專利名稱：一種提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫度穩(wěn)定裝置及方法，尤其涉及一種提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的裝置及方法。
背景技術(shù)：
溫度穩(wěn)定性指標(biāo)對(duì)干涉測(cè)量設(shè)備的光路空間及其它許多高精密測(cè)量設(shè)備的性能有至關(guān)重要的影響。干涉儀光路空間溫度穩(wěn)定性，是指在干涉儀光路所經(jīng)過(guò)的特定空間范圍內(nèi)空氣 (或其它氣體)溫度對(duì)時(shí)間的變化率。例如，用于測(cè)量光學(xué)鏡片面型的斐索干涉儀。斐索干涉儀原理為等厚干涉，用以檢測(cè)光學(xué)元件的面形、光學(xué)鏡頭的波面像差以及光學(xué)材料均勻性等的一種精密儀器。其測(cè)量精度一般為λ/10 λ/100，λ為檢測(cè)用光源的平均波長(zhǎng)。斐索干涉儀有平面的和球面的兩種，前者由分束器、準(zhǔn)直物鏡和標(biāo)準(zhǔn)平面所組成， 后者由分束器、有限共軛距物鏡和標(biāo)準(zhǔn)球面所組成。單色光束在標(biāo)準(zhǔn)平面或標(biāo)準(zhǔn)球面上，部分反射為參考光束；部分透射并通過(guò)被測(cè)件的，為檢測(cè)光束。檢測(cè)光束自準(zhǔn)返回，與參考光束重合，形成等厚干涉條紋。用斐索平面干涉儀可以檢測(cè)平板或棱鏡的表面面形及其均勻性。用斐索球面干涉儀可以檢測(cè)球面面形和其曲率半徑，后者的測(cè)量精度約1微米；也可以檢測(cè)無(wú)限、有限共軛距鏡頭的波面像差。按照EDLEN公式，斐索干涉儀在300mm的光程上，溫度變化0. 005°C將會(huì)引起至少 2nm的測(cè)量偏差，如果一次測(cè)量需要30分鐘，則需要在30分鐘的時(shí)間范圍內(nèi)，將光路溫度一直穩(wěn)定在0. 0050C /30min的波動(dòng)范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)這一超高精度的溫度穩(wěn)定性，是對(duì)控溫方法和裝置的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有技術(shù)中常利用熱阻串聯(lián)的原理實(shí)現(xiàn)被控區(qū)間的精確控溫。利用冰水混合物具有恒定的o°c溫度值和沸水具有恒定的100°c溫度值的特性，分別建立了溫度穩(wěn)定的高溫端和低溫端，被控對(duì)象放置在高溫端和低溫端之間，并分別通過(guò)兩端可調(diào)熱阻的導(dǎo)熱體連接，調(diào)節(jié)兩端導(dǎo)熱體熱阻來(lái)實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象兩端精確的溫度差值。這種依靠熱阻串聯(lián)原理調(diào)節(jié)被控對(duì)象兩端溫差的方法在原理上是完全可行的， 但在超精密控溫的范圍內(nèi)，這一方法在工程實(shí)現(xiàn)上的難度就急劇增加了，尤其在高精度如 0. 02°c的小幅度溫差下，上述專利提供的方法幾乎不可行。主要原因在于一般干涉儀裝置所放置的環(huán)境溫度波動(dòng)的控制變得異常困難，一般工程環(huán)境溫度的波動(dòng)都會(huì)超過(guò)0. 02°C。 按上述方法描述，其被控空間兩側(cè)的兩個(gè)導(dǎo)體都需要穩(wěn)定在溫度非常穩(wěn)定的狀態(tài)，而且被控空間也是沒(méi)有傳熱波動(dòng)的，這在工程上是很難實(shí)現(xiàn)的，而且上述文獻(xiàn)中并未提及被控空間和裝置的絕熱必要性，更未提及絕熱的方法和裝置，因此按上述方法設(shè)計(jì)的小幅度溫度差建立在工程上是不可行的。在干涉儀光路溫控領(lǐng)域應(yīng)用上述方法時(shí)，由于一般環(huán)境溫度波動(dòng)已經(jīng)超過(guò)控溫精度，因此需要研究出一種不易受外環(huán)境影響的、溫度穩(wěn)定性高的、適于大口徑的、可應(yīng)用于干涉儀光路控溫的裝置及方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種溫度穩(wěn)定性高的實(shí)現(xiàn)裝置和方法。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置，包括內(nèi)殼，其內(nèi)部為所述目標(biāo)空間，所述目標(biāo)空間中填充第一介質(zhì)；外殼，包圍在所述內(nèi)殼外部，與所述內(nèi)殼之間形成環(huán)形空間，所述環(huán)形空間中填充第二介質(zhì)；靜壓腔體，設(shè)置于所述外殼的一端；過(guò)濾器，設(shè)置于所述外殼與所述靜壓腔體之間，所述靜壓腔體、過(guò)濾器及外殼三者連通。進(jìn)一步的，所述第一介質(zhì)為空氣或氦氣。進(jìn)一步的，所述第二介質(zhì)為氦氣、空氣或氮?dú)?。進(jìn)一步的，所述內(nèi)殼的材料為導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 3w/m · k的材料。進(jìn)一步的，所述提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置還包括第一盲板與第二盲板，分別設(shè)置于所述內(nèi)殼的兩端面上。