用于红外检测器的冷却装置 本发明涉及一种用于红外检测器的冷却装置。
这种类型的冷却装置例如用来冷却在红外传感器中使用的红外检测器。传感器可以包括一个装有红外检测器的摄像机壳体。安装在摄像机壳体中的透镜系统把红外辐射聚焦到红外检测器上。红外检测器一般包括一个检测器元件的聚焦平面阵列。对于具体用途，可以把类型汞-镉-碲(Hg-Cd-Te)的二极管元件用作检测器元件。该物质卓越地适用于长波红外范围(8-12μm)和中波红外范围(3-5μm)。为了保证其适当功能，检测器阵列在工作中冷却到80开尔文的温度。为此目的，利用在权利要求1中叙述的类型的冷却装置。
在该上下文中广泛使用的是低温冷却装置，如斯特林冷却器。其他冷却装置是珀尔帖或焦尔-汤姆逊类型的。在珀尔帖冷却装置中，珀尔帖元件实现一定的温度降。通过串联连接几个珀尔帖元件，能实现远大于使用单独元件可能的温度降。焦尔-汤姆逊类型的冷却装置基于通过膨胀气体冷却的原理。
考虑到磨损和能量消耗，如果不使用传感器，则一般不建议让冷却装置接通。在该情况下，将脱开冷却装置，这使得红外检测器的温度升高到环境值。在一定条件下，环境温度可能升高到较高值，例如由作用在装有检测器的摄象机上的太阳热量引起。这常常发生在其中环境温度远超过50℃的军事环境中。然而，(Hg-Cd-Te)类型的检测器看来似乎带来这样一个问题：由于在检测器二极管中的扩散效应，检测器在超过室温的温度下经受分解。分解速率与温度成正比地增加。这不可避免地减小检测器二极管的有效性。这具体地构成一个问题，因为这些类型的检测器价格极高。另外，这将把检测器阵列地使用寿命缩短到相当程度。已知的冷却装置因此具有这样一个缺陷：不适用于当暴露于较高温度时其使用寿命严重缩短的检测器阵列中的用途。
根据本发明，权利要求1中所述的冷却装置消除了该缺陷。
相伴的优点在于，检测器阵列能保持在可接收的备用温度下，而冷却装置不消耗太多的能量。
在一个特定实施例中，冷却装置包括一个在备用模式中与操作模式相比以减小的冷却功率工作的冷却器。
一个另外的便利实施例在权利要求3中叙述。在该实施例中，红外检测温度被测量，并且应用于控制冷却装置的功率的调节器。调节器把温度基本恒定地保持为用在工作和备用模式中所要求的值。
一个另外的便利实施例在权利要求6中叙述。通过在备用模式中比在工作模式中通电较少的珀尔帖元件，简单地实现支持该实施例的新颖的原理。
另外的有效实施例在权利要求7、8和9中叙述。这些实施例通过一个用于工作模式的主冷却器和一个用于备用模式的辅助冷却器的应用，实现新颖的原理。
现在将参照如下附图进一步详细描述本发明，在附图中：
图1表示包括一个用来控制在两种工作模式中的冷却功率的调节器的分开斯特林(split-stirling)冷却器；
图2表示包括一个根据焦尔-汤姆逊原理的辅助冷却器的分开斯特林冷却器；
图3表示包括一个调节器的珀尔帖冷却器。
图1表示一种根据本发明、包括一个分开斯特林冷却器1、适用于用在工作和备用模式中的冷却装置。分开斯特林冷却器包括一个经分开管3连接到一个冷凝器4上的压缩机2。冷凝器4包括一个置换器和一个回热器，在图中未表示。压缩机2、分开管3及冷凝器4构成一个填充有诸如氦之类的冷冻气体的封闭系统。借助于两个活塞5和6，压缩机2在系统中产生随时间变化的压力。活塞5和6由对其施加交流电压的直线电动机(这里未表示)致动，该电动机使两个活塞在相反方向7以交流电压的频率和以取决于交流电压振幅的振幅进行振荡运动。该随时间变化的压力将在冷凝器4中产生四个连续的斯特林循环，即：从冷侧8向热侧9抽取热量。结果，冷凝器4的冷侧8假定具有70至80开尔文的温度。冷凝器4可以定位在提供有透镜(这里未表示)的摄像机壳体中。透镜把红外辐射聚焦到Hg-Cd-Te(汞-镉-碲)类型的检测二极管的一个注视阵列(staringarray)10上，阵列10连接到冷凝器的冷侧。
用于冷却装置的冷却功率通过改变压缩机活塞运动的振幅来控制/调节。为此目的，提供一个调节器11，以致动一个产生用于压缩机电动机的的交流电压的放大器12。调节器11包括一个这里未表示的选择器开关，以允许冷却装置在工作模式或备用模式中起作用。在工作模式中，这样控制冷却功率，从而冷凝器4的冷侧达到约70至80开尔文的温度；在备用模式中的温度可以在-20至40摄氏度的范围内，但最好不超过20摄氏度。冷凝器的冷侧8可以装有一个连接到调节器11上的温度传感器13。调节器11根据温度测量把冷却功率调节到希望值。
图2表示根据本发明的冷却装置的另一个实施例。冷却装置包括一个在对该实施例的例子中作为分开斯特林冷却器2、3、4实现的主冷却器；及一个在该例子中作为按照焦尔-汤姆逊原理工作的冷却器实现的辅助冷却器14。经一根供给管线15，膨胀气体沿注视阵列10吹胀。在工作模式中，主冷却器冷却注视阵列10，直到达到70至80开尔文的工作温度。在备用模式中，主冷却器脱开，并且致动辅助冷却器14。辅助冷却器的冷却容量足以防止注视阵列10的分解。
图3表示本发明的一个实施例，其中冷却装置包括一组珀尔帖元件E1、…、En。每个珀尔帖元件Ei实现一定的温度降。要冷却的注视阵列10放置在该组珀尔帖元件的顶部。珀尔帖元件分别经连接线A1、…、An借助于电源16供电。电源具有工作模式和备用模式。在工作模式中，向所有的珀尔帖元件供电；在备用模式中，只向有限数量的珀尔帖元件供电，尽管该数量的元件足以把注视阵列保持在阵列分解实际上不可能的温度下。最好，只连接最接近注视阵列10的那些珀尔帖元件，例如前三个元件。要冷却的一侧可以提供有一个连接到电源上的温度传感器(在图中未表示)，该电源根据温度传感器测量连接或脱开珀尔帖元件。