專利名稱：室溫銻化銦紅外傳感器的半導(dǎo)體制冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
室溫銻化銦紅外傳感器的半導(dǎo)體制冷裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種儀器儀表半導(dǎo)體制冷裝置，尤其是指紅外氣體分析儀中室 溫銻化銦紅外傳感器的半導(dǎo)體制冷裝置。
背景技術(shù)：
[0002]銻化銦紅外傳感器屬于固態(tài)的量子型紅外探測器，由于它靈敏度高、反應(yīng)速度 快，被廣泛使用于紅外氣體分析儀中，又由于它的響應(yīng)波長范圍，其特別適用于分析CO 和CO2的雙組分紅外氣體分析儀中。但是，銻化銦紅外傳感器的最大缺點(diǎn)是探測率隨環(huán) 境溫度升高而迅速下降，實(shí)測結(jié)果表明，溫度每升高rc，探測率下降約3-4%，導(dǎo)致紅 外氣體分析器的靈敏度降低，為此，需要把銻化銦紅外傳感器置于恒定的低溫環(huán)境中。[0003]目前，有低溫半導(dǎo)體紅外傳感器產(chǎn)品，這種產(chǎn)品中有一個內(nèi)置的半導(dǎo)體制冷器 (把半導(dǎo)體紅外傳感器芯片和半導(dǎo)體制冷器集成在一起)，這種產(chǎn)品制冷功率很小，效率 很高，體積小，但是，這種產(chǎn)品價(jià)格極其昂貴。也有的低溫銻化銦紅外傳感器產(chǎn)品是把 銻化銦紅外傳感器集成到一個特殊設(shè)計(jì)的液氮冷卻裝置中，顯然不能用于紅外氣體分析 儀。在行業(yè)中，不帶制冷器的銻化銦紅外傳感器產(chǎn)品稱為室溫銻化銦紅外傳感器。為了 解決室溫銻化銦紅外傳感器受環(huán)境溫度影響的問題，研究一種適用于分析儀器用的小功 率的、小型或微型化的、控制精度高的制冷器是業(yè)內(nèi)當(dāng)務(wù)之急。[0004]半導(dǎo)體制冷片(也稱為熱電制冷片，簡稱TEC)是能達(dá)到上述要求的制冷器件。 其結(jié)構(gòu)是在兩片導(dǎo)熱但電絕緣的陶瓷片中間，有許多N型和P型的半導(dǎo)體顆粒(稱為 熱電堆)排列成點(diǎn)陣，半導(dǎo)體顆粒之間通過導(dǎo)電條串聯(lián)連結(jié)成為完整電路。通以直流電 流后，由于帕爾帖效應(yīng)，一面制冷，另一面發(fā)熱。半導(dǎo)體制冷片是一種固體件，沒有旋 轉(zhuǎn)和滑動部件、無污染、可連續(xù)工作、無震動、無噪音、無磨損、壽命長，安裝容易， 運(yùn)行可靠、體積小、重量輕，維護(hù)方便。控制輸入電流可以調(diào)節(jié)冷量，實(shí)現(xiàn)高精度的低 溫控制。半導(dǎo)體制冷片在軍事、醫(yī)療、計(jì)算機(jī)CPU用的散熱器、實(shí)驗(yàn)用微型冷藏箱、空 調(diào)、冰箱、飲水機(jī)等已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。[0005]但是，半導(dǎo)體制冷技術(shù)用于室溫銻化銦紅外傳感器制冷需要解決以下幾個難占.^ \\\ ·[0006]1.銻化銦紅外傳感器是一個圓柱形結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體制冷片不能直接貼在上面，因 此需要設(shè)計(jì)一個特殊的形狀的導(dǎo)冷塊。[0007]2.導(dǎo)冷塊前端必須有留一個窗口，給銻化銦紅外傳感器的鏡頭露出接受紅外 光，必須設(shè)法防止冷量從這個窗口散失。[0008]3.在銻化銦紅外傳感器的窗口處，由于溫度比環(huán)境溫度低許多，容易結(jié)霧和結(jié) 水，阻止紅外光通過，使它無法正常工作。[0009]4.在銻化銦紅外傳感器的引出腳處，也容易結(jié)霧和結(jié)水，造成信號短路。[0010]5.