專利名稱：紅外輻射計的制作方法
技術領域：
本發明屬于光學計量測試領域，涉及一種紅外輻射計，尤其涉及一種用于測量紅外熱像儀測試設備輻射溫度的紅外輻射計。
背景技術：
隨著紅外成像技術的發展，紅外熱像儀在軍事領域得到廣泛應用。從20世紀80年代開始，國內多個科研院所、工廠先后從英國、以色列、美國、法國等西方國家引進了多種類型的紅外熱像儀測試設備，用于軍用紅外熱像儀產品參數測試、性能評估。紅外熱像儀測試設備可分為單黑體型紅外熱像儀測試設備和背景溫度可控型紅外熱像儀測試設備，為了提高紅外熱像儀的測量準確度，必須對紅外熱像儀測試設備的輻射溫度、輻射溫差等參數進行準確測量。
英國EALLING公司在20世紀80年代研制了用于紅外熱像儀測試設備測量的RAD800型多譜段紅外輻射計，由于沒有實現紅外輻射量值溯源，因此，該紅外輻射計的測溫誤差較大。美國Optikos公司研制了 RAD-900型多譜段紅外輻射計，其量值溯源到紅外輻射基準，通過改進，其中輻射溫度測量準確度得到了顯著提高，測量不確定度小于O. 1°C。20世紀80年代，中國兵器工業集團211研究所從英國EALLING公司引進了RAD-800型紅外輻射計，用于紅外熱像儀測試設備的測量，但該紅外輻射計的測量精度較低。2004年，總裝32基地與中科院上海技術物理所聯合開展了紅外熱像儀測試設備測量技術研究，通過研制掃描輻射計實現紅外熱像儀測試設備的測量，其量值溯源到紅外輻射基準。例如，《光學技術》第30卷，第I期上，題為“雙波段掃描輻射計的研制”的論文對該掃描輻射計進行了介紹。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，針對目前紅外熱像儀測試設備輻射溫度的高準確度測量難題，提供一種測量精度高的紅外輻射計。為解決上述技術問題，本發明提供的紅外輻射計包括含有前置放大器、鎖相放大器、Α/D轉換器和計算機的信號采集、處理與控制系統，依次放置的光學系統、斬波器、參考黑體、濾光片組、限制光闌組和紅外探測器；所述光學系統由多片透鏡組成，斬波器由驅動電機和調制盤組成，調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，調制盤的中心軸孔與驅動電機的轉軸固連且調制盤的正面與光學系統的光軸呈45°夾角，驅動電機的驅動電路與所述計算機相連；參考黑體帶有測溫電路且測溫電路的輸出送給所述計算機，參考黑體在計算機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,兩個濾光片對稱安裝在濾光片輪上，濾光片輪由受所述計算機控制的電機驅動；所述限制光闌組由三個光闌組成，各光闌的兩個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所述紅外探測器的端面垂直于所述光學系統的光軸，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系統的光軸，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器之間的距離；當所述調制盤的鏤空部分進入光路時，來自被測紅外熱像儀測試設備的準直輻射通過所述光學系統會聚并經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紅外探測器，紅外探測器將經過調制的輻射測量信號轉化為電信號輸出；當所述調制盤的葉片部分進入光路時，所述參考黑體的輻射由所述葉片反面反射后經過濾光片組和限制光闌組也到達紅外探測器，紅外探測器將紅外輻射背景信號轉化為電信號輸出；所述紅外探測器的輸出信號經所述前置放大器進行電壓放大，再經所述鎖相放大器的同步放大電路中的信號輸入通道放大，并經過低通、高通或帶通濾波器濾波處理后，由Α/D轉換器轉換成數字信號并輸入計算機；所述計算機內置有測控軟件，其功能是控制調制盤的轉動頻率達到所需要的值；對參考黑體進行溫度控制并使參考黑體的工作溫度與紅外輻射計內部溫度、環境溫度保持一致；控制濾光片輪的轉動以使所需波段的濾光片移入光路；根據以下一組公式計算出紅 外熱像儀測試設備中面源黑體或靶標的光譜輻射出射度Μ( λ，Tbb)及輻射溫度T
權利要求