進(jìn)一步的，所述第一盲板與所述第二盲板均為重疊的兩層穿孔板，所述第一盲板與所述第二盲板均為兩層穿孔板，所述兩層穿孔板上設(shè)置有通孔，其中一層穿孔板能夠繞中心旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步的，所述環(huán)形空間的厚度為40mm 60mm。本發(fā)明還提供一種提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的方法，包括以下步驟在所述目標(biāo)空間的外圍設(shè)置所述內(nèi)殼，向所述目標(biāo)空間填充所述第一介質(zhì)；在所述內(nèi)殼的外圍設(shè)置所述外殼，所述外殼和內(nèi)殼之間形成所述環(huán)形空間，向所述環(huán)形空間填充所述第二介質(zhì)；在所述外殼的一端設(shè)置靜壓腔體；在所述靜壓腔體和所述外殼之間設(shè)置過(guò)濾器；所述第一介質(zhì)進(jìn)入所述目標(biāo)空間、及所述第二介質(zhì)進(jìn)入所述環(huán)形空間前均依次經(jīng)過(guò)所述靜壓腔體和過(guò)濾器，以凈化所述第一介質(zhì)、第二介質(zhì)，提高溫度均勻性。進(jìn)一步的，所述第一介質(zhì)為空氣或氦氣。進(jìn)一步的，所述第二介質(zhì)為氦氣、空氣或氮?dú)?。進(jìn)一步的，所述內(nèi)殼的材料為導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 3w/m · k的材料。進(jìn)一步的，所述內(nèi)殼的兩端面上分別設(shè)置第一盲板、第二盲板。進(jìn)一步的，所述第一盲板與所述第二盲板均為雙層穿孔板，所述兩層穿孔板上設(shè)置有通孔，其中一層穿孔板能夠繞中心旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步的，所述環(huán)形空間的厚度為40mm 60mm。本發(fā)明所述提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置及方法，應(yīng)用于干涉儀等需要高溫度穩(wěn)定性的裝置，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的溫度穩(wěn)定性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括1.本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)裝置和方法設(shè)計(jì)了內(nèi)外嵌套的雙層保溫結(jié)構(gòu)，通過(guò)在目標(biāo)空間外形成環(huán)形空間，并在環(huán)形空間中填充溫度穩(wěn)定性較高的介質(zhì)，主動(dòng)屏蔽了目標(biāo)空間與外部環(huán)境的溫度波動(dòng)，使得本發(fā)明實(shí)現(xiàn)裝置及方法可以適應(yīng)普遍的干涉儀等裝置的安裝環(huán)境，尤其適用于大口徑斐索干涉儀光路溫控；2.對(duì)傳遞函數(shù)的作用細(xì)化到操作設(shè)計(jì)上，提出了三種降低溫度振幅、提高溫度穩(wěn)定性的方法，包括(1)更換目標(biāo)空間內(nèi)的介質(zhì)，選擇氦氣，可以降低目標(biāo)空間內(nèi)的溫度波動(dòng)；(2)增加中間環(huán)節(jié)的熱阻，內(nèi)殼材料選擇導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 3w/m · k的材料，例如采用超隔熱中空玻璃材料；(3)降低填充的介質(zhì)的溫度波動(dòng)的振幅，設(shè)置靜壓腔體和過(guò)濾器，提高填充的介質(zhì)的凈化等級(jí)和均勻性，以降低目標(biāo)空間內(nèi)填充的介質(zhì)的溫度的振幅；根據(jù)傳遞函數(shù)原理，降低填充的控溫介質(zhì)的溫度振幅；通過(guò)上述三個(gè)在工程上易于實(shí)現(xiàn)的措施，高精度控溫工程可以因地制宜采用上述三個(gè)措施中的一個(gè)或幾個(gè)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)控溫，即可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)空間的溫度的更高精度，采用本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)裝置和方法，目標(biāo)空間的溫度穩(wěn)定性可以實(shí)現(xiàn)0. 0050C /72小時(shí)的超高溫度穩(wěn)定性。3.此外，為降低本發(fā)明中所述裝置的初始化時(shí)間，在所述內(nèi)殼的前端和后端設(shè)置分別導(dǎo)盲板，所述導(dǎo)盲板為雙層穿孔板，所述雙層穿孔板能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉；在初始化階段，首先開(kāi)啟所述導(dǎo)盲板，所述目標(biāo)空間敞通，向所述目標(biāo)空間內(nèi)填充第一介質(zhì)，迅速達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，一定時(shí)間后關(guān)閉所述導(dǎo)盲板，所述目標(biāo)空間密封，從而維持高穩(wěn)定性的溫度的同時(shí)，加大地降低了所述實(shí)現(xiàn)裝置的初始化時(shí)間。