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1、(10)申请公布号 CN 103869844 A (43)申请公布日 2014.06.18 CN 103869844 A (21)申请号 201410086308.2 (22)申请日 2014.03.10 G05D 23/20(2006.01) (71)申请人 北京空间机电研究所 地址 100076 北京市丰台区南大红门路 1 号 9201 信箱 5 分箱 (72)发明人 鲁盼 赵振明 宋欣阳 高娟 (74)专利代理机构 中国航天科技专利中心 11009 代理人 安丽 (54) 发明名称 一种航天光学遥感器 CCD 器件恒温控制装置 (57) 摘要 本发明一种航天光学遥感器 CCD 器件恒温控。
2、 制装置， 包括微型热管、 CCD、 薄膜电加热器、 转接 板、 常规热管、 散热板和控制电路 ； CCD 关机时， 控 制电路控制薄膜电加热器对微型热管进行加热， 微型热管将产生的热量同时传递给 CCD 和散热 板， 散热板将多余的热量散发出去， 使 CCD 保持温 度恒定 ； CCD 开机瞬间， 控制电路控制薄膜电加热 器瞬间断电， CCD 产生的多余热量通过散热板散 发出去， 使 CCD 保持温度恒定。本发明采用在 CCD 器件附近进行功率补偿， 可以避免由于控温延迟 及 CCD 器件功率变化产生的温度波动， 从而能够 提高 CCD 器件的温度稳定度。 (51)Int.Cl. 权利要求书。
3、 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103869844 A CN 103869844 A 1/1 页 2 1. 一种航天光学遥感器 CCD 器件恒温控制装置， 其特征在于 ： 包括微型热管 （1） 、 CCD、 薄膜电加热器 （2） 、 转接板 （3） 、 常规热管 （4） 、 散热板 （5） 和控制电路 ； 微型热管 （1） 粘贴在 CCD 表面， 薄膜电加热器 （2） 粘贴在微型热管 （1） 的外壁上 ； 微型热管 （1） 的冷端通过转接板 （3） 与常规热管 （。
4、4） 的热端相连 ； 常规热管 （4） 的冷端与散热板 （5） 固定连接 ； CCD 关机时， 控制电路控制薄膜电加热器 （2） 对微型热管 （1） 进行加热， 微型热管 （1） 将产生的热量同时 传递给 CCD 和散热板 （5） ， 散热板 （5） 将多余的热量散发出去， 使 CCD 保持温度恒定 ； CCD 开 机瞬间， 控制电路控制薄膜电加热器 （2） 瞬间断电， CCD 产生的多余热量通过散热板 （5） 散 发出去， 使 CCD 保持温度恒定。 2. 根据权利要求 1 所述的一种航天光学遥感器 CCD 器件恒温控制装置， 其特征在于 ： 所述的转接板 （3） 为大比热容金属结构件。 权。
5、 利 要 求 书 CN 103869844 A 2 1/3 页 3 一种航天光学遥感器 CCD 器件恒温控制装置 技术领域 0001 本发明属于航天光学遥感器热控技术领域， 涉及一种航天光学遥感器 CCD 器件恒 温控制装置。 背景技术 0002 CCD器件 （Charge Coupled Device） 作为航天光学遥感相机的关键部件， 对于相机 能否传输高质量的图片起着至关重要的作用。 CCD器件对温度稳定性要求非常严格， 温度波 动过大会增大暗电流和热噪声从而降低光电转换的能力， 导致信噪比降低， 影响图像质量。 另外， 由于 CCD 器件直接安装在支撑结构， CCD 器件温度的升高会导。
6、致与之接触的支撑结构 温度升高， 当 CCD 器件数量较多、 线阵较长时， 支撑结构的热变形会造成焦面组件整体尺寸 发生严重畸变， 这种畸变随温度变化而变化， 进而使高分辨率航天光学遥感相机的内方位 元素发生变化， 直接影响图像质量。随着空间光学遥感相机分辨率不断提高， CCD 器件的功 耗逐渐增大， 数量不断增多， 线阵不断增长。 因此要保持遥感相机的焦面组件在工作时的尺 寸稳定性， 关键要提高 CCD 器件的温度稳定性。为了提高 CCD 器件的温度稳定性， 必须对其 进行热设计及热控制。 通常可以采用常规的控温方法抑制CCD器件的温度波动， 常规的CCD 器件控温方法是当相机待机时控温仪器。
7、根据测温元件反馈的温度值与控温阈值进行比较， 当温度低于控温阈值的下限时， 控温加热回路通电， 当温度高于控温阈值上限时， 控温加热 回路断电， 当温度处于控温阈值的上限、 下限之间时， 通过控温算法控制加热回路的通、 断 电时间， 使 CCD 器件保持在控温阈值范围内。当相机开机后， CCD 器件产生大功率的热耗， 这部分能量使其温度产生显著的升高， 当 CCD 器件温度升高到控温阈值的上限后， 控温仪 器控制加热回路断电。由于控温仪器的扫描周期及内部控温算法限制， 使得控温仪器不能 立即对 CCD 器件的温度进行响应并迅速对加热回路的通、 断进行控制， 就会导致在相机开 机至 CCD 器件。
