專利名稱：紅外輻射計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域，涉及一種紅外輻射計(jì)，尤其涉及一種用于測(cè)量紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備輻射溫度的紅外輻射計(jì)。
背景技術(shù)：
隨著紅外成像技術(shù)的發(fā)展，紅外熱像儀在軍事領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。從20世紀(jì)80年代開始，國(guó)內(nèi)多個(gè)科研院所、工廠先后從英國(guó)、以色列、美國(guó)、法國(guó)等西方國(guó)家引進(jìn)了多種類型的紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備，用于軍用紅外熱像儀產(chǎn)品參數(shù)測(cè)試、性能評(píng)估。紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備可分為單黑體型紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備和背景溫度可控型紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備，為了提高紅外熱像儀的測(cè)量準(zhǔn)確度，必須對(duì)紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備的輻射溫度、輻射溫差等參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。
英國(guó)EALLING公司在20世紀(jì)80年代研制了用于紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備測(cè)量的RAD800型多譜段紅外輻射計(jì)，由于沒有實(shí)現(xiàn)紅外輻射量值溯源，因此，該紅外輻射計(jì)的測(cè)溫誤差較大。美國(guó)Optikos公司研制了 RAD-900型多譜段紅外輻射計(jì)，其量值溯源到紅外輻射基準(zhǔn)，通過改進(jìn)，其中輻射溫度測(cè)量準(zhǔn)確度得到了顯著提高，測(cè)量不確定度小于O. 1°C。20世紀(jì)80年代，中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)211研究所從英國(guó)EALLING公司引進(jìn)了RAD-800型紅外輻射計(jì)，用于紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備的測(cè)量，但該紅外輻射計(jì)的測(cè)量精度較低。2004年，總裝32基地與中科院上海技術(shù)物理所聯(lián)合開展了紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備測(cè)量技術(shù)研究，通過研制掃描輻射計(jì)實(shí)現(xiàn)紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備的測(cè)量，其量值溯源到紅外輻射基準(zhǔn)。例如，《光學(xué)技術(shù)》第30卷，第I期上，題為“雙波段掃描輻射計(jì)的研制”的論文對(duì)該掃描輻射計(jì)進(jìn)行了介紹。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)目前紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備輻射溫度的高準(zhǔn)確度測(cè)量難題，提供一種測(cè)量精度高的紅外輻射計(jì)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的紅外輻射計(jì)包括含有前置放大器、鎖相放大器、Α/D轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)的信號(hào)采集、處理與控制系統(tǒng)，依次放置的光學(xué)系統(tǒng)、斬波器、參考黑體、濾光片組、限制光闌組和紅外探測(cè)器；所述光學(xué)系統(tǒng)由多片透鏡組成，斬波器由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和調(diào)制盤組成，調(diào)制盤為中間厚邊緣薄且盤面分為鏤空部分和葉片部分，葉片部分正面鍍高反射率鋁膜，反面均勻涂制黑漆，調(diào)制盤的中心軸孔與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸固連且調(diào)制盤的正面與光學(xué)系統(tǒng)的光軸呈45°夾角，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路與所述計(jì)算機(jī)相連；參考黑體帶有測(cè)溫電路且測(cè)溫電路的輸出送給所述計(jì)算機(jī)，參考黑體在計(jì)算機(jī)的控制下以恒溫工作；濾光片組含有3 μ m 5 μ m帶通濾光片和8 μ m 12 μ m的帶通濾光片,兩個(gè)濾光片對(duì)稱安裝在濾光片輪上，濾光片輪由受所述計(jì)算機(jī)控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述限制光闌組由三個(gè)光闌組成，各光闌的兩個(gè)表面分別涂制高吸收率的黑漆，第一光闌緊貼所述參考黑體且正對(duì)所述紅外探測(cè)器的端面垂直于所述光學(xué)系統(tǒng)的光軸，第一光闌的口徑為R1 = 100Xl/250,X1表示第一光闌與紅外探測(cè)器之間的距離；第二光闌為濾光片輪上未安裝濾光片的部分，第二光闌與所述紅外探測(cè)器之間的距離為X2 = 250R2/100, R2表示濾光片的口徑；第三光闌垂直于所述光學(xué)系統(tǒng)的光軸，第三光闌的口徑為R3 = 100x3/250,x3表不第三光闌與所述紅外探測(cè)器之間的距離；當(dāng)所述調(diào)制盤的鏤空部分進(jìn)入光路時(shí)，來自被測(cè)紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備的準(zhǔn)直輻射通過所述光學(xué)系統(tǒng)會(huì)聚并經(jīng)過濾光片組和限制光闌組形成3 μ m 5 μ m或8 μ m 12 μ m波段的紅外輻射并到達(dá)紅外探測(cè)器，紅外探測(cè)器將經(jīng)過調(diào)制的輻射測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出；當(dāng)所述調(diào)制盤的葉片部分進(jìn)入光路時(shí)，所述參考黑體的輻射由所述葉片反面反射后經(jīng)過濾光片組和限制光闌組也到達(dá)紅外探測(cè)器，紅外探測(cè)器將紅外輻射背景信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出；所述紅外探測(cè)器的輸出信號(hào)經(jīng)所述前置放大器進(jìn)行電壓放大，再經(jīng)所述鎖相放大器的同步放大電路中的信號(hào)輸入通道放大，并經(jīng)過低通、高通或帶通濾波器濾波處理后，由Α/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸入計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)內(nèi)置有測(cè)控軟件，其功能是控制調(diào)制盤的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率達(dá)到所需要的值；對(duì)參考黑體進(jìn)行溫度控制并使參考黑體的工作溫度與紅外輻射計(jì)內(nèi)部溫度、環(huán)境溫度保持一致；控制濾光片輪的轉(zhuǎn)動(dòng)以使所需波段的濾光片移入光路；根據(jù)以下一組公式計(jì)算出紅 外熱像儀測(cè)試設(shè)備中面源黑體或靶標(biāo)的光譜輻射出射度Μ( λ，Tbb)及輻射溫度T
權(quán)利要求
1.一種紅外輻射計(jì)，包括含有前置放大器(8-1)、鎖相放大器(8-2)、A/D轉(zhuǎn)換器(8-3)和計(jì)算機(jī)(8-5)的信號(hào)采集、處理與控制系統(tǒng)(8)，依次放置的光學(xué)系統(tǒng)(I)、斬波器(2)、參考黑體(3)、濾光片組(5)、限制光闌組(6)和紅外探測(cè)器(7);所述光學(xué)系統(tǒng)⑴由多片透鏡組成，斬波器(2)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)(2-1)和調(diào)制盤(2-2)組成，調(diào)制盤(2-2)為中間厚邊緣薄且盤面分為鏤空部分和葉片部分，葉片部分正面鍍高反射率鋁膜，反面均勻涂制黑漆，調(diào)制盤(2-2)的中心軸孔與驅(qū)動(dòng)電機(jī)(2-1)的轉(zhuǎn)軸固連且調(diào)制盤(2-2)的正面與光學(xué)系統(tǒng)(I)的光軸呈45°夾角，驅(qū)動(dòng)電機(jī)(2-1)的驅(qū)動(dòng)電路與所述計(jì)算機(jī)(8-5)相連；參考黑體(3)帶有測(cè)溫電路且測(cè)溫電路的輸出送給所述計(jì)算機(jī)，參考黑體(3)在計(jì)算機(jī)的控制下以恒溫工作；濾光片組(5)含有3μηι 5μηι帶通濾光片和8 μ m 12 μ m的帶通濾光片,兩個(gè)濾光片對(duì)稱安裝在濾光片輪上，濾光片輪由受所述計(jì)算機(jī)(8-5)控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)；其特征在于所述限制光闌組￠)由三個(gè)光闌組成，各光闌的兩個(gè)表面分別涂制高吸收率的黑漆，第一光闌(6-1)緊貼所述參考黑體(3)且正對(duì)所述紅外探測(cè)器(7)的端面垂直于所述光學(xué)系統(tǒng)⑴的光軸，第一光闌(6-1)的口徑為R1 = IOOx1Z^SOd1表不第一光闌(6-1)與紅外探測(cè)器(7)之間的距離；第二光闌(6-2)為濾光片輪上未安裝濾光片的部分，第二光闌(6-2)與所述紅外探測(cè)器(7)之間的距離為X2 = 250R2/100，R2表示濾光片的口徑；第三光闌(6-3)垂直于所述光學(xué)系統(tǒng)(I)的光軸，第三光闌(6-3)的口徑為R3= 10(^3/250，13表示第三光闌出-3)與所述紅外探測(cè)器(7)之間的距離；當(dāng)所述調(diào)制盤(2-2)的鏤空部分進(jìn)入光路時(shí)，來自被測(cè)紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備的準(zhǔn)直輻射通過所述光學(xué)系統(tǒng)(I)會(huì)聚并經(jīng)過濾光片組(5)和限制光闌組(6)形成3μηι 