一种用于低温环境下的科学级CCD相机制冷系统及运行方法

本发明涉及科学级ccd相机制冷系统，具体为一种用于低温环境下的科学级ccd相机制冷系统及其运行方法。

背景技术：

1、中国科学院紫金山天文台是国内近地天体监测研究领域的主力观测设备，主要承担太阳系内小天体的巡天搜索与编目工作，也是国际小行星预警网的主要成员之一。在该近地天体探测望远镜的使用过程中，我们发现了ccd相机在低温环境下使用存在一些问题，并对问题做了相关的研究。

2、以上述的近地天体探测望远镜为例，其光学系统为经典施密特望远镜，通光口径为1米，系统焦距为1.8米，配置10k ccd相机sta-1600ln，观测视场为9平方度，ccd相机sta-1600ln的芯片工作温度为-102℃，由冷媒压缩机制冷，在冬季天文圆顶内的环境温度接近0℃时，ccd相机制冷压缩机的制冷效率开始下降，环境温度在-5℃左右时，相机芯片工作温度由-102℃回升至-80℃左右，图像的背景噪声已显著增大，当环境温度达到-10℃左右时，相机芯片工作温度回升至-30℃左右，背景噪声强度已与信号强度持平，图像已无使用价值。

技术实现思路

1、本发明的技术目的在于解决ccd相机在低温环境下使用存在的上述问题。

2、为实现上述技术目的，本发明设计了一种用于低温环境下的科学级ccd相机制冷系统及运行方法，具体技术方案包括：

3、方案一：

4、一种用于低温环境下的科学级ccd相机制冷系统，其特征在于，针对制冷压缩机设置了智能温控保温箱；

5、所述智能温控保温箱包括箱体、温度传感器、温度控制器和排风扇，所述箱体罩设在制冷压缩机外，用于聚拢制冷压缩机排放的气体，利用制冷压缩机排放气体携带的热量提升制冷压缩机周围的环境温度；

6、所述箱体的箱壁与制冷压缩机的外壳壁之间留有间距，箱壁上开设有两处以上的通风窗口，排风扇安装在其中一个通风窗口中，智能温控保温箱通过安装了排风扇的通风窗口排气时，通过其它通风窗口进气；

7、所述温度传感器安装在箱体内，其信号输出端与温度控制器的信号输入端连接，用于采集箱体内环境的温度数据，并向温度控制器发送；

8、所述温度控制器的控制信号输出端与排风扇的电源线路连接，用于将温度传感器采集的环境温度数据与设定的制冷压缩机的工作环境温度范围进行比较，在温度传感器采集的环境温度数据到达或高于所述工作环境温度范围的上限时，控制排风扇打开，在温度传感器采集的环境温度数据到达或低于所述工作环境温度范围的下限时，控制排风扇关闭。

9、进一步的，所述智能温控保温箱包括外接电源插座、温控电源插座和直流电源；

10、所述温控电源插座安插在所述外接电源插座上，其工作电压为220v的交流电，通过连接交流电源的外接电源插座提供，温控电源插座内设有所述温度控制器；

11、所述排风扇为直流散热风扇，其电源线插头安插在所述温控电源插座上，通过温控电源插座与直流电源连接，由直流电源提供工作电压；

12、排风扇与直流电源的连接线路上设有由所述温度控制器控制通断的开关器件。

13、进一步的，安装了排风扇的通风窗口与其它通风窗口设置在箱体的不同侧面上。

14、进一步的，所述温度传感器的温度感知精度不低于0.1℃。

15、进一步的，所述箱体的内壁与制冷压缩机外壳外壳壁之间留有10～20cm间距，所述排风扇为工作电压12v，电流0.2安培的直流散热风扇。

16、一种用于低温环境下科学级ccd相机制冷系统的运行方法，其特征在于，包括：

17、在制冷压缩机外设置具有通风窗口的保温箱，当气温低于期望的制冷压缩机的工作环境温度范围时，通过所述保温箱聚拢制冷压缩机排放的气体，利用制冷压缩机排放气体携带的热量提升制冷压缩机周围的环境温度，并通过温度控制设施将保温箱内的温度控制在预期的制冷压缩机的工作环境温度范围内，从而维持制冷压缩机的制冷效率。

18、所述运行方法具体包括以下步骤：

19、s1.准备智能温控保温箱

20、准备智能温控保温箱的箱体，在所述箱体的箱壁上开设两处以上的通风窗口，分别用于排气操作时的进气和出气，用于补充制冷压缩机的换热介质和维持气压平衡；

21、在所述箱体内安装温度控制设施，包括温度传感器、温度控制器和安装在一个通风窗口中的排风扇，并在所述在排风扇的电源线路中安装自动控制的开关器件；

22、将温度控制器的信号输入端与温度传感器的信号输出端连接, 将温度控制器的控制信号输出端与所述开关器件的驱动电路连通；

23、根据期望的制冷压缩机的工作环境温度范围，向所述温度控制器输入指令，使温度控制器工作时，在接到温度传感器发送的信号后，将温度传感器采集的环境温度数据与设定的工作环境温度范围进行比较；当比较结果为温度传感器采集的环境温度数据到达或高于所述工作环境温度范围的上限时，控制排风扇打开；当比较结果为温度传感器采集的环境温度数据到达或低于所述工作环境温度范围的下限时，控制排风扇关闭；

