环境温度波动会引起干涉仪组件温度波动和热应力，易导致干涉仪两臂基础光程差发生变化，引起干涉图相位发生漂移，进而降低相位反演精度，因此需对多普勒差分干涉仪进行高热稳定性热控。

发明内容

本发明的目的是解决现有多普勒差分干涉仪测量精度较低的问题，提供一种高热稳定性多普勒差分干涉仪热控装置。

本发明装置通过设计干涉仪真空箱体结构、热控结构和隔热措施等，使干涉仪组件在低热传导、低热对流、低热辐射的环境中工作，通过对热控系统进行温控，从而对干涉仪组件进行被动温控，使干涉仪组件的温度稳定性优于温控系统的控制精度，保证干涉仪组件在热控系统中稳定工作，提高多普勒差分干涉仪的测量精度。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种高热稳定性多普勒差分干涉仪热控装置，包括真空箱体、箱体盖板、热控壳和热控板；所述箱体盖板设置在真空箱体的上方，与真空箱体组成真空腔体；所述真空箱体上设置有用于进光和出光的窗口玻璃、用于抽真空的箱体真空接口、与加热片连接的箱体加热片接口、与热敏电阻连接的箱体热敏电阻接口；所述窗口玻璃通过窗口压圈轴向压紧在真空箱体上，且与窗口压圈之间设置有窗口玻璃橡胶垫；所述真空箱体和窗口压圈之间设置有窗口隔热垫；所述热控壳和热控板设置在真空腔体内，且多普勒差分干涉仪组件设置在热控壳和热控板组成的安装腔体内；所述多普勒差分干涉仪组件与热控板之间设置有干涉仪隔热垫，所述热控板与真空箱体之间设置有加热板隔热垫；所述热控板上设置有多个加热片和热敏电阻，对热控板进行加热和温度反馈，通过控制加热片的输出功率将热控板的温度控制均匀并稳定。

进一步地，所述真空箱体的底端设置有箱体修切板，所述箱体修切板的底端设置有多个修切凸台。

进一步地，所述箱体修切板和真空箱体之间设置有箱体隔热垫。

进一步地，所述真空箱体与箱体修切板、箱体隔热垫通过螺钉连接，螺钉与真空箱体的安装孔之间设置有箱体隔热T型套。

进一步地，所述真空箱体、箱体盖板的内表面为抛光面，所述热控壳的内表面和外表面设置有镀金层。

进一步地，所述多普勒差分干涉仪组件、热控板和真空箱体通过螺钉连接，螺钉与多普勒差分干涉仪组件的安装孔之间设置有干涉仪隔热T型套。

进一步地，所述真空箱体和窗口玻璃的接触面上设置有窗口轴向密封圈和窗口径向密封圈，所述窗口径向密封圈通过径向密封压圈压入。

进一步地，所述真空箱体和箱体盖板之间设置有箱体盖板密封圈。

进一步地，所述热控壳与热控板的接触面上设置有导热硅脂，所述真空箱体、箱体盖板的外表面包裹有隔热材料。

进一步地，所述真空箱体的最小壁厚t₀＝0.224B/σ_弯，其中，B为箱体最短边长度，σ_弯为材料的抗弯强度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明装置可用来提高多普勒差分干涉仪的温度稳定性，减小多普勒差分的光程差变化和面形变化，引起干涉图像的质量，进而提高相位反演精度。

2.本发明装置为多普勒差分干涉仪提供了良好的热控环境，热对流小、热辐射小、热传导小，尽可能地减小外界温度波动对多普勒差分干涉仪的影响，提高多普勒差分干涉仪的温度稳定性。

3.本发明装置的箱体盖板、光学窗口、电接口及真空接口的密封性能好，真空箱体组件具有良好的真空保持性能，不仅可以减小热对流，还能减小气体对多普勒差分干涉仪光学性能的影响。