溫度控制精度比其他應(yīng)用高得多，要求達(dá)到0.1°C以上。[0011]6.整體必須小型化或微型化，以適合于分析儀器應(yīng)用。4實(shí)用新型內(nèi)容[0012]本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有室溫銻化銦紅外傳感器的探測率隨環(huán)境溫度 升高而迅速下降，從而影響儀器儀表靈敏度和產(chǎn)生基線漂移的問題，提供一種在光路上 防結(jié)露、傳感器引腳防漏電、不隨環(huán)境溫度變化的適于紅外氣體分析儀室溫銻化銦紅外 傳感器使用的小型半導(dǎo)體制冷裝置。[0013]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的[0014]一種室溫銻化銦紅外傳感器的半導(dǎo)體制冷裝置，包括[0015]紅外光聚光吸收室組件，包括以下部件吸收室本體；在吸收室本體的前端膠 合一個凸透鏡；在吸收室本體內(nèi)黏合有一個聚光杯；在吸收室本體的后端置有銻化銦 紅外傳感器，吸收室本體內(nèi)從凸透鏡到銻化銦紅外傳感器之間形成的空腔內(nèi)充有高純氮 氣；銻化銦紅外傳感器的兩個引腳與引線連接，在該連接處套有防漏電的塑料套筒，所 述塑料套筒、引腳、引線一起固定在銻化銦紅外傳感器的底座上；[0016]導(dǎo)冷塊，長方體狀，由金屬材料制成，其縱向的中間置有一個圓柱形內(nèi)腔，所 述聚光吸收室組件的前端用螺絲固定連接于導(dǎo)冷塊的圓柱形內(nèi)腔中，形成一個主體組 件，導(dǎo)冷塊上分別設(shè)有連接接地線的接地線孔及內(nèi)裝鉬電阻溫度計(jì)的鉬電阻孔；[0017]半導(dǎo)體制冷片組，由4個半導(dǎo)體制冷片組成，4個半導(dǎo)體制冷片的冷面用固化導(dǎo) 熱脂分別貼于所述導(dǎo)冷塊的4個縱向外壁；[0018]散熱片組，由4個散熱片組成，4個散熱片用導(dǎo)熱脂分別對應(yīng)貼在所述4個半導(dǎo) 體制冷片的發(fā)熱面上，并用數(shù)個螺絲將4個散熱片相互抽緊連接，在其中的一個散熱片 的通風(fēng)槽中安裝一個N溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率管；[0019]支架，是由橫架和豎架組成的“L”型支架，豎架的前端固定連接所述主體組 件，豎架的后端連接風(fēng)扇和控制電路板，橫架上設(shè)有兩個安裝槽；[0020]所述控制電路板，分別與外接直流電源以及與所述冷卻風(fēng)扇、半導(dǎo)體制冷片 組，N溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率管、鉬電阻溫度計(jì)連接。[0021]所述聚光杯是椎形壁，用鋁合金制成，內(nèi)壁拋光至0.025的鏡面級別。[0022]所述塑料套筒內(nèi)置有自凝固環(huán)氧樹脂。[0023]所述吸收室本體由黑色塑料制成。[0024]所述聚光吸收室組件與導(dǎo)冷塊的連接處墊有第一絕熱片。[0025]所述主體組件與支架的豎架前端連接處墊有第二絕熱片。[0026]所述銻化銦紅外傳感器的表面涂有導(dǎo)熱脂。[0027]所述鉬電阻溫度計(jì)的外表面涂有導(dǎo)熱脂。[0028]所述控制電路板與外接直流電源以及與所述冷卻風(fēng)扇、半導(dǎo)體制冷片組，N溝 道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率管、鉬電阻溫度計(jì)連接結(jié)構(gòu)為[0029]控制電路板的電源輸入正端和電源輸入負(fù)端分別連接到外接直流電源的正負(fù) 端；[0030]控制電路板包括測溫電橋、差分放大器、PI調(diào)節(jié)器、精密虛地發(fā)生器和三端穩(wěn) 壓器，其中[0031]所述三端穩(wěn)壓器的電壓輸入正端連接到控制電路板的電源輸入正端，電壓輸入公共端連接到控制電路板的電源輸入負(fù)端，穩(wěn)壓輸出端連接到控制電路板的第1輸出 