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)要示意圖。圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中第一盲板在開(kāi)通狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中第一盲板在封閉狀態(tài)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)要示意圖。圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的方法的流程示意圖。圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中的一個(gè)應(yīng)用-斐索干涉儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)要示意圖。圖6為本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)裝置采用環(huán)形空間隔熱的一實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)效果圖。圖7為本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)裝置更換內(nèi)殼材料為導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 3w/m-k的一實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)效果圖。圖8為本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)裝置設(shè)置靜壓腔體和過(guò)濾器的一實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)效果圖。圖9為本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)裝置目標(biāo)空間中第一介質(zhì)采用氦氣的一實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)效果圖。圖10為本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)裝置采用同時(shí)更換內(nèi)殼材料為導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 3w/m · k、 設(shè)置靜壓腔體和過(guò)濾器、第一介質(zhì)采用氦氣的改進(jìn)措施的一實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)效果圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說(shuō)明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí)例時(shí)，為了便于說(shuō)明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中所述提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，所述提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置，包括內(nèi)殼2，其內(nèi)部為所述目標(biāo)空間1，所述目標(biāo)空間1中填充第一介質(zhì)；外殼4，包圍在所述內(nèi)殼2外部，與所述內(nèi)殼2之間形成環(huán)形空間3，所述環(huán)形空間3中填充第二介質(zhì)。還包括過(guò)濾器5，設(shè)置于所述外殼4的前端；靜壓腔體6，設(shè)置于所述過(guò)濾器5的前端。所述第一介質(zhì)、第二介質(zhì)依次經(jīng)過(guò)靜壓腔體6、過(guò)濾器5進(jìn)入到目標(biāo)空間1、環(huán)形空間3 ；所述第一盲板與第二盲板分別設(shè)置于所述內(nèi)殼2的兩端面上。所述第一盲板和第二盲板的結(jié)構(gòu)可以完全相同，故以第一盲板為例，圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中第一盲板在開(kāi)通狀態(tài)的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中第一盲板在封閉狀態(tài)的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)要示意圖。所述第一盲板31為重疊的兩層穿孔板，所述兩層穿孔板均設(shè)有通孔32，在本實(shí)施例中，兩層穿孔板的通孔能夠完全對(duì)齊，其中一層穿孔板能夠繞中心旋轉(zhuǎn)，當(dāng)該層穿孔板旋轉(zhuǎn)至一定角度時(shí)，如圖2所示，兩層穿孔板的通孔完全對(duì)齊，則此時(shí)第一盲板31開(kāi)通，再次旋轉(zhuǎn)該層穿孔板，如圖3所示，兩層穿孔板的通孔完全錯(cuò)開(kāi)，則第一盲板32封閉。所述第二盲板與第一盲板的結(jié)構(gòu)相同，開(kāi)通和封閉的方式亦相同。