Вакуумная установка для исследования оптико-электронных устройств

 

Изобретение относится к оптико-электронной, оптико-механической и вакуумной промышленности и предназначено для исследований и испытаний оптико-электронных и оптико-механических устройств в условиях вакуума и низких температур. Сущность: устройство содержит вакуумную камеру, криосорбционный насос, вакуумную систему предварительной откачки и контрольно-измерительные приборы. При этом в вакуумной камере размещены теплозащитные и криогенные экраны, а вакуумная система предварительной откачки соединена с камерой посредством вакуумной арматуры. Кроме того, установка снабжена приставкой, соединенной с вакуумной камерой в ее верхней части. Криосорбционный насос расположен в указанной приставке. Переливные концы трубопроводов для подачи криогенного теплоносителя к криогенным экранам и исследуемому оптико-электронному устройству расположены в сосуде насоса в верхней его части. Технический результат: расширение диапазона нагрузок при контроле распределенных преобразователей механических колебаний. 2 ил.

Изобретение относится к оптико-электронной, оптико-механической и вакуумной промышленности и предназначено для исследований и испытаний оптико-электронных и оптико-механических устройств в условиях вакуума и низких температур.

Предлагаемое техническое решение целесообразно использовать и в других отраслях промышленности, где требуются исследования и испытания изделий и приборов в указанных условиях.

Дальнейшее развитие космонавтики связано с расширением применения на космических аппаратах (КА) охлаждаемых до криогенных температур оптико-электронных устройств (металлооптика) в качестве сверхчувствительных приемников излучений, особенно в ИК-спектре.

Требования высокой надежности указанных устройств определяют необходимость их всестороннего исследования и испытания в термооптических вакуумных установках, имитирующих главные факторы условий их эксплуатации, основными из которых являются глубокий вакуум и низкотемпературное окружение. При этом необходимо обеспечить, особенно при исследованиях и аттестации оптико-электронных устройств, чистый, стерильный (безмасляный) вакуум и низкотемпературное окружение вплоть до температуры жидкого гелия.

Для обеспечения чистого, стерильного вакуума самыми эффективными средствами откачки являются криоконденсационные и криосорбционные насосы, чаще всего встроенные внутри вакуумной камеры. Для охлаждения насосов применяется циркулирующий газообразный гелий на уровне 16-20 К или жидкий гелий на уровне 4,2 К. Имитационные камеры и камеры с конденсационными и криосорбционными насосами известны из описаний к авт. свид. СССР 343075 (прототип), 391286, 455203, М. кл. F 04 В 37/00, патентам США №№3262279, 3352122, кл. 62-45, 3338063, 3360949, 3797264, 4009585, кл. 62-55-5, патентам ФРГ №1503677, F 04 В 37/06, 1628440, F 04 В 37/08, 1937821, F 04 B, 1260192, G 01 K, патентам Великобритании №№1105945, F 04 B 9/04, 1117822, F 04 В 37/08, патентам Франции №№1322147, В 64 G, 1389666, В 64 G, заявке Швецарии №13812 от 22.04.1966 г.

Описания криогенных насосов и имитаторов космоса даны также в книгах: И.Б.Данилов, В.Е.Кейлин, А.И.Сербинов, пер. с англ. Новые направления криогенной техники. М.: Мир, 1966, с.176-197, В.Г.Фастовский, Ю.В.Петровский, А.Е.Ровинский - Криогенная техника. М.: Энергия, 1967, с.39-46; Л.В.Козлов, М.Д.Нусинов. Моделирование тепловых режимов космического аппарата и окружающей среды. М.: Машиностроение, 1971, с.214-358.

Недостатком аналогов и прототипа является наличие возможности загрязнения поверхностей оптических изделий, особенно криооптических, в процессе запуска и остановки вакуумной камеры, так как не обеспечивается принудительное опережающее охлаждение криоконденсационного насоса до охлаждения криогенных экранов и элементов криооптики, а также принудительное запаздывание в процессе разогрева, загрязнение возможно также в результате локального разогрева криоконденсационного насоса, т.к. для его охлаждения применяется индивидуальная система охлаждения. Недостатком является также повышенной расход криогенного теплоносителя из наличия индивидуальных подводящих и отводящих трубопроводов к криоконденсационному насосу, криогенным экранам, имитирующим холодное окружение, и элементам криооптики.