24、s2.安装和运行智能温控保温箱

25、监控气温，当气温下降或即将下降到低于期望的制冷压缩机的工作环境温度范围时，将所述智能温控保温箱安装在制冷压缩机上，使其箱体笼罩在制冷压缩机外，并使箱体的内壁与制冷压缩机四周的外壳壁之间留有间距；

26、启动智能温控保温箱,维持制冷压缩机的工作环境温度在期望的工作环境温度范围内。

27、进一步的，优选采用温度感知精度不低于0.1℃的温度传感器。

28、进一步的，将安装排风扇的通风窗口与其它通风窗口设置在箱体的不同侧面上。

29、进一步的，将箱体的内壁与制冷压缩机外壳壁之间的间距控制在10～20cm，采用工作电压12v，电流0.2安培的直流散热风扇作为排风扇。

30、有益效果

31、1）本发明制冷系统及运行方法，通过回收利用制冷系统的余热，将制冷压缩机周围的工作环境温度维持在合适的范围内，从而确保制冷压缩机的工作效率，环保且不会对ccd相机的工作产生负面的干扰。

32、2）在较低的气温环境下，本发明设计可使ccd相机的制冷压缩机处于一个相对温暖的小环境，以保持其正常制冷的性能，解决了ccd相机制冷压缩机在低温环境下制冷性能下降而导致的ccd相机芯片回温成像噪声增大，影响天文望远镜正常巡天观测的问题。

33、3）智能温控保温箱独立于原有的ccd相机制冷系统之外，在安排好供电设备后，即可在现有的ccd相机制冷系统上实施应用，当气温升高后，即可移除，故本发明制冷系统及运行方法的改进之处，不仅易于实施且操作方便，实用性强，适合推广使用。

技术特征：

1.一种用于低温环境下的科学级ccd相机制冷系统，其特征在于，针对制冷压缩机设置了智能温控保温箱；

2.根据权利要求1所述的一种用于低温环境下的科学级ccd相机制冷系统，其特征在于，所述智能温控保温箱设有外接电源插座（5）、温控电源插座（6）和直流电源（8）；

3.根据权利要求1所述的一种用于低温环境下的科学级ccd相机制冷系统，其特征在于，安装了排风扇（10）的通风窗口与其它通风窗口设置在箱体（1）的不同侧面上。

4.根据权利要求1所述的一种用于低温环境下的科学级ccd相机制冷系统，其特征在于，所述温度传感器（7）的温度感知精度不低于0.1℃。

5.根据权利要求1所述的一种用于低温环境下的科学级ccd相机制冷系统，其特征在于，所述箱体（1）的内壁与制冷压缩机外壳壁之间留有10～20cm的间距，所述排风扇为工作电压12v，电流0.2安培的直流散热风扇。

6.一种用于低温环境下科学级ccd相机制冷系统的运行方法，其特征在于：

7.如权利要求6所述的一种用于低温环境下科学级ccd相机制冷系统的运行方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的一种用于低温环境下科学级ccd相机制冷系统的运行方法，其特征在于，采用温度感知精度不低于0.1℃的温度传感器（7）。

9.如权利要求7所述的一种用于低温环境下科学级ccd相机制冷系统的运行方法，其特征在于，将安装排风扇（10）的通风窗口与其它通风窗口开设在箱体（1）的不同侧面上。

10.如权利要求7所述的一种用于低温环境下科学级ccd相机制冷系统的运行方法，其特征在于，将箱体（1）的内壁与制冷压缩机外壳壁之间的间距控制在10～20cm，采用工作电压12v，电流0.2安培的直流散热风扇作为排风扇（10）。

技术总结
本发明提供了一种用于低温环境下的科学级CCD相机制冷系统及运行方法，其特征在于，所述制冷系统针对制冷压缩机设置了智能温控保温箱。所述智能温控保温箱包括箱体、温度传感器、温度控制器和排风扇等组成部分，箱体罩设在制冷压缩机外，用于聚拢制冷压缩机排放的气体，以利用制冷压缩机排放气体携带的热量提升制冷压缩机周围的环境温度。本发明制冷系统及运行方法，利用制冷系统的余热，将制冷压缩机周围的工作环境温度维持在合适的范围内，从而确保压缩机的工作效率，不仅能够有效的解决CCD相机制冷压缩机在低温环境下制冷性能下降而导致的CCD相机芯片回温成像噪声增大，影响天文望远镜正常巡天观测的问题，且易于实施，拆装方便，实用性强。

技术研发人员：照日格图,赵海斌
受保护的技术使用者：中国科学院紫金山天文台
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24