端；控制電路板的第2輸出端連接到控制電路板的電源輸入負(fù)端，所述第1輸出端與第2 輸出端與所述冷卻風(fēng)扇連接；三端穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓輸出端同時連接到精密虛地發(fā)生器的輸 入端、測溫電橋、差分放大器和PI調(diào)節(jié)器的正電源端，精密虛地發(fā)生器的公共端連接到 控制電路板的電源輸入負(fù)端，其輸出端則連接到測溫電橋、差分放大器和PI調(diào)節(jié)器的信 號地端；控制電路板的電源輸入負(fù)端還連接到差分放大器和PI調(diào)節(jié)器的負(fù)電源端；[0032]所述測溫電橋有4個臂，第1電阻與電位器為第1臂，第2、第3電阻分別為第 2、第3臂，第4個臂為連接到控制電路板的第1輸入端、第2輸入端，第1輸入端、第 2輸入端連接所述鉬電阻溫度計(jì)；測溫電橋的第4臂與第1臂連接點(diǎn)為第1引出點(diǎn)，其連 接到差分放大器的正輸入端，第2臂與第3臂連接點(diǎn)為第2引出點(diǎn)，其連接到差分放大器 的負(fù)輸入端；差分放大器的輸出端連接到PI調(diào)節(jié)器的輸入端，PI調(diào)節(jié)器的輸出端連接到 控制電路板的第3輸出端；[0033]所述4個半導(dǎo)體制冷片正負(fù)串聯(lián)后，正端連接到控制電路板的電源輸入正端， 負(fù)端則與N溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率管的漏極相連，N溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率管的源 極與控制電路板的電源輸入負(fù)端連接，控制電路板的第3輸出端與N溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大 功率管的柵極連接。[0034]所述外接直流電源為18V。[0035]本實(shí)用新型的有益效果[0036]本實(shí)用新型可以使銻化銦紅外傳感器制冷到室溫以下35°C的溫度，控制精度可 達(dá)o.rc，在光路上有防結(jié)霧結(jié)構(gòu)，傳感器引腳有防漏電結(jié)構(gòu)，使銻化銦紅外傳感器的靈 敏度有很大提高，并不隨環(huán)境溫度變化，改善了紅外氣體分析儀的性能。本實(shí)用新型還 具有外形小巧、工作可靠、安裝方便、單電源供電等特點(diǎn)。該制冷裝置也可用于其它需 要工作在室溫以下一定穩(wěn)定值的傳感器中。[0037]為進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的上述目的、特征和效果，以下將結(jié)合附圖對本實(shí)用 新型進(jìn)行詳細(xì)說明。


[0038]圖1為本實(shí)用新型的半導(dǎo)體制冷裝置結(jié)構(gòu)示意圖；[0039]圖2為圖1中的導(dǎo)冷塊、制冷片組、散熱片組安裝結(jié)構(gòu)示意圖；[0040]圖3為本實(shí)用新型的半導(dǎo)體制冷裝置電氣連接示意圖；[0041]圖4為圖1、3中的控制電路板電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0042]下面結(jié)合實(shí)施例的附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。