一种用于地面光学设施反射镜的热控装置

1.本发明涉及地面光学设施热控技术领域，具体涉及一种用于地面光学设施反射镜的热控装置。


背景技术：

2.随着光学工程技术的不断发展，对地面光学设施、尤其是激光通信终端的温度控制提出了更高的要求。因为激光通信技术在衍射极限附近工作、接收到的能量微弱，所以对环境温度的稳定和均匀敏感。传统的地面光学设施热控主要采取导热组件、隔热板等技术手段，具有经济、操作简单、温度均匀等技术优势，但存在温控范围小、温度控制速度缓慢等缺点。而部分地面光学设施采取设置加热片及粘接温度传感器，具有温控迅速、温控范围广泛等技术优势，但存在操作复杂、温度不均匀、稳定性较差等缺点。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种用于地面光学设施反射镜的热控装置，具有操作简单、温度均匀和稳定性好的优点。
4.本发明采用以下具体技术方案：
5.一种用于地面光学设施反射镜的热控装置，位于反射镜与基座之间，所述热控装置包括中心散热槽、基板、垫片、热控管、镜座、周边散热板、散热板支撑、温度传感器、控制器、以及热控水箱；
6.所述镜座的顶部用于安装所述反射镜，底部固定安装有所述基板；
7.所述基板在背离所述镜座的一侧固定安装有所述中心散热槽，并在朝向所述镜座的一侧周向固定安装有三个所述周边散热板；
8.在所述周边散热板和所述基板之间固定安装有所述散热板支撑；
9.所述反射镜与所述中心散热槽和所述周边散热板之间均保持热辐射间隔，所述反射镜与所述中心散热槽和所述周边散热板之间通过热辐射进行热交换；
10.在所述反射镜的背部、所述中心散热槽的内表面、以及所述周边散热板的内表面均设置有所述温度传感器；
11.在每个所述周边散热板上固定安装有一个所述热控管，所述热控管与所述周边散热板之间通过对流换热，并且所述热控管与所述反射镜之间通过热辐射进行热交换；
12.所述热控管与热控水箱连通，用于使冷却介质在所述热控管与所述热控水箱之间循环流动；
13.所述控制器与各个所述温度传感器和所述热控水箱连接，用于根据所述温度传感器的温度信号控制所述热控水箱内的冷却介质温度；
14.所述垫片为套设于所述镜座周向的封闭环形结构，并设置有用于所述热控管的进出口穿设的凹槽，用于连接前置系统和反射镜外壳；
15.所述中心散热槽、所述基板、以及所述温度传感器形成中心热控结构；
16.所述基板、所述周边散热板、所述散热板支撑以及所述温度传感器形成周边热控结构；
17.所述热控管、所述热控水箱、所述温度传感器、以及所述控制器形成管道热控结构。
18.更进一步地，三个所述周边散热板沿所述基板的周向均匀分布。
19.更进一步地，在所述反射镜的背部中心以及背部周边均设置有所述温度传感器。
20.更进一步地，所述中心散热槽与所述反射镜之间的距离小于等于20mm；
21.所述周边散热板与所述反射镜之间的距离小于等于5mm；
22.所述热控管与所述反射镜之间的距离大于等于5mm。
23.更进一步地，所述中心散热槽通过合金钢螺钉固定安装于所述基板。
24.更进一步地，所述周边散热板通过合金钢螺钉固定安装于所述散热板支撑；
25.所述散热板支撑通过合金钢螺钉固定安装于所述基板。
26.更进一步地，所述中心散热槽、所述基板、所述周边散热板以及所述散热板支撑均采用2a12铝合金材料制成，并采用氧化染黑工艺进行处理。
27.更进一步地，所述热控管通过管卡固定安装于所述周边散热板；
28.所述管卡与所述反射镜之间的距离大于等于5mm。
29.更进一步地，所述管卡通过合金钢螺钉固定安装于所述周边散热板。
30.更进一步地，所述热控管的进出口通过软管连接所述热控水箱。
31.有益效果：
