Аэрокосмические фотоприемные устройства в видимом и инфракрасном диапозонах - Формозов Б.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Q 0
Рис. 14.2
Термоэлемент представлен на (рис. 14.2), где 1 -спай; 2 - коммутационные пластины.
Однокаскадный ТЭО представлен на рис. 14.3.
Наиболее известны ТЭМО-7 и ТЭМО-5; габарита 10- 12; 12- 14 © и т. д.; J = 2,5-3 A; U = 3-4 В; Р = 7-12 Вт.
Лучшие термобатареи имеют параметры:
? 1,0 A; U ? 3 - 5 Вт; Р = 3-5 Вт;
I ?T
? Tmax = 95-100 К; Qo = 2P при ?T = ^fx.
14.1. Многокаскадные ТЭО
Холодильный коэффициент при каскадировании на единичный каскад растет примерно на 10 % с увеличением на i + 1 каскад.
На рис. 14.4 представлена зависимость ? T от потребляемой мощности. Схема трехкаскадной ТЭБ представлена на рис. 14.5.
Двухкаскадные ТЭБ имеют параметры: ТЭБ-023; ^Tmax = 90 К при Р = 7 Вт; "Кама-Т1, "Кама-Т2", "Маль-та-2": J= 1,0 A; P = З^Л Вт; ? Tmax = 80 К 0 12 3 4 5 при Q ? 0,35 Вт.
Рис. 14.4
?T, К A ?T =95-100 К
2-каскадный
!?каскадный
P, Вт
109 Рассмотрим конструкцию термостатированного ПЗС с двухкаскадной ТЭБ.
Иногда, если DQ ? 0,5 Вт, а UT = 30-40 К, то однокаскадный ТЭО энергетически выгоднее.
ФПУ с автокомпенсацией от коэффициентов теплового расширения (КТР) конструкционных материалов представлено на рис. 14.6. ПЗС с двухкаскадными
Рис. 14.6
ТЭБ широко используются на телескопах. ПЗС - астроприемные ФПУ: Т = 130-150 К для любых ПЗС. С четырехкаскадным ТЭО достигается Т = 20 °С; Тхг = -90 °С (UT D 110 К). В них используются специально отобранные ПЗС со скрытым каналом.
Теплопритоки
Здесь ? = 0,15 Вт/15 Вт D 0,01 -хороший результат;
П Q D 0,15 Вт - как на крио-
i
генном уровне.
На рис. 14.7 представлена конструкция термостатированного ПЗС для бортового применения.
На рис. 14.7: 1 - окно; 2 - ПЗС-матрица; 3 - микропровод; 4 - на-
110 ружные выводы; 5 - выводной металло-керамический держатель; 6 -двухкаскадная ТЭБ; 7 - герметичный корпус с Xe; 8 - радиатор для теплоотвода горячей грани ТЭБ.
Определим суммарный теплоприток к холодной грани ТЭБ: Qo = 0,35 Вт; ?T = 70-75 К; Т1 = +35 °С; Г = -(35-40) °С; по проводам - 40-45 шт.; l ? 5-6 мм; ? 30 мкм (Au, Al); k ? (1-2) Вт/см К;
Q ? 0,5 Вт; Q Xe ? 0,2 BT; Q ? 0,08 Вт; ? Q ? 0,35 Вт.
^излуч ' ' ^конв ' ' ^пров ' ' i
Вакуум сохранить в полости ТЭБ не удается. Поэтому полость заполняют Xe высокой чистоты.
В космосе ТЭБ могут конкурировать с РСО на -90 °С. Для этого нужно 15 Вт бортовой электроэнергии, но эти 15 Вт необходимо отвести на уровне +25 °С в космос, опять же через КРТ.
В итоге система на -90 °С с ТЭБ и КРТ от горячей грани имеет значительный проигрыш по массовому эквиваленту бортовой электроэнергии перед РСО.
111 15. ПРИМЕНЕНИЕ ОХЛАЖДАЕМЫХ МАТРИЧНЫХ ПРИЕМНИКОВ В АСТРОНОМИИ
Большое распространение в астрономии получили криостатирован-ные ФПУ на основе кремниевых ПЗС, чувствительных до ближнего ИК-диалазона ? 1,06 мкм и позволяющие вести наблюдения в В, V, R, J-диапазонах МФС.
За четыре года до появления в районе земной орбиты в Чили на 4-метровом Паламарском телескопе США была зарегистрирована ко -мета Галлея при времени накопления V 20 мин на уровне 26 звездной величины. Среднеквадратичное значение шума в аппаратуре с использованием ПЗС фирмы "Texas Instruments" "TI 800- 800" составило пять электронов на выборку сигнала при охлаждении до температуры 80 К и частоте выходного регистра 10 кГц. На телескопе ЗТ-6 с диаметром зеркала 2,6 м в Крымской обсерватории уже много лет используется спектральная аппаратура с охлаждаемыми до 80 К ПЗС-матрицами, переданная в дар Хельсинским университетом. ПЗС применяются в оптической астрономии с 1976 года.
Криостатированное ФПУ с ПЗС-матрипей с числом элементов 576-512 (с объемным каналом переноса зарядов и виртуальной фазой для увеличения спектральной чувствительности в синей области) при Т = 80 К показано на рис. 15.1.
На рис. 15.1: 1 - фланец для стыковки с телескопом; 2 - входное оптическое окно (кварц КИ, КВ); 3 - кольцевая печатная плата для соединения ПЗС с разъемом 11 (РСГС-32); 4 - ПЗС-матрица, наклеенная на хладопровод; 5 - камера-хладопровод; 6 -контейнер с жидким азотом; 7 - парозаборник испаренного азота; 8 - вакуумный корпус крио-стата; 9 - заливной патрубок; 10 - металлопористая набивка; 11 - выходной разъем РСГС-32; 12 -вакуумный вентиль; 13 - крионасос с БАУ;
14 - патрубок для выхода паров азота из камеры-хладопровода 5;
15 - тепловой экран.
Данная конструкция предназначена для работы входным окном вниз или вбок. Но если изогнуть парозаборник 7 в положение, показанное 112 пунктиром, то криостатное ФПУ может работать окном вверх при заткнутом заливном потрубке 9.
Предварительная откачка полости криостата ведется форвакуумным механическим или цеолитовым насосом, а после закрытия вентиля 12 и заливки N2 работает крионасос 13 на основе березового активированного угля (БАУ), поддерживая в полости вакуум не хуже (0,5-1)Q0-4 Торр.
ТТФЭП, или ИК-ПЗС
ИК-модуль, аналогичный приведенному на рис. 12.4, с числом элементов 256- 256, был установлен в лабораторный азотный криостат и охлаждался парами азота до 77,4 К. Конструкция ФПУ с числом элементов 256- 256, чувствительного в К- и Z-диапазонах МФС ?? = (1,7-5,0) мкм.