[0043]參見圖1-圖2，如圖所示，本實(shí)用新型的室溫銻化銦紅外傳感器的半導(dǎo)體制冷 裝置結(jié)構(gòu)如下[0044]紅外光聚光吸收室組件1，包括以下部件吸收室本體11 ；在吸收室本體11的 前端膠合一個由氟化鈣材料制成的凸透鏡13 ；在吸收室本體11內(nèi)置有一個椎形壁的聚光 杯12，用鋁合金制成，內(nèi)壁拋光至0.025的鏡面級別，與聚光吸收室本體黏合在一起；在吸收室本體11的后端置有銻化銦紅外傳感器14，凸透鏡13與銻化銦紅外傳感器14的 距離設(shè)計(jì)為最佳聚光距離，吸收室本體11內(nèi)從凸透鏡13到銻化銦紅外傳感器14之間形 成一個空腔；銻化銦紅外傳感器14的兩個引腳與引線(是塑料包皮的高溫導(dǎo)線)連接， 在該連接處套有防漏電的塑料套筒15、16，塑料套筒15、16內(nèi)灌有自凝固環(huán)氧樹脂，塑 料套筒15、16，引腳，引線一起固定在銻化銦紅外傳感器14的底座上，從而防止了銻化 銦紅外傳感器兩個引腳處可能產(chǎn)生的漏電。上述吸收室本體11由塑料制成(由于其是光 學(xué)部件，塑料顏色選黑色為宜)，以盡量減少銻化銦紅外傳感器到外部的冷量傳導(dǎo)，聚光 杯12與銻化銦紅外傳感器14的外壁之間有一間隙，以減少冷量傳導(dǎo)。在吸收室本體11 的外壁鉆有一個充氮孔17，穿過聚光杯12，并連通到吸收室本體11內(nèi)的空腔，通過充氮 孔17給上述空腔充高純氮?dú)?，然后密封，這樣，紅外光聚光吸收室組件1內(nèi)實(shí)現(xiàn)了防結(jié) 露的光路，一方面因?yàn)榉}凸透鏡13離開銻化銦紅外傳感器14的鏡頭較長距離，中間 沒有熱傳導(dǎo)，使氟化鈣凸透鏡13的鏡面接近環(huán)境溫度，不會結(jié)霧。另一方面，由于吸收 室本體的空腔內(nèi)充的是干燥的氮?dú)?，在銻化銦紅外傳感器14的鏡頭上也不會產(chǎn)生結(jié)霧現(xiàn) 象。[0045]導(dǎo)冷塊3，采用長方體，尺寸為24mmX^mmX24mm，用導(dǎo)熱性能優(yōu)良的金屬 材料如紫銅、鋁合金等材料制成，導(dǎo)冷塊3縱向的中間置有一個圓柱形內(nèi)腔，所述聚光 吸收室組件1從其前端用螺絲1101-1104固定連接于導(dǎo)冷塊3的圓柱形內(nèi)腔中，連接處墊 有第一絕熱片41，形成一個主體組件，采用塑料螺絲是為了盡量減少冷量的散失。所述 銻化銦紅外傳感器14置于該圓柱形內(nèi)腔內(nèi)，在銻化銦紅外傳感器14表面涂有一層薄的導(dǎo) 熱脂，圓柱形的銻化銦紅外傳感器14安裝于長方體的導(dǎo)冷塊3后處于4個平面能貼半導(dǎo) 體制冷片的導(dǎo)冷塊3內(nèi)。導(dǎo)冷塊上設(shè)有接地線孔303，接地線301用金屬螺絲固定在接地 線孔303內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對銻化銦紅外傳感器14的屏蔽。在導(dǎo)冷塊3上還設(shè)有鉬電阻孔302。[0046]半導(dǎo)體制冷片組2，其由4個半導(dǎo)體制冷片21、22、23、M組成，4個半導(dǎo)體制 冷片21、22、23、M的冷面用固化導(dǎo)熱脂薄層分別對應(yīng)貼于導(dǎo)冷塊3的4個縱向外壁。 半導(dǎo)體制冷片的型號為TEC1-07104T125 (其最大工作電壓為8.5V，最大工作電流為4A， 最大制冷量為21.1W)，4片制冷片串聯(lián)使用，總的最大制冷量可達(dá)84.4W，最大工作電 壓為34V，而在本實(shí)用新型中，只需總的最大制冷量的1/4左右。采用4片半導(dǎo)體制冷 片的目的是讓制冷片工作在比較低的工作電壓下，使它在制冷系數(shù)最大(或制冷系數(shù)接 近最大)運(yùn)行方式工作，降低輸入功率和減少發(fā)熱。[0047]散熱片組5，其由4個散熱片51、52、53、M組成，4個散熱片51、52、53、54 用導(dǎo)熱脂分別貼在4個半導(dǎo)體制冷片21、22、23、M的發(fā)熱面上，并用數(shù)個銅螺絲(本 實(shí)施例采用8個銅螺絲55-6 將4個散熱片相互抽緊連接，從而保證散熱片與致冷片的 發(fā)熱面密切接觸。