8、温度升高到控温阈值的上限的这段时间， 加热回路持续加热， 这部分热量的 积累造成 CCD 器件的温度进一步上升。当相机关机后， CCD 器件温度停止上升， 逐渐下降， 下降至控温阈值的上限后， 加热回路开始控温。常规的控温方法使 CCD 器件待机时的温度 处于某一温度水平， 当 CCD 器件开机后， CCD 温度在这一温度水平逐渐上升直至 CCD 器件关 机后温度逐渐下降。因此在 CCD 器件开、 关机时由于发热功率变化产生了较大的温度波动。 该方法不能满足 CCD 器件的恒温控制要求。 发明内容 0003 本发明解决的技术问题是 ： 克服现有技术的不足， 提出一种航天光学遥感器 CCD 器件。
9、恒温控制装置， 解决了高分辨率空间光学遥感相机 CCD 器件由于其发热功率的变化、 控温仪器产生的控温延迟造成的温度波动过大的问题。 0004 本发明的技术方案是 ： 一种航天光学遥感器 CCD 器件恒温控制装置， 包括微型热 管、 CCD、 薄膜电加热器、 转接板、 常规热管、 散热板和控制电路 ； 微型热管粘贴在 CCD 表面， 薄膜电加热器粘贴在微型热管的外壁上 ； 微型热管的冷端通过转接板与常规热管的热端相 说 明 书 CN 103869844 A 3 2/3 页 4 连 ； 常规热管的冷端与散热板固定连接 ； CCD 关机时， 控制电路控制薄膜电加热器对微型热 管进行加热， 微型热管。
10、将产生的热量同时传递给 CCD 和散热板， 散热板将多余的热量散发 出去， 使 CCD 保持温度恒定 ； CCD 开机瞬间， 控制电路控制薄膜电加热器瞬间断电， CCD 产生 的多余热量通过散热板散发出去， 使 CCD 保持温度恒定。 0005 所述的转接板为大比热容金属结构件。 0006 本发明与现有技术相比的优点在于 ： 采用本发明装置避免了由于控温仪器扫描周 期及控制算法带来的控温延迟， 该延迟使 CCD 器件在开机的一段时间里， 控温加热回路持 续加热， 这部分多余的热量造成 CCD 器件温度的上升， 加剧了 CCD 器件的温度波动。本发明 使用控制电路根据 CCD 器件的工作模式瞬时。
11、控制薄膜电加热器的通、 断电， 通过仿真迭代 计算确定薄膜电加热器的加热功率， 使 CCD 器件附近能够长期保持恒定的发热功率， 避免 了由于 CCD 器件开、 关机造成的发热功率变化带来的温度波动， 并通过常规控温加热回路 控制散热板的温度达到稳定状态， 以保证传热路径中热沉的温度稳定性， 进而保证 CCD 器 件的温度稳定。在传热的路径中使用比热容大、 热扩散系数高的金属材料及相变储能材料 进一步抑制传热路径各个环节的温度波动。 附图说明 0007 图 1 为本发明装置工作模式图 ； 0008 图 2 为本发明装置组成示意图。 具体实施方式 0009 本发明使用微型、 高效传热元件将 CC。
12、D 器件产生的热量迅速传导至热沉、 借助相 机开关机遥控指令控制相机管理控制器对薄膜电加热器进行通、 断电以避免控温延迟造成 的热量积累、 传热路径采用高比热容材料、 相变储能材料抑制温度波动、 传热路径的某些环 节设置常规控温加热回路进一步增强传热路径的温度稳定性。 通过保证传热路径每一环节 的温度稳定性以实现 CCD 器件的高稳定度控温。 0010 本发明中的薄膜电加热器的工作模式如图 1 所示。当相机待机时， CCD 器件附近 具有固定功率的薄膜电加热器长期加电， 当相机开机瞬间， 遥感相机同时发出指令控制相 机管理控制器对薄膜电加热器进行瞬间断电。薄膜电加热器的功率需要根据式 （1） 。
13、进行估 算， 其中Q为功率、 N为CCD器件的个数。 薄膜电加热器的详细计算需要考虑其他物体与CCD 器件之间的传导热量及辐射热量进行反复迭代设计。 0011 Q薄膜电加热器=QCCD 器件发热功率N （1） 0012 薄膜电加热器的安装位置如图2所示， 包括n片CCD、 微型热管1、 薄膜电加热器2、 铝合金转接板 3、 常规热管 4、 散热板 5 和控制电路 ； CCD 背面安装微型、 大传热量铝氨轴向 槽道热管， 在该热管的另一表面靠近 CCD 器件的位置粘贴薄膜电加热器 2， 该微型热管的冷 端通过导热硅橡胶粘贴在转接板， 一根常规热管 4 的热端通过导热硅橡胶粘贴在转接板， 该常规热。
14、管 4 的冷端通过导热硅橡胶粘贴在散热板。CCD 器件的发热功率及薄膜电加热器 需排散的热量均通过该微型热管 1 传导至转接板 3， 再通过一根常规热管 4 传导至散热板 5 并最终辐射到宇宙冷黑空间。为了进一步提高 CCD 器件的温度稳定性， 在热量传导的路径 中使用比热容大、 热扩散系数高的金属材料及相变储能材料， 并且在传导路径中的某些环 说 明 书 CN 103869844 A 4 3/3 页 5 节设置常规控温加热回路进行高稳定度控温。 0013 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。 说 明 书 CN 103869844 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103869844 A 6 。