一种具有四维运动的制冷系统

本发明涉及冰卫星和地外海洋环境模拟，具体涉及一种具有四维运动的制冷系统。

背景技术：

1、地外海洋极端环境模拟对于探索生命起源、研究地外海洋等重大科学问题具有重要意义。“地外海洋”特指地球意外具有全球或区域流动性的液态水体，相关研究工作是深海与深空、科学与工程的紧密结合的前沿交叉科学。现阶段主要且现实的研究手段是在类比研究、数值模拟研究和地外海洋环境模拟研究。但是地球类比不能全面性的复现地外海洋实际的综合环境条件，数值模拟的假设大部分基于地球背景。要丰富的对地外海洋的物理、化学和生物的了解，非常需要把地外海洋搬进实验室。为了更好的模拟冰卫星和地外海洋的极端环境，需要给样品提供超低温环境，为了对样品进行原位观测，需要样品台可以在真空环境系统中进行多自由度移动，因此可以在真空系统中多维运动的超低温制冷系统非常有必要。

2、目前市面上没有专用的应用于冰卫星和地外海洋环境模拟技术领域的低温制冷系统，应用于其他环境模拟的低温制冷系统均是根据不同的实验要求进行定制化设计，兼容性较差。并且目前市面上常见的制冷系统大部分不具备运动功能，即使具备运动功能也是简单的一维直线运动或者一维旋转运动，不能满足各种实现需求。现有的技术方案不能实现在模拟的冰卫星和地外海洋的超低温环境中带动样品进行多维运动的实验需求。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术存在技术问题的一种或几种，提供了一种具有四维运动的制冷系统。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有四维运动的制冷系统，包括固定装配机构、活动装配机构、三维运动机构、旋转运动机构和制冷机，所述固定装配机构具有第一装配孔，所述活动装配机构具有第二装配孔，所述固定装配机构与所述活动装配机构之间通过柔性管道密封连接，且所述第一装配孔与第二装配孔通过柔性管道连通形成制冷腔体；

3、所述制冷机转动安装在所述活动装配机构上，所述制冷机的冷头贯穿所述第二装配孔且与导冷结构连接；所述旋转运动机构的驱动端与所述制冷机连接并驱动制冷机的冷头在所述制冷腔体内转动；所述三维运动机构的驱动端与所述活动装配机构连接并驱动所述活动装配机构进行三维运动。

4、本发明的有益效果是：本发明的具有四维运动的制冷系统，可以实现将样品台进行超低温环境的模拟以及样品台可以实现xyz方向的平移运动以及绕z向的旋转运动。此套制冷系统可以在高真空环境中进行样品台超低温环境的搭建，用于在超低温环境进行原位运动，辅助低温环境下的原位观测。本发明具有四维运动的制冷系统，可以用于冰卫星和地外海洋环境超低温环境的模拟，以及在超低温高真空实验环境内实现样品的四维运动。

5、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

6、进一步，所述柔性管道为柔性波纹管，所述柔性波纹管的两端分别设有固定法兰和运动法兰，所述柔性波纹管贯穿所述第一装配孔且所述固定法兰密封固定在所述固定装配机构上，所述运动法兰与所述活动装配机构轴向的一端密封固定连接，所述活动装配机构轴向的另一端与制冷机转动连接。

7、采用上述进一步方案的有益效果是：通过在柔性管道的两端设置运动法兰和固定法兰，可以实现运动法兰相对于固定法兰的四维运动，进而对制冷机所连接的导冷结构的位置的调整。

8、进一步，还包括连接管，所述连接管的一端与所述活动装配机构密封转动连接，所述连接管的另一端与所述制冷机密封固定连接，所述制冷机的冷头贯穿所述连接管以及所述第二装配孔设置。

9、采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置连接管，方便与活动装配机构以及制冷机进行连接固定。

10、进一步，所述连接管的外侧壁上连接有多个线缆导出管，所述线缆导出管与所述连接管连通。

11、采用上述进一步方案的有益效果是：线缆导出管可以将线缆进行密封导出。

12、进一步，所述导冷结构包括导冷杆、导冷杆支撑块以及冷屏蔽罩，所述导冷杆的一端与所述制冷机的第一冷头固定连接，所述导冷杆的另一端延伸至所述制冷机的外侧，所述冷屏蔽罩的一端固定在所述制冷机的第二冷头上，所述冷屏蔽罩套设在所述导冷杆上，所述冷屏蔽罩与所述导冷杆之间的间隙通过导冷杆支撑块进行支撑。

13、采用上述进一步方案的有益效果是：通过gm制冷机冷头末端增加导冷杆，并在导冷杆外部布置冷屏蔽罩来减少冷量散失，从而增加gm制冷的导冷距离，方便样品台的安装。

14、进一步，所述冷屏蔽罩的外侧壁上设有屏蔽罩支撑块，所述屏蔽罩支撑块与所述第一装配孔或第二装配孔之间间隙配合。

15、采用上述进一步方案的有益效果是：屏蔽罩支撑块可以将冷屏蔽罩在装配孔内支撑。

16、进一步，所述导冷杆的另一端与所述冷屏蔽罩的另一端平齐，或所述导冷杆的另一端从所述冷屏蔽罩的另一端延伸出。

17、进一步，所述三维运动机构包括x向运动机构、y向运动机构和x向运动机构，所述y向运动机构用于驱动x向运动机构、z向运动机构、活动装配机构、旋转运动机构以及制冷机相对于固定装配机构进行y向运动，所述x向运动机构用于驱动z向运动机构、活动装配机构、旋转运动机构以及制冷机相对于固定装配机构进行x向运动，所述z向运动机构用于驱动活动装配机构、旋转运动机构以及制冷机相对于固定装配机构进行z向运动。