Целью настоящего изобретения является уменьшение вероятности загрязнения легко конденсирующимися веществами, особенно высокомолекулярными соединениями углерода, оптико-электронных устройств, особенно криоптики, в процессе их исследований и испытаний в имитационных камерах и экономия расхода криогенного теплоносителя путем организации принудительной последовательности подачи криогенного теплоносителя.

Указанная цель достигается установлением криоконденсационного (криосорбционного) насоса в верхней части вакуумной камеры в соединенной с корпусом приставке, причем концы трубопроводов для подачи криогенного теплоносителя к криогенным экранам и исследуемому устройству расположены в сосуде насоса в верхней его части.

На фиг.1 показана принципиальная схема термооптической вакуумной установки, на фиг.2 - вариант размещения криоконденсационного (криосорбционного) насоса.

Примеры конкретного выполнения.

Термооптическая вакуумная установка содержит вакуумную камеру 1, расположенные внутри камеры переферийный теплозащитный экран 2, охлаждаемый, как правило, жидким азотом, низкотемпературный экран 3, охлаждаемый жидким гелием на температурном уровне 4,2 К, установленное на направляющих 4 исследуемое оптико-электронное 1 устройство 5.

К камере в верхней части пристыкована приставка 6, в которой размещены периферийный теплозащитный горообразный сосуд 7, криоконденсационный (криосорбционный) насос 8, со стенкой сосуда насоса герметично соединены трубопроводы 9 и 10 подачи жидкого гелия в криогенные панели и к исследуемому устройству, при этом переливные концы трубопроводов 9 и 10 расположены в сосуде насоса 8 в верхней его части, вентиль 11 установлен на трубопроводе 10 подачи криогенного теплоносителя к исследуемому устройству, трубопровод 12 для отвода криогенного теплоносителя от исследуемого устройства соединен с сосудом насоса выше уровня теплоносителя.

Для предварительной откачки камеры и приставки служит вакуумная система 13, соединенная с камерой и приставкой вакуумными клапанами 14 и 15.

Для выполнения измерений установлен прибор 16 (лазерный интерферометр). В крышке камеры установлен оптический иллюминатор 17. На экранах 2 и 3 установлены съемные торцевые экраны 18. Приставка 6 может быть соединена с камерой посредством затвора 19 (фиг.2), при этом трубопроводы 9, 10, 12 проходят через терморазвязанную стенку 20.

Термооптическая вакуумная установка монтируется, как правило, на виброизолированном основании.

При проведении исследований и испытаний крышка камеры 1 открывается, снимаются съемные экраны 18, исследуемое устройство 5 устанавливается на направляющих 4, закрепляются экраны 18, камера 1 герметизируется у вакуумной системой 13 через вакуумные клапаны 14 и 15, в камере 1 и приставке 6 создается предварительный вакуум, необходимый для запуска криоконденсационного (криосорбционного) насоса 8. По мере достижения предварительного вакуума начинается захолаживание теплозащитных экранов 2 и 7 путем подачи жидкого азота.

При достижении необходимого предварительного вакуума и выхода на режим теплоизоляционных экранов 2 и 7 начинается заправка жидким гелием криоконденсационного насоса 8. Вакуумные клапаны 14 и 15 закрываются.

По мере наполнения сосуда насоса жидким гелием насос выходит на режим и создает в камере чистый, стерильный вакуум, все имеющиеся загрязнения в полезном объеме камеры конденсируются на поверхности криоконденсационного насоса, как наиболее холодной поверхности. По мере увеличения уровня жидкого гелия в сосуде насоса начинается подача жидкого гелия самотеком по трубопроводу 9 в криогенные панели (низкотемпературный экран) 3, которые, охлаждаясь, имитируют низкотемпературное окружение и работают как дополнительный криоконденсационный насос, повышая стерильность вакуума.