4.本发明装置安装结构简单，便于拆卸及调整，易于进行热控实施，并且可以保证多普勒差分干涉仪在系统光路中具有高安装精度。

附图说明

图1为本发明高热稳定性多普勒差分干涉仪热控装置剖视图；

图2为现有多普勒差分干涉仪组件结构示意图；

图3为本发明多普勒差分干涉仪组件安装示意图；

图4为本发明高热稳定性多普勒差分干涉仪热控装置结构图一；

图5为本发明高热稳定性多普勒差分干涉仪热控装置结构图二。

附图标记：1-真空箱体，2-箱体盖板密封圈，3-箱体盖板，4-窗口轴向密封圈，5-窗口玻璃，6-窗口径向密封圈，7-窗口玻璃橡胶垫，8-径向密封压圈，9-窗口隔热垫，10-窗口压圈，11-箱体修切板，12-箱体隔热垫，13-箱体隔热T型套，14-热控板，15-热控壳，16-多普勒差分干涉仪组件，17-干涉仪隔热T型套，18-干涉仪隔热垫，19-加热板隔热垫，20-箱体真空接口，21-箱体加热片接口，22-箱体热敏电阻接口。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

本发明装置通过设计干涉仪真空箱体结构、热控结构和隔热措施等，使干涉仪组件在低热传导、低热对流、低热辐射的环境中工作，通过对热控系统进行温控，进而对干涉仪组件进行被动温控，使干涉仪组件的温度稳定性优于温控系统的控制精度，保证干涉仪组件在热控系统中稳定工作，同时干涉仪组件在热控系统中高精度安装，热控系统结构不影响光学系统的性能，易于进行热控实施。

如图1至图5所示，本发明提供的高热稳定性多普勒差分干涉仪热控装置包括真空箱体1、箱体盖板密封圈2、箱体盖板3、窗口轴向密封圈4、窗口玻璃5、窗口径向密封圈6、窗口玻璃橡胶垫7、径向密封压圈8、窗口隔热垫9、窗口压圈10、箱体修切板11、箱体隔热垫12、箱体隔热T型套13、热控板14、热控壳15、多普勒差分干涉仪组件16、干涉仪隔热T型套17、干涉仪隔热垫18、加热板隔热垫19、箱体真空接口20、箱体加热片接口21和箱体热敏电阻接口22。

箱体盖板3设置在真空箱体1的上方，与真空箱体1组成真空腔体；真空箱体1上设置有用于进光和出光的窗口玻璃5、用于抽真空的箱体真空接口20、用于与加热片连接的箱体加热片接口21和用于与热敏电阻连接的箱体热敏电阻接口22。窗口玻璃5通过窗口压圈10轴向压紧在真空箱体1上，且与窗口压圈10之间设置有窗口玻璃橡胶垫7；真空箱体1和窗口压圈10之间设置有窗口隔热垫9，同时真空箱体1和窗口玻璃5的接触面上设置有窗口轴向密封圈4和窗口径向密封圈6，从而实现真空箱体1和窗口玻璃5之间的密封，窗口径向密封圈6通过径向密封压圈8压入；热控壳15和热控板14设置在真空腔体内，多普勒差分干涉仪组件16设置在热控壳15和热控板14组成的安装腔体内；多普勒差分干涉仪组件16与热控板14之间设置有干涉仪隔热垫18，热控板14与真空箱体1之间设置有加热板隔热垫19，真空箱体1的底端设置有箱体修切板11，箱体修切板11的底端设置有多个修切凸台，箱体修切板11和真空箱体1之间还设置有箱体隔热垫12。

真空箱体1、箱体盖板密封圈2、箱体盖板3、窗口轴向密封圈4、窗口玻璃5、窗口径向密封圈6、窗口玻璃橡胶垫7、径向密封压圈8、窗口隔热垫9、窗口压圈10、箱体真空接口20、箱体加热片接口21和箱体热敏电阻接口22组成真空箱体1，真空箱体1的两个窗口玻璃5分别是进光口和出光口，箱体真空接口20用来连接真空泵，箱体加热片接口21和箱体热敏电阻接口22都是具有密封性能的接口，内部连接加热片和热敏电阻，外部连接温控仪。多个加热片设置在热控板14的底部，对应的多个热敏电阻设置在热控板14上，对热控板14的温度进行反馈，通过控制加热片的输出功率将热控板14的温度控制均匀并稳定。

真空箱体1和箱体盖板3的尺寸大小根据干涉仪组件确定，预留出热控实施所需的空间，箱体的厚度应大于箱体计算最小壁厚t₀(t₀＝0.224B/σ_弯，其中B为箱体最短边长度，σ_弯为材料的抗弯强度)，保证真空箱体1的密封性能和真空保持性能。将箱体盖板密封圈2放入真空箱体1的密封槽内，真空箱体1与箱体盖板3通过螺纹连接，密封槽尺寸与密封圈的直径有关，根据O型圈真空密封标准选择，使箱体盖板密封圈2上下压缩来保证盖板连接处的密封性能。