32.本发明的热控装置用于地面光学设施反射镜，包括由中心散热槽、基板、以及温度传感器形成的中心热控结构，由基板、周边散热板、散热板支撑以及温度传感器形成的周边热控结构，以及由热控管、热控水箱、温度传感器、以及控制器形成的管道热控结构；地面光学设施反射镜的中心区域热量由中心热控结构通过辐射换热；地面光学设施反射镜的周边区域热量由周边热控结构通过辐射换热；地面光学设施反射镜的底部与周边散热板由管道热控结构通过对流、辐射进行换热；通过温度传感器作为反馈元件，通过热控管与周边热控结构的直接接触，间接的调节中心热控结构的温度；利用中心热控结构、周边热控结构和管道热控结构，提高了热控装置的可操作性，有效的保证了激光通信终端等地面光学设施的温度一致性；因此，采用上述结构的热控装置能够有效降低因环境温度变化对地面光学设施反射镜产生的影响，还可使反射镜的温度分布更加均匀，解决了现有技术中存在的操作复杂、温度不均匀、稳定性较差的技术问题，显著降低了因环境温度变化、反射镜受热不均导致的光学系统波前差变化；提高了激光通信系统捕获及跟踪目标、接收及转换信号等技术的可靠性。
附图说明
33.图1为本发明的用于地面光学设施反射镜的热控装置的俯视结构示意图；
34.图2为图1中热控装置的仰视结构示意图；
35.图3为图2中热控装置在装有镜筒时的结构示意图；
36.图4为图3中热控装置的a-a剖面结构示意图；
37.图5为采用热控装置的激光通信终端的热控原理示意图。
38.其中，1-中心散热槽，2-基板，3-垫片，4-热控管，5-镜座，6-周边散热板，7-散热板支撑，8-反射镜，9-管卡，10-反射镜外壳，11-镜筒，12-温度传感器，13-控制器，14-热控水箱
具体实施方式
39.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
40.本发明实施例提供了一种用于地面光学设施反射镜8的热控装置，地面光学设施可以为激光通信终端等类似设施；热控装置位于反射镜8与基座之间，基座为热控装置和反射镜8的安装基础；
41.参考图1、图2、图3和图4，图1为图2中结构的仰视图，图2为反射镜8处于工作时的状态，图3为装有镜筒11的热控装置的结构示意图，图4为图3中a-a截面的剖面结构示意图；热控装置包括中心散热槽1、基板2、垫片3、热控管4、镜座5、周边散热板6、散热板支撑7、温度传感器12、控制器13以及热控水箱14；
42.如图4结构所示，镜座5的顶部用于安装反射镜8，底部固定安装有基板2；基板2可以通过合金钢螺钉固定安装于镜座5；反射镜8用于反射光线的一侧表面为反射面，与反射面相背的一侧表面为反射镜8的背部，反射镜8的背部朝向基座；
43.如图4结构所示，基板2在背离镜座5的一侧固定安装有中心散热槽1，并在朝向镜座5的一侧周向固定安装有三个周边散热板6；基板2设置有中心通孔，中心散热槽1的一端可以支承于基座上，另一端伸入基板2的中心通孔内并与反射镜8的背部相对设置；中心散热槽1为帽型结构，并通过合金钢螺钉固定安装于基板2；三个周边散热板6沿基板2的周向均匀分布，即，三个周边散热板6在同一平面内成120
°
均匀分布；
44.如图1结构所示，在周边散热板6和基板2之间固定安装有散热板支撑7，即，在基板2上设置有与三个周边散热板6一一对应的散热板支撑7；周边散热板6可以通过合金钢螺钉固定安装于散热板支撑7；散热板支撑7可以通过合金钢螺钉固定安装于基板2；散热板支撑7可以为支撑块、支撑板或者支撑条；
45.如图4结构所示，反射镜8与中心散热槽1和周边散热板6之间均保持热辐射间隔，反射镜8与中心散热槽1和周边散热板6之间通过热辐射进行热交换，将反射镜8产生的热量带走，从而降低反射镜8的自身温度和环境温度；中心散热槽1与反射镜8之间的距离小于等于20mm，如：5mm、10mm、15mm、20mm；周边散热板6与反射镜8之间的距离小于等于5mm，如：2mm、3mm、4mm、5mm；
46.在反射镜8的背部、中心散热槽1的内表面、以及周边散热板6的内表面均设置有温度传感器12；在反射镜8的背部中心以及背部周边均设置有温度传感器12；通过温度传感器12能够检测反射镜8的背部中心温度、反射镜8的背部周边温度、中心散热槽1的内表面温度以及周边散热板6的内表面温度，温度传感器12检测的温度信号发送到控制器13；