散熱片51、52、53、M是翅片型散熱片，其中散熱片51被銑去一塊 翅片，構(gòu)成一個寬通風(fēng)槽，在該寬通風(fēng)槽內(nèi)安裝一個N溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率管8。[0048]所述主體組件通過導(dǎo)冷塊3的后端的4個M2.5螺孔308-311，用4個塑料螺絲 1105-1108固定連接在一個支架7的前端，連接處墊有第二絕熱片42，采用塑料螺絲是為 了盡量減少冷量的散失。[0049]為了組成一個閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)，在導(dǎo)冷塊3上安裝了一個鉬電阻溫度計(jì)10， 以間接測定銻化銦紅外傳感器的溫度。鉬電阻溫度計(jì)10用導(dǎo)熱脂固定在所述導(dǎo)冷塊3的鉬電阻孔302內(nèi)，該鉬電阻孔302的前段直徑為3.1mm的大孔，后段直徑為0.5mm的 小孔，前段的大孔內(nèi)安裝鉬電阻溫度計(jì)10，后段的小孔是為了安裝鉬電阻溫度計(jì)10時排 氣。安裝時，需要在鉬電阻溫度計(jì)10外表面涂上一層薄薄的導(dǎo)熱脂。[0050]上述銻化銦紅外傳感器14、鉬電阻溫度計(jì)10、制冷片21、22、23、24、接地線 301等的引線從第二絕熱片42穿出。[0051]所述支架7的后端依次用4個銅螺絲1109-1112、4個塑料套筒1113-1116和4 個塑料墊圈1117-1120安裝冷卻風(fēng)扇6和控制電路板9。[0052]上述絕熱片41、42由良好的絕熱材料制成，其自由厚度6mm，安裝后受壓至厚 度 4mm。[0053]上述支架7是由橫架和豎架組成的“L”型支架，豎架前端固定連接所述主體組 件，豎架后端固定連接風(fēng)扇6和控制電路板9;橫架上設(shè)有兩個安裝槽79、80，用來把本 實(shí)用新型的制冷裝置固定在紅外氣體分析儀上。[0054]當(dāng)上述半導(dǎo)體制冷片組2通電時，它的制冷面產(chǎn)生的冷量通過導(dǎo)冷塊3傳導(dǎo)到銻 化銦紅外傳感器14使其制冷，半導(dǎo)體制冷片組2的發(fā)熱面產(chǎn)生的熱量傳遞到散熱片組5， 通過冷卻風(fēng)扇6吹風(fēng)，把熱量全部排出。冷卻風(fēng)扇6的風(fēng)向?yàn)橄蛏崞碉L(fēng)的風(fēng)向。同 時，N溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率管8的功耗產(chǎn)生的熱量也由冷卻風(fēng)扇6排出。[0055]本實(shí)用新型的半導(dǎo)體制冷裝置電氣連接見圖3，電氣元器件包括控制電路板9、 冷卻風(fēng)扇6、半導(dǎo)體制冷片組2、N溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率管8、鉬電阻溫度計(jì)10?？?制電路板9的電源輸入正端V+和電源輸入負(fù)端V-分別連接到外接直流電源E(18V，紋 波小于5% )的正負(fù)端。鉬電阻溫度計(jì)10的兩根引線連接到控制電路板9的信號輸入端 IN901(第1輸入端)、IN902(第2輸入端)，控制電路板9的12V電壓輸出端OUT901 (第 1輸出端)、OUT902(第2輸出端)分別連接到冷卻風(fēng)扇的正負(fù)端。控制電路板9的控 制輸出端OUT903(第3輸出端)連接到N溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率管8的柵極G。半導(dǎo) 體制冷片21、22、23、M正負(fù)串聯(lián)后，正端連接到控制電路板9的電源輸入正端V+，半 導(dǎo)體制冷片M的負(fù)端則與N溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率管8的漏極D相連。