工作原理

制冷器的工作原理包括物理和化学两种方法。根据使用场合和所需要制冷温度不同，可利用不同原理制成适当的制冷器。热成像系统使用的多为物理方法。主要有：

1、利用相变制冷

即利用制冷工作物质相变吸热效应，如使用灌注式杜瓦瓶的液氮、液氢等的制冷；

2、利用焦耳-汤姆逊效应制冷

即当高压气体的温度低于本身的转换温度并通过一个很小的节流孔时，气体的膨胀会使温度下降。如焦-汤制冷器，特点是结构简单、可靠性高、质量轻、体积小、无振动、无运动部件、噪声小、成本低、致冷速度快，致冷时间通常只需15～60s（秒）；

3、利用气体的等熵膨胀制冷

即气体在等熵膨胀时，借膨胀机的活塞向外输出机械功，膨胀后气体的内位能要增加，从而要消耗气体本身的内功能来补偿，致使膨胀后温度显著降低。如斯特林闭循环制冷器，其特点是功耗低、尺寸小、质量轻；

4、利用帕尔帖效应制冷

即用N型半导体和P型半导体作用偶对，当有直流电通过时电偶对一端发热，另一端变冷，如热电制冷器，又称为半导体或温差电制冷器。热电探测器的主要优点是：全固态化器件、结构紧凑、寿命长；无运动部件，不产生噪音；不受环境影响；可靠性高。缺点是制冷器的性能系数（COP）较低，致冷量小，效率低；

5、利用物体之间的热辐射交换制冷

如在外层空间利用外层宇宙的高真空，深低温来制冷。它的显著特点是无运动部件、长寿命、功耗小、无振动干扰。缺点是对轨道和卫星的构形有要求，对环境要求严格，入轨后需经过一段时间的加热放气后才能工作。

技术难点

不同制冷器技术的关键技术各不相同。斯特林制冷器的技术发展重点在于增加致冷量、加大压缩机和冷指之间分置距离、寻找更灵活的气体通道、减轻压缩机重量、减小体积等。对于高频小型脉冲管制冷器技术，主要考察方向是回热器设计和性能；减少复式入口脉冲管中直流电流的影响；降低脉冲管中的流动性。对于热电致冷技术，关键技术在于提高热电材料的品质因素Z和减小冷端热负载。对于闭环节流制冷器，通常高压压缩机是可靠性的薄弱环节，需要加以克服。

国外概况

斯特林致冷技术

斯特林致冷技术已经有50年发展历史，在军事上应用最广泛。首先出现的是整体式结构，即压缩活塞和膨胀活塞用一连杆以机械方式连为一体。整体式结构容易产生热和振动影响制冷部分。针对系统存在的不足，国外也作了些改进。首先，自1972年以来，有了显著发展，由美国休斯飞机公司研制出分置式斯特林制冷器，将压缩机和膨胀器分开安置，中间用一根软管相连。这种结构不仅克服了早期整体式制冷器的缺点，还保持了原有系统结构紧凑、效率高、启动快等优点，因此颇受国外用户重视，发展较快。其次，为了克服原有电机/曲轴这种动态结构产生的磨损而影响寿命，荷兰飞利浦研究所于1968年开始研制用线性电机驱动线性谐振压缩机的斯特林机。迄今为止，线性谐振斯特林机的发展已经经历了三代：1975年由荷兰飞利浦公司的科学和工业分部研制的MC-80型微型制冷器称为第一代，属非军用型，致冷温度为80开氏度时，输出功率为1W（瓦）；1976年，荷兰和美国同时设计出第二代。荷兰飞利浦公司在MC-80的基础上使其军用化，最初命名为MMC-80，后来正式命名为UA-7011型；1982年，在UA-7011的基础上，由飞利浦公司研制了一系列线性谐振制冷器，称为第三代。它们由标准化压缩机和两个冷指（膨胀器部分）组成，专用于美国60元和120元/180元探测器/杜瓦瓶装置。致冷功率分别能达到1/4W和1W，平均无故障时间为2500h(小时)。该公司正继续研制更新产品。

脉管致冷技术

1963年由美国低温专家发明，直到1984年前苏联米库林教授对基本型脉管做了重大改进后，使其向实用迈进关键性一步。脉管实际上是斯特林的变体，膨胀机内无需运动部件，结构更简单可靠，且易于装配和控制振动。其机理仍在探索中，未来将成为斯特林机强有力的竞争对手，特别是在长寿命机型中更是如此。