本專利涉及低溫保持應(yīng)用杜瓦，具體是指一種適合與廣泛應(yīng)用的落射型三維影像儀、顯微鏡組合實(shí)現(xiàn)樣品在液氮溫度(77K)條件下樣品形變、電學(xué)性能測(cè)量的低溫應(yīng)用杜瓦。
背景技術(shù)：
在紅外探測(cè)器研制領(lǐng)域，隨著紅外材料研制技術(shù)、芯片制造技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，紅外焦平面探測(cè)器在性能、規(guī)模等方面取得了巨大的成就。制冷型紅外焦平面探測(cè)器因響應(yīng)速度快、靈敏度高和探測(cè)距離遠(yuǎn)等優(yōu)異特性在航天遙感、天文探測(cè)和軍事等敏感領(lǐng)域重要應(yīng)用而備受各國(guó)的重視。用于制造制冷型焦平面探測(cè)器所涉及的InSb、HgCdTe和超晶格材料，光敏元陣列芯片以及封裝完成的焦平面器件的性能表征需要借助大量的光學(xué)測(cè)量設(shè)備，并在低溫條件下進(jìn)行。在這些光學(xué)測(cè)量設(shè)備中，其光路大部分為落射型，一般也不會(huì)配備低溫制冷裝置，如三維影像儀、金相顯微鏡和白光干涉儀等。機(jī)械制冷機(jī)成本高，可靠性低，部件的機(jī)械運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的振動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響光學(xué)測(cè)量的精度。專利ZL200510025916.3中提出的專用杜瓦，其冷頭為簡(jiǎn)單的紫銅導(dǎo)熱棒，重量、體積均過(guò)大，極有可能使得整個(gè)杜瓦的重量超出了測(cè)量設(shè)備載物臺(tái)的承重，影響測(cè)量精度，同時(shí)使得儲(chǔ)存液氮量小，低溫維持時(shí)間短；其液氮入口設(shè)計(jì)在杜瓦側(cè)壁，液氮注入操作和液氮量控制上相對(duì)困難。設(shè)計(jì)一種振動(dòng)小，重量輕，能與落射型光學(xué)測(cè)量設(shè)備組合，實(shí)現(xiàn)低溫條件下焦平面器件制造材料，光敏元陣列芯片性能穩(wěn)定測(cè)量表征的液氮杜瓦，對(duì)促進(jìn)制冷型紅外焦平面探測(cè)器的發(fā)展具有重要意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本專利的目的是解決制冷型焦平面探測(cè)器生產(chǎn)制造過(guò)程中需要借助大量的落射型光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行低溫條件下產(chǎn)品的性能檢測(cè)表征，而設(shè)備無(wú)配套的制冷裝置的局限性問(wèn)題。
本專利所述的上端面開(kāi)窗的液氮杜瓦在方案上，窗口設(shè)計(jì)在杜瓦的上端面，視場(chǎng)水平，窗口大小可根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整；窗口支架通過(guò)螺紋環(huán)安裝固定在外圓柱金屬層上，在安裝拆解上相對(duì)簡(jiǎn)單；其內(nèi)部低溫主體熱傳導(dǎo)單元采用了錐形圓片狀的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，在保持良好的熱傳導(dǎo)性能情況下，極大地減小了冷頭、杜瓦的重量，增加了所儲(chǔ)存液氮體積。
本專利中提出的上端面開(kāi)窗的液氮杜瓦在結(jié)構(gòu)上包括內(nèi)圓柱形金屬層1、外圓柱形金屬層2、冷頭3和窗口組件6。內(nèi)圓柱形金屬層1、外圓柱形金屬層2組成真空密封腔，在內(nèi)圓柱金屬層1內(nèi)安裝有冷頭3，內(nèi)圓柱金屬層1與外圓柱形金屬層2之間有液氮入口管4和與對(duì)稱支撐結(jié)構(gòu)5；外圓柱金屬層2側(cè)面安裝有接插件8，排氣管9；外圓柱金屬層2上頂面為窗口安裝面，窗口組件6通過(guò)螺紋環(huán)7固定在外圓柱金屬層2上，形成整體杜瓦結(jié)構(gòu)。窗口組件6位于杜瓦上端面，呈水平，測(cè)試光線經(jīng)窗口6-2垂直入射至冷頭3樣品安裝面。
內(nèi)圓柱形金屬層1和外圓柱形金屬層2是不銹鋼、或者鋁合金材料的中空?qǐng)A柱體。