5μηι或8μηι 12 μ. m波段的紅外福射并到達(dá)紅外探測(cè)器(7)，紅外探測(cè)器(7)將經(jīng)過調(diào)制的輻射測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出；當(dāng)所述調(diào)制盤(2-2)的葉片部分進(jìn)入光路時(shí)，所述參考黑體(3)的輻射由所述葉片反面反射后經(jīng)過濾光片組(5)和限制光闌組(6)也到達(dá)紅外探測(cè)器(7)，紅外探測(cè)器(7)將紅外輻射背景信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出；所述紅外探測(cè)器(7)的輸出信號(hào)經(jīng)所述前置放大器(8-1)進(jìn)行電壓放大，再經(jīng)所述鎖相放大器(8-2)的同步放大電路中的信號(hào)輸入通道放大，并經(jīng)過低通、高通或帶通濾波器濾波處理后，由Α/D轉(zhuǎn)換器(8-3)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸入計(jì)算機(jī)(8-5)；所述計(jì)算機(jī)(8-5)內(nèi)置有測(cè)控軟件，其功能是控制調(diào)制盤(2-2)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率達(dá)到所需要的值；對(duì)參考黑體(3)進(jìn)行溫度控制并使參考黑體(3)的工作溫度與紅外輻射計(jì)內(nèi)部溫度和環(huán)境溫度保持一致；控制濾光片輪的轉(zhuǎn)動(dòng)以使所需波段的濾光片移入光路；根據(jù)以下一組公式計(jì)算出紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備中面源黑體或靶標(biāo)的光譜輻射出射度Μ( λ，Tbb)及輻射溫度T : V = KXGX(^-)X (DtoXFOV)2X J!^2 SBB X T Collimat or (λ) X Γ,ο ⑷ X [Μ(λ, Tbb ) - M (Λ, ΤΕη )] λ(I)T= c3.[ ^ ^Μ(ΛΤΒΒ) λ]3+ c2.[ ￡^ΒΜ(Α,ΤΒΒ) λ]2 +Ci.^esM(/l,TBB)dX +C。 (2) 式中，V表示紅外探測(cè)器輸出的電壓值，K表示紅外輻射計(jì)比例因子，G表示紅外輻射計(jì)電子增益，D10表示紅外輻射計(jì)探測(cè)器有效入瞳直徑，F(xiàn)OV表示紅外輻射計(jì)探測(cè)器的視場(chǎng)，ε BB表示紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備中靶標(biāo)或面源黑體的發(fā)射率，τ Collifflator ( λ )表示紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備中準(zhǔn)直光管的紅外光譜傳輸比，τ ra( λ )表示紅外輻射計(jì)入瞳透射比，Μ( λ，ΤΕη)表不環(huán)境的光譜福射出射度，C3> C2> C1^ C0為方程系數(shù)，以上參量均為已知量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紅外輻射計(jì)，其特征在于還包括一個(gè)用于調(diào)整光路的CXD瞄準(zhǔn)系統(tǒng)(4)，所述光學(xué)系統(tǒng)(I)的會(huì)聚光束由所述葉片正面反射后進(jìn)入所述CCD瞄準(zhǔn)系統(tǒng)(4)，微調(diào)所述光學(xué)系統(tǒng)(I)，使被測(cè)紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備的十字分劃對(duì)準(zhǔn)CCD瞄準(zhǔn)系統(tǒng)(4)的十字分劃，即紅外輻射計(jì)光路達(dá)到最佳狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紅外輻射計(jì)，屬于光學(xué)計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域，用于測(cè)量紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備輻射溫度。其主要技術(shù)特點(diǎn)是，紅外輻射計(jì)采用雙光路設(shè)計(jì)，使得紅外輻射計(jì)中探測(cè)器分別接收來自紅外熱像儀測(cè)試設(shè)備的輻射和紅外輻射計(jì)內(nèi)部參考黑體的輻射，參考黑體溫度由計(jì)算機(jī)控制到與紅外輻射計(jì)內(nèi)部的溫度及環(huán)境溫度保持一致，通過限制光闌組的設(shè)計(jì)及各限制光闌安裝位置的確定，使得兩條光路對(duì)探測(cè)器所張立體角相同且兩條光路重合。本發(fā)明不但具有小型化、智能化的特色，而且具有測(cè)量準(zhǔn)確度高、應(yīng)用前景廣的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J5/52GK102901569SQ20121036123
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者胡鐵力, 范紀(jì)紅, 馬世幫, 郭宇, 辛舟 申請(qǐng)人:中國(guó)兵器工業(yè)第二0五研究所