1.一種紅外輻射計，包括含有前置放大器(8-1)、鎖相放大器(8-2)、A/D轉換器(8-3)和計算機(8-5)的信號采集、處理與控制系統(8)，依次放置的光學系統(I)、斬波器(2)、參考黑體(3)、濾光片組(5)、限制光闌組(6)和紅外探測器(7);所述光學系統⑴由多片透鏡組成，斬波器(2)由驅動電機(2-1)和調制盤(2-2)組成，調制盤(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，調制盤(2-2)的中心軸孔與驅動電機(2-1)的轉軸固連且調制盤(2-2)的正面與光學系統(I)的光軸呈45°夾角，驅動電機(2-1)的驅動電路與所述計算機(8-5)相連；參考黑體(3)帶有測溫電路且測溫電路的輸出送給所述計算機，參考黑體(3)在計算機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,兩個濾光片對稱安裝在濾光片輪上，濾光片輪由受所述計算機(8-5)控制的電機驅動；其特征在于所述限制光闌組￠)由三個光闌組成，各光闌的兩個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)且正對所述紅外探測器(7)的端面垂直于所述光學系統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)垂直于所述光學系統(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)與所述紅外探測器(7)之間的距離；當所述調制盤(2-2)的鏤空部分進入光路時，來自被測紅外熱像儀測試設備的準直輻射通過所述光學系統(I)會聚并經過濾光片組(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紅外探測器(7)，紅外探測器(7)將經過調制的輻射測量信號轉化為電信號輸出；當所述調制盤(2-2)的葉片部分進入光路時，所述參考黑體(3)的輻射由所述葉片反面反射后經過濾光片組(5)和限制光闌組(6)也到達紅外探測器(7)，紅外探測器(7)將紅外輻射背景信號轉化為電信號輸出；所述紅外探測器(7)的輸出信號經所述前置放大器(8-1)進行電壓放大，再經所述鎖相放大器(8-2)的同步放大電路中的信號輸入通道放大，并經過低通、高通或帶通濾波器濾波處理后，由Α/D轉換器(8-3)轉換成數字信號并輸入計算機(8-5)；所述計算機(8-5)內置有測控軟件，其功能是控制調制盤(2-2)的轉動頻率達到所需要的值；對參考黑體(3)進行溫度控制并使參考黑體(3)的工作溫度與紅外輻射計內部溫度和環境溫度保持一致；控制濾光片輪的轉動以使所需波段的濾光片移入光路；根據以下一組公式計算出紅外熱像儀測試設備中面源黑體或靶標的光譜輻射出射度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表示紅外探測器輸出的電壓值，K表示紅外輻射計比例因子，G表示紅外輻射計電子增益，D10表示紅外輻射計探測器有效入瞳直徑，FOV表示紅外輻射計探測器的視場，ε BB表示紅外熱像儀測試設備中靶標或面源黑體的發射率，τ Collifflator ( λ )表示紅外熱像儀測試設備中準直光管的紅外光譜傳輸比，τ ra( λ )表示紅外輻射計入瞳透射比，Μ( λ，ΤΕη)表不環境的光譜福射出射度，C3> C2> C1^ C0為方程系數，以上參量均為已知量。
2.根據權利要求I所述的紅外輻射計，其特征在于還包括一個用于調整光路的CXD瞄準系統(4)，所述光學系統(I)的會聚光束由所述葉片正面反射后進入所述CCD瞄準系統(4)，微調所述光學系統(I)，使被測紅外熱像儀測試設備的十字分劃對準CCD瞄準系統(4)的十字分劃，即紅外輻射計光路達到最佳狀態。
全文摘要
本發明公開了一種紅外輻射計，屬于光學計量測試領域，用于測量紅外熱像儀測試設備輻射溫度。其主要技術特點是，紅外輻射計采用雙光路設計，使得紅外輻射計中探測器分別接收來自紅外熱像儀測試設備的輻射和紅外輻射計內部參考黑體的輻射，參考黑體溫度由計算機控制到與紅外輻射計內部的溫度及環境溫度保持一致，通過限制光闌組的設計及各限制光闌安裝位置的確定，使得兩條光路對探測器所張立體角相同且兩條光路重合。本發明不但具有小型化、智能化的特色，而且具有測量準確度高、應用前景廣的特點。
文檔編號G01J5/52GK102901569SQ20121036123
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者胡鐵力, 范紀紅, 馬世幫, 郭宇, 辛舟 申請人:中國兵器工業第二0五研究所