另外，所述外殼4的后端還設(shè)置有出風(fēng)口 7，保證經(jīng)過(guò)溫度調(diào)節(jié)的第二介質(zhì)在所述環(huán)形空間3中穩(wěn)定流通后從出風(fēng)口 7流出，所述出風(fēng)口的面積為整個(gè)面的10% 25%。進(jìn)一步的，所述第一介質(zhì)為空氣或氦氣。 進(jìn)一步的，所述第二介質(zhì)可以為氦氣、空氣或氮?dú)?。進(jìn)一步的，所述環(huán)形空間3的厚度為40mm 60mm。進(jìn)一步的，所述內(nèi)殼2的材料為導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 3w/m-k的材料。在本實(shí)施例中， 較佳的，所述內(nèi)殼2的材料絕熱有機(jī)玻璃，所述有機(jī)玻璃可適用于需要可視的裝置。如圖1所示，在本實(shí)施例中，所述靜壓腔體、過(guò)濾器及外殼的位置順序與第一介質(zhì)、第二介質(zhì)輸入時(shí)的流動(dòng)方向20相同，即依次從右至左。圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的方法的流程示意圖。請(qǐng)結(jié)合圖1和圖4，本發(fā)明還提供一種提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的方法，包括以下步驟SOl 在所述目標(biāo)空間1的外圍設(shè)置所述內(nèi)殼2，向所述目標(biāo)空間1填充所述第一介質(zhì)；進(jìn)一步的，所述第一介質(zhì)可以為空氣或氦氣。S02 在所述內(nèi)殼2的外圍設(shè)置所述外殼4，所述外殼4和內(nèi)殼2之間形成所述環(huán)形空間3，向所述環(huán)形空間3填充所述第二介質(zhì)。進(jìn)一步的，所述第二介質(zhì)可以為氦氣、空氣或氮?dú)?。S03 在所述外殼4的一端設(shè)置靜壓腔體6高效過(guò)濾器5 ；S04 在所述靜壓腔體6和所述外殼4之間設(shè)置過(guò)濾器5 ；所述第一介質(zhì)進(jìn)入所述目標(biāo)空間1、及所述第二介質(zhì)進(jìn)入所述環(huán)形空間3前，均依次經(jīng)過(guò)所述靜壓腔體6和過(guò)濾器 5，以凈化所述第一介質(zhì)、第二介質(zhì)，提高溫度均勻性。在本實(shí)施例中所述實(shí)現(xiàn)裝置的工作過(guò)程如下
首先實(shí)現(xiàn)裝置初始化。在將要使用時(shí)，首先對(duì)實(shí)現(xiàn)裝置進(jìn)行初始化，旋轉(zhuǎn)第一盲板和第二盲板上的穿孔板，使得兩層穿孔板的通孔完全對(duì)齊，如圖2所示，此時(shí)所述目標(biāo)空間1與所述環(huán)形空間3相通；通入第一介質(zhì)至所述目標(biāo)空間1中，將經(jīng)過(guò)初步調(diào)節(jié)溫度精度 (例如士0.5°C/(0.0033Hz 2Hz))的第一介質(zhì)先經(jīng)過(guò)靜壓腔體6，獲得溫度更穩(wěn)定均勻的氣流，然后經(jīng)由過(guò)濾器5，實(shí)現(xiàn)第一介質(zhì)的百級(jí)凈化等級(jí)，然后從環(huán)形空間3輸送到目標(biāo)空間1中，將目標(biāo)空間1中原有介質(zhì)排出，使目標(biāo)空間1中充滿具有一定溫度精度的第一介質(zhì)。則目標(biāo)空間1中的溫度被初始化，初始化后再次旋轉(zhuǎn)第一盲板和第二盲板上的穿孔板， 使兩層穿孔板的通孔完全錯(cuò)開(kāi)，形成如圖3所示，則所述目標(biāo)空間1完全封閉，進(jìn)入控溫階段。經(jīng)過(guò)流場(chǎng)初始化后，整個(gè)控溫過(guò)程如本實(shí)施例的工程參數(shù)，可以在30分鐘內(nèi)完成，通過(guò)加裝諸如旋轉(zhuǎn)孔板之類的調(diào)節(jié)裝置，可以使得控溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題得到有效解決，使得按本專利方法設(shè)計(jì)的提高溫度穩(wěn)定性的裝置在工程上更容易實(shí)現(xiàn)和更低成本的運(yùn)行。接著進(jìn)入控溫階段。通入第二介質(zhì)經(jīng)過(guò)初步調(diào)節(jié)溫度精度(例如士0.5°C/ (0. 0033Hz 2Hz))后先經(jīng)過(guò)靜壓腔體6，可以獲得溫度更穩(wěn)定均勻的氣流，然后經(jīng)由過(guò)濾器5，過(guò)濾器5可實(shí)現(xiàn)百級(jí)凈化等級(jí)，然后第二介質(zhì)再被輸送到環(huán)形區(qū)域空間3中，在環(huán)形空間3內(nèi)流通。第二介質(zhì)溫度的波動(dòng)引起熱量交換，熱量通過(guò)內(nèi)殼2的導(dǎo)熱，再通過(guò)自然對(duì)流換熱方式傳遞給目標(biāo)空間1的第一介質(zhì)。以下描述，將以一實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如何運(yùn)用本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)裝置和方法溫度穩(wěn)定性，本實(shí)施例中所述提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置及方法應(yīng)用于一個(gè)直徑為 Φ 300mm長(zhǎng)600mm的大口徑斐索干涉儀光路空間的溫度穩(wěn)定性。圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中的一個(gè)應(yīng)用-斐索干涉儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)要示意圖，斐索干涉儀測(cè)量的一般結(jié)構(gòu)如圖5所示干涉儀主機(jī)300形成的光路在干涉儀光路空間100中傳輸，經(jīng)過(guò)被檢鏡片200反射從干涉光路空間100回到干涉儀主機(jī)300進(jìn)行檢測(cè)。其中干涉儀光路空間100即為本發(fā)明所述的需要溫度控制的目標(biāo)空間1，光路的方向沿著圖1中的方向10，用于控制溫度的輸入介質(zhì)的流動(dòng)方向沿著圖1中的方向20，以下詳細(xì)描述控溫的實(shí)現(xiàn)過(guò)程首先需要構(gòu)造完全包圍干涉儀光路空間的一個(gè)封閉空間，封閉空間即為需要控溫的目標(biāo)空間1，內(nèi)殼2需要包裹全部的光路經(jīng)過(guò)的目標(biāo)空間1，目標(biāo)空間1的密封性能并沒(méi)有特殊的要求，只要求對(duì)目標(biāo)空間1內(nèi)的介質(zhì)與環(huán)形空間3相對(duì)分隔，允許泄漏面積不超過(guò) 5 %，密封程度越高，控溫的效果越好。由于一般干涉儀用于測(cè)量時(shí)，要求目標(biāo)空間1可視，以便于調(diào)整被測(cè)量鏡片姿態(tài)。 因此，用于分隔的內(nèi)殼材料2采用有機(jī)玻璃，其第一盲板和第二盲板亦可采用有機(jī)玻璃。但不限于有機(jī)玻璃，材料可以是單一材料，此外也可以是例如多種材料的組合、由多種材料夾出一個(gè)真空夾層的組合層等導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 3w/m · k的材料均在本發(fā)明的思想范圍內(nèi)，內(nèi)殼2的材料的導(dǎo)熱系數(shù)越低，目標(biāo)空間1的溫度穩(wěn)定性指標(biāo)越高。內(nèi)殼2的材料的導(dǎo)熱系數(shù)或綜合導(dǎo)熱系數(shù)是影響如本實(shí)施例的控溫結(jié)構(gòu)的環(huán)形空間3內(nèi)的空氣對(duì)目標(biāo)空間1的傳遞函數(shù)的重要參數(shù)之一，也是建立環(huán)形空間3內(nèi)輸送的介質(zhì)溫度精度和目標(biāo)空間1的溫度穩(wěn)定性的重要參數(shù)之一，兩者之間的關(guān)系后面將詳細(xì)闡述，該方法也是本專利中用于一種調(diào)節(jié)溫度穩(wěn)定性的重要方法之一。在封閉的目標(biāo)空間1的內(nèi)殼2外，再構(gòu)建一層外殼4，外殼4和內(nèi)殼2之間形成一個(gè)環(huán)形空間3。環(huán)形空間3的厚度，即外殼4與內(nèi)殼2之間的距離為40mm 60mm，其中較佳的為50mm，厚度的設(shè)定是和外環(huán)境的溫度波動(dòng)、環(huán)形空間3內(nèi)第二介質(zhì)的流動(dòng)速度相關(guān)的，其功能是為了使外環(huán)境在環(huán)形空間3內(nèi)形成的熱邊界層不影響到內(nèi)殼2，外殼4在長(zhǎng)度方向上亦需要大于有內(nèi)殼2，以保證內(nèi)殼2封閉出的目標(biāo)空間1完全置于在環(huán)形空間3流動(dòng)的第二介質(zhì)之中。外殼4的材料選擇沒(méi)有特殊的要求，如工程對(duì)目標(biāo)空間1有可視化的要求，可以選用有機(jī)玻璃等透明材料，外殼4材料的導(dǎo)熱系數(shù)越低，目標(biāo)空間1的控溫越容易實(shí)現(xiàn)，但是影響系數(shù)非常小，對(duì)本實(shí)施例而言，可以忽略不考慮。環(huán)形空間3中需要供給經(jīng)過(guò)溫度初步調(diào)節(jié)的第二介質(zhì)，所述第二介質(zhì)可以為空氣、氦氣或者氮?dú)猓绻麅?nèi)殼1為完全封閉材料亦可采用水。在本實(shí)施例中第二介質(zhì)采用空氣，溫度波動(dòng)頻率從0. 0033Hz到2Hz的范圍內(nèi)，本實(shí)施例所實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)空間1的溫度都能實(shí)現(xiàn)溫度穩(wěn)定性指標(biāo)的提高。上述頻率范圍僅是一般工程實(shí)踐中溫度波動(dòng)的頻率范圍，本方法能在上述頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)功能，但不限于在上述頻率范圍內(nèi)。本方法具有維持輸出點(diǎn)， 即目標(biāo)空間的溫度的波動(dòng)頻率不變的功能。初步調(diào)節(jié)的溫度精度指標(biāo)值取決于目標(biāo)空間1 的溫度穩(wěn)定性要求的指標(biāo)，本實(shí)施例供給了士0. 5°C /(0. 0033Hz 2Hz)的空氣，實(shí)現(xiàn)了控溫目標(biāo)點(diǎn)的士0. 20C /(0. 0033Hz 2Hz)，在頻率特性維持不變的情況下，有效地將輸入空氣的波動(dòng)振動(dòng)幅度從0. 5減低到了 0. 2。圖6為本發(fā)明一實(shí)施例中所述實(shí)現(xiàn)裝置采用環(huán)形空間隔熱的實(shí)驗(yàn)效果圖。