N溝道場效 應(yīng)半導(dǎo)體大功率管8的源極S與控制電路板9的電源輸入負(fù)端V-連接。[0056]參見附圖4，控制電路板9包括測溫電橋901、差分放大器902、PI調(diào)節(jié)器903、 精密虛地發(fā)生器904和三端穩(wěn)壓器905，其中三端穩(wěn)壓器905的電壓輸入正端VIN連 接到控制電路板9電源輸入正端V+，電壓輸入公共端VCOM連接到控制電路板9的電 源輸入負(fù)端V-，穩(wěn)壓輸出端VOUT連接到控制電路板9的OUT901端；控制電路板9的 OUT902端連接到控制電路板的電源輸入負(fù)端V-，OUT901和OUT902為冷卻風(fēng)扇6供 電；三端穩(wěn)壓器905的VOUT端同時連接到精密虛地發(fā)生器904的IN端以及測溫電橋 901、差分放大器902和PI調(diào)節(jié)器903的正電源端VDD。精密虛地發(fā)生器904的公共端 COM端連接到控制電路板9的電源輸入負(fù)端V-，其虛地輸出端VGND則連接到測溫電 橋901、差分放大器902和PI調(diào)節(jié)器903的信號地端SGND ；控制電路板的電源輸入負(fù) 端V-還連接到差分放大器902和PI調(diào)節(jié)器903的負(fù)電源端VSS ；測溫電橋901有4個 臂，電阻Rl與電位器W為第1臂，R2、R3分別為第2、第3臂，第4個臂為連接到控 制電路板9的信號輸入端IN901、IN902的鉬電阻溫度計(jì)10。電位器W用來改變溫度設(shè) 定值；測溫電橋901的輸出信號從A點(diǎn)(第4臂與第1臂連接點(diǎn))、B點(diǎn)(第2臂與第3臂連接點(diǎn))引出，A點(diǎn)連接到差分放大器902的正輸入端IN+，B點(diǎn)連接到差分放大器 902的負(fù)輸入端IN-；差分放大器902的輸出端OUT連接到PI調(diào)節(jié)器903的輸入端IN， PI調(diào)節(jié)器903的輸出端OUT連接到控制電路板9的輸出端OUT903。[0057]控制電路板9是這樣工作的。來自電源輸入正負(fù)端的電壓經(jīng)過三端穩(wěn)壓器905 輸出12V的電壓，一方面給冷卻風(fēng)扇6供電，同時經(jīng)精密虛地發(fā)生器904產(chǎn)生相對于虛地 點(diǎn)VGND為正負(fù)6V的電壓，給差分放大器902、PI調(diào)節(jié)器903和測溫電橋901供電，測 溫電橋901的不平衡電壓信號經(jīng)差分放大器902放大，由PI調(diào)節(jié)器903經(jīng)過模擬比例積 分運(yùn)算，輸出控制信號，驅(qū)動N溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率管8，改變半導(dǎo)體制冷片2的電 流，使銻化銦紅外傳感器14穩(wěn)定在設(shè)定值。[0058]另外，銻化銦紅外傳感器14的引出線連接到紅外氣體分析儀的信號放大器輸入 端，導(dǎo)冷塊3的接地線301與紅外氣體分析器的系統(tǒng)地連接。[0059]本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本實(shí)用 新型的目的，而并非用作對本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，對以 上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本實(shí)用新型的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種室溫銻化銦紅外傳感器的半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于包括紅外光聚光吸收室組件，包括以下部件吸收室本體；在吸收室本體的前端膠合一 個凸透鏡；在吸收室本體內(nèi)黏合有一個聚光杯；在吸收室本體的后端置有銻化銦紅外傳 感器，吸收室本體內(nèi)從凸透鏡到銻化銦紅外傳感器之間形成的空腔內(nèi)充有高純氮?dú)?