47.在每个周边散热板6上固定安装有一个热控管4，即，设置有与周边散热板6一一对应的三个热控管4，并且三个热控管4在同一平面内成120
°
均匀分布；热控管4与周边散热板6之间接触通过对流换热，并且热控管4与反射镜8之间通过热辐射进行热交换；热控管4通过管卡9固定安装于周边散热板6；管卡9通过合金钢螺钉固定安装于周边散热板6；在实际生产、制造过程中，可以根据管卡9的不同放置位置对热控管4的伸出管道的长度和角度进
行适当的调整；
48.热控管4与热控水箱14连通，用于使冷却介质在热控管4与热控水箱14之间循环流动；热控管4的进出口通过软管连接热控水箱14；热控水箱14内存储有冷却介质，并能够在控制器13的控制下对冷却介质进行冷却或加热以使冷却介质保持在恒温；
49.控制器13与各个温度传感器12和热控水箱14连接，用于根据温度传感器12的温度信号控制热控水箱14内的冷却介质温度；
50.垫片3为套设于镜座5周向的封闭环形结构，并设置有用于热控管4的进出口穿设的凹槽，用于连接前置系统和反射镜外壳10；通过垫片3上设置的凹槽能够使热控管4的两端伸出地面光学设施之外，并通过软管连接热控水箱14；
51.中心散热槽1、基板2、以及温度传感器12形成中心热控结构；
52.基板2、周边散热板6、散热板支撑7以及温度传感器12形成周边热控结构；
53.热控管4、热控水箱14、温度传感器12、以及控制器13形成管道热控结构。
54.上述热控装置通过中心热控结构、周边热控结构以及管道热控结构对反射镜8进行散热降温，反射镜8的热控原理可以参考图5，其中，热控管4、温度传感器12、控制器13以及热控水箱14形成反射镜8主动热控部分，基板2、周边散热板6、中心散热槽1以及镜座5形成反射镜8的被动热控部分；中心热控结构由中心散热槽1、基板2、以及温度传感器12形成；周边热控结构由基板2、周边散热板6、散热板支撑7以及温度传感器12形成；管道热控结构由热控管4、热控水箱14、温度传感器12、以及控制器13形成；地面光学设施反射镜8的中心区域热量由中心热控结构通过热辐射实现换热；地面光学设施反射镜8的周边区域热量由周边热控结构通过热辐射实现换热；地面光学设施反射镜8的底部与周边散热板6由管道热控结构通过热传导、对流以及热辐射进行换热；通过温度传感器12作为反馈元件，通过热控管4与周边热控结构的直接接触，间接的调节中心热控结构的温度；利用中心热控结构、周边热控结构和管道热控结构，提高了热控装置的可操作性，有效的保证了激光通信终端等地面光学设施的温度一致性；因此，采用上述结构的热控装置能够降低因环境温度变化对地面光学设施反射镜8产生的影响，还可使反射镜8的温度分布更加均匀，解决了现有技术中存在的操作复杂、温度不均匀、稳定性较差的技术问题，显著降低了因环境温度变化、反射镜8受热不均导致的光学系统波前差变化；提高了激光通信系统捕获及跟踪目标、接收及转换信号等技术的可靠性。
55.在上述热控装置中，中心散热槽1、基板2、周边散热板6以及散热板支撑7均采用2a12铝合金材料制成，并采用氧化染黑工艺进行处理。
56.由于2a12铝合金材料具有导热效果好的特点，因此，中心散热槽1、基板2、周边散热板6以及散热板支撑7均采用2a12铝合金材料制成，并采用氧化染黑工艺进行处理之后，使得热控装置具有导热速度快、换热效率高和散热效果好的特点。
57.同时，热控管4与反射镜8之间的距离大于等于5mm；管卡9与反射镜8之间的距离大于等于5mm。
58.在上述热控装置中，管道热控结构利用对流换热和辐射换热方式有效的降低环境温度变化对地面设施反射镜8面型变化的影响；通过温度传感器12作为反馈元件，保留一定的热辐射间隔改善主动热控均匀化较差的不良影响；通过与周边热控结构直接接触，间接的调节中心热控结构的温度；利用中心热控结构、周边热控结构和管道热控结构，提高了热
控装置的可操作性，有效的保证了激光通信终端的温度一致性。
59.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。