低温制冷机微振动输出的测量和控制方法.pdf

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1、低温与超导低温技术Cryo．＆Supercond第42卷第8期CryogenicsVo1．42No．8低温制冷机微振动输出的测量和控制方法田建升，黄燕，吴全信，张文君(中国电子科技集团公司第16研究所，合肥230043)摘要：低温制冷机微振动输出是在设计和实际使用过程中的重要指标。为了准确测量出低温制冷机自身微振动输出，提出了采用弹簧和细线的悬置方式测量微振动输出的方法，消除了因为支撑和装夹等因素的影响，并对2．8W／80K斯特林制冷机压缩机和膨胀机各方向的振动输出进行测试，分析了振动输出产生的原因和控制方法，对于整机优化设计与性能改进具有指导

2、意义。关键词：制冷机振动；微振动测量；振动控制；柔性支撑VibrationmeasurementandcontrolmethodofcryocoolerTianJiansheng，HuangYan，WuQuanxin，ZhangWenjun(The16thInstituteofChinaElectronicsTechnologyGroupCorporation，Hefei230043，China)Abstract：Cryocoolervibrationalisanimportantcharacteristicinpracticalapplica

3、tionandthedesign．Inordertomeasuretherealvibrationvalue，wepresentedasuspensionmethodusingspringsandthinlines．Theinfluenceoftheclamping，support-ingandotherscouldbeeliminatedbythemethod．Thevibrationof2．8W／80KStirlingcryocoolerwasmeasuredincompressorandexpander．Thereasonsandcont

4、rolmethodwereanalyzedwhichwasinstructivefordesignoptimizationandperformanceim·provement．Keywords：Cryoeoolervibration，Vibrationmeasurement，Vibrationcontrol，Flexuresupposing1引言压缩随着空间和地面红外探测系统分辨率的不断提高，对低温制冷机微振动输出指标要求也随之提高。低温制冷机是红外相机中的唯一运动部件，压缩机和膨胀机的活塞分别以9O。的相位差作往复直线运动，从而产生振动。制冷

5、机的微振动输出传递给红外焦平面，造成红外焦平面偏离光学系统的光学系统的正常范围，导致成像模糊或不压缩能成像，对探测器的分辨力和定位精度下降，甚至图1线性分置式斯特林制冷机结构原理图引起其他设备、结构的机械共振J。因此，如果Fig．1Structurediagramofsplit—Stiflingcryoeooler能够准确测量出制冷机自身振动输出值，对制冷机机两部分构成。其中，压缩机部分主要由活塞、线改进优化和系统设计将具有十分重要的意义。圈、磁体等构成，膨胀机由排出器、膨胀腔和安装在膨胀机顶端的冷头构成。2振动产生与影响因素直线电机在驱动信号

6、的控制下，带动压缩机活塞往复运动，将制冷工质压入膨胀机，在膨胀腔膨为了说明斯特林制冷机的工作原理，图l给胀吸收热量，降低冷头的温度，实现制冷。根据制出了活塞对称布置的斯特林制冷机结构原理图。冷机的工作原理可知，斯特林制冷机的振动输出主从图1中可知，斯特林制冷机主要由压缩机和膨胀要由运动部件和交变气体压力波产生的4]。而冷收稿日期：2014—06—10作者简介：田建升(1986一)，男，工学硕士，主要研究方向为现代测试技术。第8期低温技术Cryogenics·7·头(即红外焦平面所在位置)与制冷机是刚性连接装方法不同，对制冷机振动的测量结果相差很

7、大。的，直线电机、活塞及排出器的微振动很容易传递到冷头，冷头也随之振动，造成成像清晰度下降。4振动输出的控制方法对于斯特林(脉冲)制冷机，引起制冷机振动的因素很多，且这些影响因素相互耦合，产生振动斯特林制冷机工作时，其压缩机和膨胀机活输出。制冷机振动输出的主要影响因素如下表1塞沿轴向做一定频率的往复运动，推动气体产生所示。波动，导致制冷机产生振动。机械制冷机产生振表1斯特林制冷机与斯特林脉冲管制冷机振动输出的动是不可避免的，但是可以通过主动和被动控制影响因素的方式有效减小振动J。Tab．1Factor'sofStirlingcryocooler

8、andStirlingpulsetube4．1主动减振crvocooler(1)内部结构设计控制减振对制冷机结构设计主要体现在压缩机的放置方式、电机的