；銻 化銦紅外傳感器的兩個引腳與引線連接，在該連接處套有防漏電的塑料套筒，所述塑料 套筒、引腳、引線一起固定在銻化銦紅外傳感器的底座上；導(dǎo)冷塊，長方體狀，由金屬材料制成，其縱向中間置有一個圓柱形內(nèi)腔，所述聚光 吸收室組件的前端用螺絲固定連接于導(dǎo)冷塊的圓柱形內(nèi)腔中，形成一個主體組件，導(dǎo)冷 塊上分別設(shè)有連接接地線的接地線孔及內(nèi)裝鉬電阻溫度計(jì)的鉬電阻孔；半導(dǎo)體制冷片組，由4個半導(dǎo)體制冷片組成，4個半導(dǎo)體制冷片的冷面用固化導(dǎo)熱脂 分別貼于所述導(dǎo)冷塊的4個縱向外壁；散熱片組，由4個散熱片組成，4個散熱片用導(dǎo)熱脂分別對應(yīng)貼在所述4個半導(dǎo)體制 冷片的發(fā)熱面上，并用數(shù)個螺絲將4個散熱片相互抽緊連接，在其中的一個散熱片的通 風(fēng)槽中安裝一個N溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率管；支架，是由橫架和豎架組成的“L”型支架，豎架的前端固定連接所述主體組件，豎 架的后端連接風(fēng)扇和控制電路板，橫架上設(shè)有兩個安裝槽；所述控制電路板，分別與外接直流電源以及與所述冷卻風(fēng)扇、半導(dǎo)體制冷片組，N 溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率管、鉬電阻溫度計(jì)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的室溫銻化銦紅外傳感器的半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于 所述聚光杯是椎形壁，用鋁合金制成，內(nèi)壁拋光至0.025的鏡面級別。
3.如權(quán)利要求1所述的室溫銻化銦紅外傳感器的半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于 所述塑料套筒內(nèi)置有自凝固環(huán)氧樹脂。
4.如權(quán)利要求1所述的室溫銻化銦紅外傳感器的半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于 所述吸收室本體由黑色塑料制成。
5.如權(quán)利要求1所述的室溫銻化銦紅外傳感器的半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于 所述聚光吸收室組件與導(dǎo)冷塊的連接處墊有第一絕熱片。
6.如權(quán)利要求1所述的室溫銻化銦紅外傳感器的半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于 所述主體組件與支架的豎架前端連接處墊有第二絕熱片。
7.如權(quán)利要求1所述的室溫銻化銦紅外傳感器的半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于 所述銻化銦紅外傳感器的表面涂有導(dǎo)熱脂。
8.如權(quán)利要求1所述的室溫銻化銦紅外傳感器的半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于 所述鉬電阻溫度計(jì)的外表面涂有導(dǎo)熱脂。