如圖6 所述，依據(jù)上述本實(shí)施例的設(shè)計(jì)，輸入空氣溫度士0.5°C/(0. 0033Hz)，輸出的目標(biāo)控制點(diǎn)溫度穩(wěn)定性為士0. 2°C /(0· 0033Hz)。本方法并不限制輸入介質(zhì)溫度的振動(dòng)幅度，更不限制目標(biāo)空間溫度振幅的取值范圍，重要的特征是通過(guò)降低溫度的振動(dòng)幅度同時(shí)維持頻率不變的情況下，提高輸出點(diǎn)溫度， 即目標(biāo)空間的變化值對(duì)時(shí)間的比值，即溫度穩(wěn)定性，以滿足特定設(shè)備對(duì)目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的要求。本實(shí)施例采用了環(huán)形空間3的溫度精度為士0. 5°C到士0. 05°C的值，但本方法并不限于這個(gè)溫度范圍值，具體取值根據(jù)工程實(shí)際需要。調(diào)整第二介質(zhì)的穩(wěn)定性是本專利中用于提高目標(biāo)控溫點(diǎn)溫度穩(wěn)定性指標(biāo)的重要方法之一。供給環(huán)形空間3的第二介質(zhì)的速度按不產(chǎn)生超過(guò)要求的噪聲指標(biāo)為原則，沒(méi)有其它特殊的要求。在本實(shí)施例中，目標(biāo)空間1中封閉的第一介質(zhì)是空氣。本專利所述方法并不限制目標(biāo)空間3中第一介質(zhì)為空氣。更換目標(biāo)空間1內(nèi)的第一介質(zhì)可以改善輸出點(diǎn)的溫度穩(wěn)定性，這一方法構(gòu)成本專利目標(biāo)的提高目標(biāo)控溫點(diǎn)的溫度穩(wěn)定性的另一個(gè)重要方法。以下詳細(xì)闡述三種提高溫度穩(wěn)定性的方法，給出每個(gè)方法的調(diào)節(jié)參數(shù)和輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)下文闡述所提供的對(duì)應(yīng)關(guān)系或?qū)?yīng)關(guān)系計(jì)算方法，工程中可結(jié)合工程實(shí)際需要情況，依據(jù)本方法而設(shè)計(jì)出符合目標(biāo)控溫點(diǎn)溫度穩(wěn)定性要的控溫結(jié)構(gòu)。1.改變內(nèi)殼材料導(dǎo)熱性能來(lái)提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性。圖7為本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)裝置更換內(nèi)殼材料為導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 3w/m-k的一實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)效果圖。如圖7所示，將內(nèi)殼2的材料換成導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 3w/m-k的超絕熱材料， 例如超絕熱中空玻璃時(shí)，在輸入空氣溫度士0. 05°C/(0. 0033Hz)，目標(biāo)空間1的溫度穩(wěn)定性為 士 0. 005 0C /(0. 0033Hz)。2.調(diào)節(jié)輸入空氣溫度穩(wěn)定性來(lái)提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性。
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圖8為本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)裝置設(shè)置靜壓腔體和過(guò)濾器的一實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)效果圖。如圖8，設(shè)置靜壓腔體5和過(guò)濾器6，提高輸入的第一介質(zhì)及第二介質(zhì)的凈化等級(jí)和均勻性，以降低目標(biāo)空間1內(nèi)填充的第一介質(zhì)的和環(huán)形空間3中第二介質(zhì)的溫度振幅；根據(jù)傳遞函數(shù)原理，降低填充的控溫介質(zhì)的溫度振幅，輸入空氣溫度士0. 050C /(0. 0033Hz)，輸出的目標(biāo)控制點(diǎn)溫度穩(wěn)定性為士0. 020C /(0. 0033Hz)。3.更換目標(biāo)空間1的第一介質(zhì)來(lái)提高目標(biāo)空間的溫度穩(wěn)定性。圖9為本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)裝置目標(biāo)空間中第一介質(zhì)采用氦氣的一實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)效果圖。如圖9所示，所述目標(biāo)空間1內(nèi)的第一介質(zhì)換成氦氣時(shí)，將提高目標(biāo)控溫點(diǎn)的溫度穩(wěn)定性。輸入空氣溫度士0. 050C /(0. 0033Hz)，輸出的目標(biāo)控制點(diǎn)溫度穩(wěn)定性為士0. 005°C / (0. 0033Hz)。