После заправки криогенных панелей жидким гелием уровень жидкого гелия в сосуде насоса растет, и постепенно начинается подача жидкого гелия по трубопроводу 10 через вентиль 11 к исследуемому устройству.

Газообразный гелий из криогенных экранов поступает по трубопроводу 8 в сосуд насоса и далее направляется в систему сбора, а от исследуемого устройства поступает по трубопроводу 12 также в сосуд насоса.

При достижении стабильного режима по температуре и вакууму проводятся исследования и испытания устройства 5, при этом используется измерительный прибор 16 и оптический иллюминатор 17.

После завершения исследований прекращается подача жидкого гелия в криоконденсационный насос. Уровень жидкого гелия в сосуде насоса понижается, прекращается поступление жидкого гелия к исследуемому устройству, температура которого постепенно растет.

По мере дальнейшего понижения уровня жидкого гелия прекращается его поступление в криогенные панели 3, температура которых постепенно начинает повышаться. Самой холодной поверхностью в режиме "остановка" так же, как и в режиме "пуска", остаются поверхности криоконденсационного насоса, на которых сконцентрированы все загрязнения и легко конденсирующие вещества, обеспечивая, таким образом, чистоту оптических поверхностей исследуемого устройства. По мере уменьшения количества в криоконденсационном насосе жидкого гелия температура его конденсирующих поверхностей растет и начинается режим его регенерации, для чего включается вакуумная система 13 и через вакуумный клапан 14 производится откачка полости приставки в процессе регенерации насоса, удаляя все загрязнения из вакуумной полости.

Прекращается подача жидкого азота, и температура теплозащитных экранов растет.

После завершения регенерации насоса 8 и повышения температуры охлажденных поверхностей до температуры окружающего воздуха клапан 14 закрывается, вакуумная система 13 отключается. В камеру напускается сухой газ (азот, аргон, воздух) до атмосферного давления, после чего открываются загрузочные люки и извлекается исследуемое устройство.

Установление затвора 19 (фиг.2) позволяет отсечь приставку от камеры в процессе регенерации и тренировки криоконденсационного насоса, что расширяет эксплуатационные возможности установки. При этом криогенные трубопроводы проходят через терморазвязанную стенку 20.

Организация принудительной последовательности подачи жидкого гелия в криогенные панели и к исследуемому устройству путем перетока из сосуда криоконденсационного насоса позволяет поддерживать температуру на конденсирующих поверхностях насоса самой низкой как в режиме "пуска", так и в режиме "остановка" термооптической вакуумной установки, обеспечивая стерильные условия для исследования оптико-электронных устройств, а также снизить затраты криогенного теплоносителя за счет расположения криогенных трубопроводов в сосуде насоса и условиях вакуума и окружении теплозащитных экранов.

Предлагаемое решение позволяет избежать загрязнения поверхностей оптико-электронных устройств при исследовании их в термооптических вакуумных установках и снизить расход криогенного теплоносителя.

Формула изобретения

Вакуумная установка для исследования оптико-электронных устройств, содержащая вакуумную камеру с размещенными в ней теплозащитными и криогенными экранами, криосорбционный насос, вакуумную систему предварительной откачки, соединенную с камерой посредством вакуумной арматуры, контрольно-измерительные приборы, отличающаяся тем, что, с целью повышения достоверности испытаний путем уменьшения вероятности загрязнения легкоконденсирующимися веществами оптико-электронных устройств, а также экономии расхода криогенного теплоносителя, она снабжена приставкой, соединенной с вакуумной камерой в ее верхней части, причем криосорбционный насос расположен в указанной приставке, а переливные концы трубопроводов для подачи криогенного теплоносителя к криогенным экранам и исследуемому оптико-электронному устройству расположены в сосуде насоса в верхней его части.

РИСУНКИ