9.如權(quán)利要求1所述的室溫銻化銦紅外傳感器的半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于 所述控制電路板與外接直流電源以及與所述冷卻風(fēng)扇、半導(dǎo)體制冷片組，N溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率管、鉬電阻溫度計(jì)連接結(jié)構(gòu)為控制電路板的電源輸入正端和電源輸入負(fù)端分別連接到外接直流電源的正負(fù)端； 控制電路板包括測溫電橋、差分放大器、PI調(diào)節(jié)器、精密虛地發(fā)生器和三端穩(wěn)壓 器，其中所述三端穩(wěn)壓器的電壓輸入正端連接到控制電路板的電源輸入正端，電壓輸入公共端連接到控制電路板的電源輸入負(fù)端，穩(wěn)壓輸出端連接到控制電路板的第1輸出端；控 制電路板的第2輸出端連接到控制電路板的電源輸入負(fù)端，所述第1輸出端與第2輸出端 與所述冷卻風(fēng)扇連接；三端穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓輸出端同時連接到精密虛地發(fā)生器的輸入端以 及測溫電橋、差分放大器和PI調(diào)節(jié)器的正電源端，精密虛地發(fā)生器的公共端連接到控制 電路板的電源輸入負(fù)端，其輸出端則連接到測溫電橋、差分放大器和PI調(diào)節(jié)器的信號地 端；控制電路板的電源輸入負(fù)端還連接到差分放大器和PI調(diào)節(jié)器的負(fù)電源端；所述測溫電橋有4個臂，第1電阻與電位器為第1臂，第2、第3電阻分別為第2、 第3臂，第4個臂為連接到控制電路板的第1輸入端、第2輸入端，第1輸入端、第2輸 入端連接所述鉬電阻溫度計(jì)；測溫電橋的第4臂與第1臂連接點(diǎn)為第1引出點(diǎn)，其連接到 差分放大器的正輸入端，第2臂與第3臂連接點(diǎn)為第2引出點(diǎn)，其連接到差分放大器的負(fù) 輸入端；差分放大器的輸出端連接到PI調(diào)節(jié)器的輸入端，PI調(diào)節(jié)器的輸出端連接到控制 電路板的第3輸出端；所述4個半導(dǎo)體制冷片正負(fù)串聯(lián)后，正端連接到控制電路板的電源輸入正端，負(fù)端 則與N溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率管的漏極相連，N溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率管的源極與 控制電路板的電源輸入負(fù)端連接，控制電路板的第3輸出端與N溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率 管的柵極連接。
10.如權(quán)利要求1或9所述的室溫銻化銦紅外傳感器的半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于所述外接直流電源為18V。
專利摘要一種室溫銻化銦紅外傳感器的半導(dǎo)體制冷裝置，是儀器儀表半導(dǎo)體制冷裝置，解決現(xiàn)有室溫銻化銦紅外傳感器的探測率隨環(huán)境溫度升高而迅速下降，影響儀器儀表靈敏度和產(chǎn)生基線漂移的問題，本裝置包括紅外光聚光吸收室組件、半導(dǎo)體制冷片組、導(dǎo)冷塊、散熱片組、冷卻風(fēng)扇、N溝道場效應(yīng)半導(dǎo)體大功率管、控制電路板、鉑電阻溫度計(jì)以及安裝上述部件的支架。本裝置可使銻化銦紅外傳感器制冷到室溫以下35℃的溫度，控制精度可達(dá)0.1℃，在光路上有防結(jié)霧結(jié)構(gòu)，傳感器引腳有防漏電結(jié)構(gòu)。本裝置使銻化銦紅外傳感器的靈敏度有很大提高，并不隨環(huán)境溫度變化，改善了紅外氣體分析儀的性能。本實(shí)用新型還具有外形小巧、工作可靠、安裝方便等特點(diǎn)。
文檔編號G01N21/01GK201803945SQ20102051872
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者劉大平, 周仲安, 楊燦謙 申請人:上海化工研究院