上述過(guò)程的傳遞函數(shù)是特定的，是和結(jié)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)的，結(jié)構(gòu)參數(shù)中對(duì)傳遞函數(shù)影響最大的是上述列舉的外殼2的導(dǎo)熱性能參數(shù)、輸入介質(zhì)的穩(wěn)定性參數(shù)以及目標(biāo)空間1的幾何尺度。這三個(gè)參數(shù)確定后，可以采用熱網(wǎng)絡(luò)計(jì)算方法的集總參數(shù)方法或者CFD方法確定與上述參數(shù)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)控制點(diǎn)的溫度穩(wěn)定性能指標(biāo)，如本實(shí)施例的目標(biāo)控制點(diǎn)溫度穩(wěn)定性指標(biāo)士0. 2°C /(0. 0033Hz 2Hz)，可以變更優(yōu)化上述三個(gè)參數(shù)重新按上述方法計(jì)算校核，以實(shí)現(xiàn)工程所要求的目標(biāo)空間的溫度穩(wěn)定性指標(biāo)，如較低士0.3 /72小時(shí)，圖10為本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)裝置采用同時(shí)更換內(nèi)殼材料為導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 3w/m · k、設(shè)置靜壓腔體和過(guò)濾器、第一介質(zhì)采用氦氣三種改進(jìn)措施的一實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)效果圖。如圖10所示，其溫度穩(wěn)定指標(biāo)達(dá)到士0. 0050C /72小時(shí)。本發(fā)明所述提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置及方法，應(yīng)用于干涉儀等需要高溫度穩(wěn)定性的裝置，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的溫度穩(wěn)定性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括1、本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)裝置和方法設(shè)計(jì)了內(nèi)外嵌套的雙層保溫結(jié)構(gòu)，通過(guò)在目標(biāo)空間外形成環(huán)形空間，并在環(huán)形空間中填充溫度穩(wěn)定性較高的介質(zhì)，主動(dòng)屏蔽了目標(biāo)空間與外部環(huán)境的溫度波動(dòng)，使得本發(fā)明實(shí)現(xiàn)裝置及方法可以適應(yīng)普遍的干涉儀等裝置的安裝環(huán)境，尤其適用于大口徑斐索干涉儀光路溫控；2、對(duì)傳遞函數(shù)的作用細(xì)化到操作設(shè)計(jì)上，提出了三種降低溫度振幅的方法，包括(1)更換目標(biāo)空間內(nèi)的介質(zhì)，選擇氦氣，以降低目標(biāo)空間內(nèi)的溫度波動(dòng)；(2)增加中間環(huán)節(jié)的熱阻，內(nèi)殼材料選擇導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 3w/m · k的材料，例如絕熱有機(jī)玻璃，提高絕熱材料的絕熱性能；(3)降低填充的介質(zhì)的溫度波動(dòng)的振幅，設(shè)置靜壓腔體和過(guò)濾器，提高填充的介質(zhì)的凈化等級(jí)和均勻性，以降低目標(biāo)空間內(nèi)填充的介質(zhì)的溫度的振幅；根據(jù)傳遞函數(shù)原理，降低填充的控溫介質(zhì)的溫度振幅；通過(guò)上述三個(gè)在工程上易于實(shí)現(xiàn)的措施，高精度控溫工程可以因地制宜采用上述三個(gè)措施中的一個(gè)或幾個(gè)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)控溫，即可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)空間的溫度的更高精度，采用本發(fā)明所述實(shí)現(xiàn)裝置和方法，目標(biāo)空間的溫度穩(wěn)定性可以實(shí)現(xiàn)0. 0050C /72小時(shí)的超高溫度穩(wěn)定性。3、此外，為降低本發(fā)明中所述裝置的初始化時(shí)間，在所述內(nèi)殼的前端和后端設(shè)置
1分別導(dǎo)盲板，所述導(dǎo)盲板為雙層穿孔板，所述雙層穿孔板能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉；在初始化階段，首先開(kāi)啟所述導(dǎo)盲板，所述目標(biāo)空間敞通，向所述目標(biāo)空間內(nèi)填充第一介質(zhì)，迅速達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，一定時(shí)間后關(guān)閉所述導(dǎo)盲板，所述目標(biāo)空間密封，從而維持高穩(wěn)定性的溫度的同時(shí)，加大地降低了所述實(shí)現(xiàn)裝置的初始化時(shí)間。 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，包括內(nèi)殼，其內(nèi)部為所述目標(biāo)空間，所述目標(biāo)空間中填充有第一介質(zhì)；外殼，包圍在所述內(nèi)殼外部，與所述內(nèi)殼之間形成環(huán)形空間，所述環(huán)形空間中填充有第二介質(zhì)；靜壓腔體，設(shè)置于所述外殼的一端；過(guò)濾器，設(shè)置于所述外殼與所述靜壓腔體之間，所述靜壓腔體、過(guò)濾器及外殼三者連ο