窗口玻璃5的直径根据通光口径确定，厚度经有限元优化分析得到，计算窗口玻璃5在标准大气压下引起的变形量，使窗口玻璃5的变形量小于λ/2(其中λ为探测谱线的波长)，保证窗口玻璃5变形不影响多普勒差分干涉仪系统的光学性能。将窗口轴向密封圈4放入真空箱体1的轴向密封槽内，放入窗口玻璃5后，用径向密封压圈8将窗口径向密封圈6塞入径向密封槽内，使窗口径向密封圈6压紧，放入窗口玻璃橡胶垫7对窗口玻璃5外表面进行保护，再将窗口隔热垫9和窗口压圈10装入真空箱体1的窗口中，用螺丝将窗口压圈10拧紧，使窗口轴向密封圈4压紧。窗口轴向密封圈4和窗口径向密封圈6的密封槽尺寸与密封圈的直径有关，根据O型圈真空密封标准选择，窗口轴向密封圈4轴向压缩，窗口径向密封圈6径向压缩，来保证盖板连接处的密封性能。

真空箱体1和箱体盖板3的内表面，以及内部的结构件都要经过抛光处理，用来减小真空箱体1内的零件表面放气，增加真空度并且可以降低热辐射。

多普勒差分干涉仪组件16、热控板14、真空箱体1通过螺钉连接，之间分别通过干涉仪隔热垫18和加热板隔热垫19隔开，连接螺钉与多普勒差分干涉仪组件16的安装孔之间有干涉仪隔热T型套17。

热控壳15与热控板14通过螺钉连接，将多普勒差分干涉仪组件16罩在里面，接触面之间涂有导热硅脂增加传热，使热控壳15与热控板14的温度一致，保证多普勒差分干涉仪组件16周围的温度均匀。为了减少周围零件对多普勒差分干涉仪组件16的热辐射，对热控壳15的内表面和外表面进行镀金处理。

为了保证多普勒差分干涉仪组件16在真空箱体1中的安装精度，可调整干涉仪隔热垫18的厚度，保证多普勒差分干涉仪的入光面和出光面与真空箱体1的底面垂直度。调整好多普勒差分干涉仪组件16的入光面和出光面与真空箱体1的窗口面的平行度后，将多普勒差分干涉仪组件16的底板、热控板14和真空箱体1一起打销钉孔，对多普勒差分干涉仪组件16进行定位，保证多普勒差分干涉仪组件16在热控实施时拆卸后再次安装的复位精度。

多普勒差分干涉仪在系统光路中的安装精度，是通过真空箱体1在系统光路中的安装精度来保证。真空箱体1与系统安装基板通过螺钉连接，之间有箱体修切板11、箱体隔热垫12隔开，连接螺钉与多普勒差分干涉仪组件16的安装孔之间有箱体隔热T型套13。通过调整箱体修切板11的凸台表面与底面的角度，保证真空箱体1底面与系统安装基板平行。通过调整箱体隔热垫12的厚度，使真空箱体1的窗口中心与光路高度一致。调整好入射光和出射光与真空箱体1的窗口面垂直度后，真空箱体1、箱体修切板11和系统安装基板一起打销钉孔，对真空箱体1进行定位，保证多普勒差分干涉仪热控装置在热控实施时拆卸后再次安装的复位精度。

多普勒差分干涉仪组件16的热控，是通过对热控板14进行主动热控。热控板14与真空箱体1之间通过加热板隔热垫19隔开，减小真空箱体1温度波动对热控板14的温控精度的影响。热控板14与多普勒差分干涉仪组件16之间通过干涉仪隔热垫18隔开，减小热控板14的温控波动对多普勒差分干涉仪组件16温度稳定性的影响，使多普勒差分干涉仪组件16的温度稳定性优于温控精度。温控实施后，对真空箱体1组件包裹隔热材料(例如气凝胶毡、聚氨发泡板、玻璃纤维棉毡等)，减小环境温度对真空箱体1组件的影响，提高温度稳定性。真空箱体1的光学窗口不能包裹隔热材料，因此用窗口隔热垫9和减小窗口处的热传导。箱体隔热垫12和箱体隔热T型套13用来减小系统安装基板对真空箱体1的热传导。