太赫兹超导阵列成像探测器低温测量系统的制作方法

本发明属于低温测量领域，具体涉及一种太赫兹超导阵列成像探测器低温测量系统。

背景技术：

太赫兹波段是观测宇宙微波背景、早期遥远天体、冷暗天体和被尘埃遮掩天体的独特波段。为此，国际上提出并建设了一系列地面与空间太赫兹天文计划，如sma和alma地面太赫兹干涉阵，apex、aste等地面单天线太赫兹望远镜，herschel、sofia空间太赫兹望远镜等。在除干涉阵以外的太赫兹天文计划中，阵列成像探测器都作为主观测设备，用于太赫兹波段大天区成像巡天，为行星、恒星、星系和宇宙学研究提供这一独特波段的巡天传世数据库。另外，阵列成像探测器配合二维光谱仪是宇宙星际介质性质诊断和宇宙学距离上天体红移精确测定的独特手段。

阵列成像探测器主要基于非相干探测器技术，太赫兹波段高灵敏度非相干探测器技术主要有超导相变边缘探测器和超导动态电感探测器。超导相变边缘探测器和超导动态电感探测器均属于低温探测器，为了实现高灵敏度两者都需要工作在亚k温区（如300mk温区或者更低温区）。

目前可提供300mk温区或者更低温区的低温制冷机主要有稀释制冷机、吸附制冷机以及绝热退磁制冷机，其核心器件分别为稀释制冷器、吸附制冷器或者绝热退磁制冷器。上述三种制冷器均需工作于4k基础温度，一般可通过脉管制冷、gm制冷或者液氦制冷实现。在实际应用中，由于稀释制冷器、吸附制冷器和绝热退磁制冷器最低温冷却级（如300mk冷却级或更低温冷却级）面积通常较小且承载重量有限，很难直接安装太赫兹超导相变边缘阵列成像探测器和太赫兹超导动态电感阵列成像探测器。例如，吸附制冷器最低温冷却级直径一般小于5厘米，最大承载重量仅为0.1千克。针对太赫兹超导相变边缘阵列成像探测器和太赫兹超导动态电感阵列成像探测器低温测量，现常用方法是利用不锈钢管支撑大面积低温测量平台，该低温测量平台将热连接至制冷机最低温冷却级，而不锈钢管直接或间接固定于制冷机4k冷却级（如直接固定于制冷机4k冷却级或固定于制冷机次低温冷却级，然后再通过其它方式固定于制冷机4k冷却级）。制冷机4k冷却级可承载重量一般较大，可达几千克甚至几十千克，同时不锈钢管机械强度高，可确保太赫兹超导相变边缘阵列成像探测器和太赫兹超导动态电感阵列成像探测器有效承载安装。然而，采用不锈钢管支撑大面积低温测量平台也存在一些问题。例如，如果将不绣钢管直接固定于制冷机4k冷却级，不锈钢管低温漏热会导致低温测量平台以及制冷机最低温冷却级温度升高，同时低温漏热也会缩短制冷机（如吸附制冷机和绝热退磁制冷机）有效工作时间。如果将不绣钢管固定于制冷机次低温冷却级（如1k冷却级等），然后再通过其它方式固定于制冷机4k冷却级，制冷机最低温冷却级热负载可相对减小，但整个低温测量系统结构将非常复杂。因此，对于太赫兹超导相变边缘阵列成像探测器和太赫兹超导动态电感阵列成像探测器低温测量，亟需开发一种结构简洁紧凑、易于实现的低温测量系统。

技术实现要素：

本发明的针对现有技术中的不足，提供一种太赫兹超导阵列成像探测器低温测量系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种太赫兹超导阵列成像探测器低温测量系统，其特征在于，包括：

低温测量平台，用于安装太赫兹超导阵列成像探测器；

支撑件，直接固定于制冷机4k冷却级，用于支撑低温测量平台；

连接件，连接低温测量平台和支撑件；

制冷机0.3k冷却级，用于冷却低温测量平台；

热连接线，连接低温测量平台和制冷机0.3k冷却级。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

所述低温测量平台为六边形无氧铜板，其表面镀金，侧面留有螺纹孔。

所述支撑件的数量为三个，分别通过三个连接件与低温测量平台相连，支撑件等角度间距地围绕低温测量平台侧面设置。

所述支撑件包括支撑框、第一固定轮、第二固定轮、第一紧固件、第二紧固件和固定线；所述第一固定轮、第二固定轮、第一紧固件和第二紧固件分别安装在支撑框的四角，其中，第一固定轮和第二紧固件呈对角线设置，第二固定轮和第一紧固件呈对角线设置；第一紧固件和第二紧固件用于锁紧固定线，所述固定线一端固定在第一紧固件上，另一端依次绕过第二固定轮和第一固定轮，最终固定在第二紧固件上，使得固定线在支撑框中部形成十字交叉，所述连接件安装在固定线交叉处。