18、进一步，所述x向运动机构、y向运动机构和x向运动机构均采用丝杠螺母驱动机构。

19、进一步，所述固定装配机构上还设有标尺，所述标尺沿z向延伸。

20、采用上述进一步方案的有益效果是：可以利用标尺对移动位置进行测量。

技术特征：

1.一种具有四维运动的制冷系统，其特征在于，包括固定装配机构、活动装配机构、三维运动机构、旋转运动机构和制冷机，所述固定装配机构具有第一装配孔，所述活动装配机构具有第二装配孔，所述固定装配机构与所述活动装配机构之间通过柔性管道密封连接，且所述第一装配孔与第二装配孔通过柔性管道连通形成制冷腔体；

2.根据权利要求1所述一种具有四维运动的制冷系统，其特征在于，所述柔性管道为柔性波纹管，所述柔性波纹管的两端分别设有固定法兰和运动法兰，所述柔性波纹管贯穿所述第一装配孔且所述固定法兰密封固定在所述固定装配机构上，所述运动法兰与所述活动装配机构轴向的一端密封固定连接，所述活动装配机构轴向的另一端与制冷机转动连接。

3.根据权利要求1所述一种具有四维运动的制冷系统，其特征在于，还包括连接管，所述连接管的一端与所述活动装配机构密封转动连接，所述连接管的另一端与所述制冷机密封固定连接，所述制冷机的冷头贯穿所述连接管以及所述第二装配孔设置。

4.根据权利要求3所述一种具有四维运动的制冷系统，其特征在于，所述连接管的外侧壁上连接有多个线缆导出管，所述线缆导出管与所述连接管连通。

5.根据权利要求1所述一种具有四维运动的制冷系统，其特征在于，所述导冷结构包括导冷杆、导冷杆支撑块以及冷屏蔽罩，所述导冷杆的一端与所述制冷机的第一冷头固定连接，所述导冷杆的另一端延伸至所述制冷机的外侧，所述冷屏蔽罩的一端固定在所述制冷机的第二冷头上，所述冷屏蔽罩套设在所述导冷杆上，所述冷屏蔽罩与所述导冷杆之间的间隙通过导冷杆支撑块进行支撑。

6.根据权利要求5所述一种具有四维运动的制冷系统，其特征在于，所述冷屏蔽罩的外侧壁上设有屏蔽罩支撑块，所述屏蔽罩支撑块与所述第一装配孔或第二装配孔之间间隙配合。

7.根据权利要求5所述一种具有四维运动的制冷系统，其特征在于，所述导冷杆的另一端与所述冷屏蔽罩的另一端平齐，或所述导冷杆的另一端从所述冷屏蔽罩的另一端延伸出。

8.根据权利要求1所述一种具有四维运动的制冷系统，其特征在于，所述三维运动机构包括x向运动机构、y向运动机构和x向运动机构，所述y向运动机构用于驱动x向运动机构、z向运动机构、活动装配机构、旋转运动机构以及制冷机相对于固定装配机构进行y向运动，所述x向运动机构用于驱动z向运动机构、活动装配机构、旋转运动机构以及制冷机相对于固定装配机构进行x向运动，所述z向运动机构用于驱动活动装配机构、旋转运动机构以及制冷机相对于固定装配机构进行z向运动。

9.根据权利要求8所述一种具有四维运动的制冷系统，其特征在于，所述x向运动机构、y向运动机构和x向运动机构均采用丝杠螺母驱动机构。

10.根据权利要求1所述一种具有四维运动的制冷系统，其特征在于，所述固定装配机构上还设有标尺，所述标尺沿z向延伸。

技术总结
本发明涉及一种具有四维运动的制冷系统，包括固定装配机构、活动装配机构、三维运动机构、旋转运动机构和制冷机，固定装配机构具有第一装配孔，活动装配机构具有第二装配孔，固定装配机构与活动装配机构之间通过柔性管道密封连接，且第一装配孔与第二装配孔通过柔性管道连通形成制冷腔体；制冷机转动安装在活动装配机构上，制冷机的冷头贯穿第二装配孔且与导冷结构连接；旋转运动机构的驱动端与制冷机连接并驱动制冷机的冷头在制冷腔体内转动；三维运动机构的驱动端与活动装配机构连接并驱动活动装配机构进行三维运动。本发明具有四维运动的制冷系统，可用于冰卫星和地外海洋环境超低温环境模拟，及在超低温高真空实验环境内实现样品的四维运动。

技术研发人员：赵亚东,赵海峰,盛强,宁志涛,王珂,屈原皋,刘翠艳
受保护的技术使用者：中国科学院空间应用工程与技术中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13