冷頭(3)底部為錐形圓片狀的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，冷頭(3)頂表面有接線柱(3-1)，冷頭(3)采用紫銅材料，接線柱(3-1)采用紫銅材料。
窗口組件(6)由窗口支架(6-1)和窗口(6-2)組成，窗口支架(6-1)采用鋁合金支架，窗口(6-2)為Al2O3、或者ZnSe窗口。
本專利的優(yōu)點(diǎn)：
1.上端面窗口設(shè)計(jì)，形成水平視場(chǎng)，易與通用的落射型光學(xué)測(cè)量設(shè)備組合實(shí)現(xiàn)樣品低溫條件下性能的穩(wěn)定測(cè)量。
2.采用了錐形圓片狀的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，在保持良好的熱傳導(dǎo)性能情況下，杜瓦重量小，液氮儲(chǔ)存體積大，低溫維持時(shí)間長(zhǎng)。
3.液氮制冷，杜瓦振動(dòng)小，有利于高精度光學(xué)測(cè)量。
附圖說(shuō)明
圖1是本專利的上端面開(kāi)窗杜瓦整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1是內(nèi)圓柱形金屬層、2是外圓柱形金屬層、3是冷頭、4是液氮入口管、5是對(duì)稱支撐結(jié)構(gòu)、6是窗口組件、7是螺紋環(huán)、8是接插件、9是排氣管；3-1是接線柱；6-1是窗口支架、6-2是窗口。
具體實(shí)施方式：
下面結(jié)合附圖，對(duì)本專利的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：
1.本專利中提出的上端面開(kāi)窗的液氮杜瓦在結(jié)構(gòu)上主要包括內(nèi)圓柱形金屬層1、外圓柱形金屬層2、冷頭3和窗口組件6。內(nèi)圓柱形金屬層1、外圓柱形金屬層2組成真空密封腔，內(nèi)圓柱形金屬層1和外圓柱形金屬層2采用304不銹鋼材料，材料之間采用釬焊焊接。
2.在內(nèi)圓柱金屬層1內(nèi)安裝冷頭3，兩者之間密封連接，釬焊焊接，冷頭3底部設(shè)計(jì)錐形圓片狀的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，增大與液氮接觸面積，提高熱傳導(dǎo)效果。
3.冷頭3頂表面設(shè)計(jì)有接線柱3-1，接線柱3-1位于冷平臺(tái)3最外側(cè)，接線柱3-1與冷頭3之間采用玻璃珠燒結(jié)連接，呈圓形均勻分布，總針腳數(shù)50個(gè)。針腳通過(guò)微小漆包線從杜瓦的穿墻接線柱引出與外部?jī)x表相連接，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的輸入輸出。
4.杜瓦外殼圓柱形金屬層2上端靠外側(cè)為一液氮入口管4，液氮入口管4與內(nèi)圓柱金屬層1相通；右半部分對(duì)稱位置有一與液氮入口管4相類似的結(jié)構(gòu)5，對(duì)稱支撐結(jié)構(gòu)5連接杜瓦外殼圓柱形金屬層2與內(nèi)圓柱金屬層1，從而起到對(duì)杜瓦內(nèi)圓柱金屬層1固定的作用。
5.在外圓柱金屬2側(cè)面安裝接插件8，排氣管9。
6.外圓柱金屬層2上頂面為窗口安裝面，窗口組件6通過(guò)螺紋環(huán)7固定在外圓柱金屬層2上，形成具有水平視場(chǎng)特點(diǎn)的杜瓦結(jié)構(gòu)。冷平臺(tái)頂面與杜瓦窗口相對(duì)應(yīng)，杜瓦窗口為Al2O3窗口，窗口尺寸為74mm×46mm。
7.對(duì)加工完成后的初樣杜瓦進(jìn)行真空度、溫度、溫度分布均勻性等指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量。試驗(yàn)情況表明：一、在杜瓦組裝合理且與真空泵正確連接時(shí)，該批杜瓦最終真空度均可達(dá)到～2.0×10-3Pa，符合實(shí)際使用的要求。二、杜瓦圓形冷頭3上溫度監(jiān)測(cè)使用Pt100鉑電阻，兩個(gè)測(cè)試部位，一個(gè)為冷平臺(tái)中心位置，另一個(gè)為冷平臺(tái)邊緣，即靠近接線柱3-1部位；穩(wěn)態(tài)時(shí)兩個(gè)部位溫度均約為80K，溫差小于1K。