所述连接件侧面设有与交叉的固定线相适配的线槽，连接件通过线槽悬置在固定线上，并通过在线槽内涂覆stycast加以固定；连接件上还设有螺丝通孔，与低温测量平台侧面的螺纹孔相配合。

所述固定线为凯夫拉固定线。

所述热连接线为无氧铜线。

本发明的有益效果是：采用支撑件和连接件悬置固定低温测量平台，其中支撑件通过采用固定线、固定轮以及紧固件实现了低温测量平台的高强度固定；采用三个支撑件呈等角间距固定低温测量平台，同时支撑件采用十字交叉固定线固定连接件，确保低温测量平台六个方向自由度均受约束；采用凯夫拉固定线悬置固定低温测量平台，凯夫拉固定线低温热传导系数低，可有效热隔离低温测量平台与制冷机4k冷却级，同时凯夫拉固定线机械强度高、耐曲折、膨胀系数小，有效提高了系统机械强度和工作可靠性；采用无氧铜线连接低温测量平台与制冷机0.3k冷却级，无氧铜低温热传导系数高，可确保低温测量平台有效冷却。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明支撑件的结构示意图。

附图标记如下：低温测量平台1、支撑件2、支撑框21、第一固定轮22、第二固定轮22’，第一紧固件23、第二紧固件23’、固定线24、连接件3、螺丝通孔31、制冷机0.3k冷却级4、热连接线5。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，太赫兹超导阵列成像探测器低温测量系统包括低温测量平台1、支撑件2、连接件3、制冷机0.3k冷却级（最低温冷却级）4和热连接线5。

在该低温测量系统中，低温测量平台1是表面镀金的六边形无氧铜板，太赫兹超导相变边缘阵列成像探测器和太赫兹超导动态电感阵列成像探测器可直接固定于该低温测量平台1实现低温测量。低温测量平台1通过无氧铜热连接线5与制冷机0.3k冷却级4连接，无氧铜低温热传导系数高，确保低温测量平台1有效冷却。低温测量平台1侧面留有螺纹孔，其通过三个连接件3与三个支撑件2连接，支撑件2呈等角间距地围绕低温测量平台1的侧面设置，并固定于制冷机4k冷却级。

进一步参照图2，支撑件2具体包括支撑框21、第一固定轮22、第二固定轮22’、第一紧固件23、第二紧固件23’和固定线24。第一固定轮22、第二固定轮22’、第一紧固件23和第二紧固件23’分别安装在支撑框21的四角，其中，第一固定轮22和第二紧固件23’呈对角线设置，第二固定轮22’和第一紧固件23呈对角线设置；第一紧固件23和第二紧固件23’用于锁紧固定线24，固定线24一端固定在第一紧固件23上，另一端依次绕过第二固定轮22’和第一固定轮22，最终固定在第二紧固件23’上，使得固定线24在支撑框21中部形成十字交叉。而连接件3安装在固定线24交叉处，连接件3侧面设有与交叉的固定线24相适配的线槽，固定线24穿过线槽，然后通过固定轮22和紧固件23实现连接件3以及低温测量平台1的悬置固定，最后在线槽内涂覆stycast（导热的环氧树脂胶）加以固定，连接件3上还设有螺丝通孔31，与低温测量平台1侧面的螺纹孔相配合。支撑件2采用十字交叉固定线24悬置固定连接件3，进而确保低温测量平台1六个方向自由度均受约束，固定线24采用凯夫拉固定线，凯夫拉固定线低温热传导系数低，有效实现低温测量平台1与制冷机4k冷却级之间的热隔离，同时凯夫拉固定线机械强度高，提高了系统机械强度与稳定性。

相比于常规低温测量系统，即采用不锈钢管支撑低温测量平台，并将不锈钢管直接固定于制冷机4k冷却级或者固定于制冷机次低温冷却级，然后通过其它方式固定于制冷机4k冷却级，本发明的太赫兹超导阵列成像探测器低温测量系统具有如下技术进步性：

1）采用凯夫拉固定线悬置固定低温测量平台，300mk温区凯夫拉固定线热传导系数比不锈钢材料小约3-4个量级，能有效热隔离低温测量平台与制冷机4k冷却级，同时凯夫拉固定线机械强度高，有效增强了系统机械强度和工作稳定性；

2）采用三个支撑件悬置固定低温测量平台，而支撑件直接固定于制冷机4k冷却级，整个低温测量系统结构简单紧凑，易于实际应用；

3）本发明采用无氧铜线连接低温测量平台与制冷机0.3k冷却级，无氧铜低温热传导系数高，可确保低温测量平台有效冷却。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。