2.如權(quán)利1所述的提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述第一介質(zhì)為空氣或氦氣。
3.如權(quán)利1所述的提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述第二介質(zhì)為氦氣、空氣或氮?dú)狻?br> 4.如權(quán)利1所述的提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述內(nèi)殼的材料為導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 3w/m · k的材料。
5.如權(quán)利1所述的提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，還包括第一盲板與第二盲板，分別設(shè)置于所述內(nèi)殼的兩端面上。
6.如權(quán)利1所述的提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述第一盲板與所述第二盲板均為兩層穿孔板，所述兩層穿孔板上設(shè)置有通孔，其中一層穿孔板能夠繞中心旋轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利1所述的提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述環(huán)形空間的厚度為40mm 60mm。
8.一種提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟在目標(biāo)空間的外圍設(shè)置內(nèi)殼，向所述目標(biāo)空間填充第一介質(zhì)；在所述內(nèi)殼的外圍設(shè)置外殼，所述外殼和所述內(nèi)殼之間形成環(huán)形空間，向所述環(huán)形空間填充第二介質(zhì)；在所述外殼的一端設(shè)置靜壓腔體；在所述靜壓腔體和所述外殼之間設(shè)置過(guò)濾器；所述第一介質(zhì)進(jìn)入所述目標(biāo)空間、及所述第二介質(zhì)進(jìn)入所述環(huán)形空間前均依次經(jīng)過(guò)所述靜壓腔體和過(guò)濾器，以凈化所述第一介質(zhì)、第二介質(zhì)，提高溫度均勻性。
9.如權(quán)利要求8所述的提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)為空氣或氦氣。
10.如權(quán)利要求8所述的提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述第二介質(zhì)為氦氣、空氣或氮?dú)狻?br> 11.如權(quán)利要求8所述的提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述內(nèi)殼的材料為導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 3w/m · k的材料。
12.如權(quán)利要求8所述的提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述內(nèi)殼的兩端面上分別設(shè)置第一盲板、第二盲板。
13.如權(quán)利要求8所述的提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述第一盲板與所述第二盲板均為雙層穿孔板，所述兩層穿孔板上設(shè)置有通孔，其中一層穿孔板能夠繞中心旋轉(zhuǎn)。
14.如權(quán)利要求8所述的提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述環(huán)形空間的厚度為40mm 60mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置及方法，所述實(shí)現(xiàn)裝置包括內(nèi)殼，其內(nèi)部為所述目標(biāo)空間，所述目標(biāo)空間中填充有第一介質(zhì)；外殼，包圍在所述內(nèi)殼外部，與所述內(nèi)殼之間形成環(huán)形空間，所述環(huán)形空間中填充有第二介質(zhì)；靜壓腔體，設(shè)置于所述外殼的一端；過(guò)濾器，設(shè)置于所述外殼與所述靜壓腔體之間，所述靜壓腔體、過(guò)濾器及外殼三者連通。本發(fā)明所述提高目標(biāo)空間溫度穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)裝置及方法，應(yīng)用于干涉儀等需要高溫度穩(wěn)定性的裝置，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的高溫度穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G01B9/02GK102564299SQ20101061844
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者張洪博, 束劍平, 楊志斌, 江家瑋, 趙濱 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司