用于真空低温条件下的超大面源黑体校准系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于真空低温条件下的超大面源黑体校准系统。本系统包括转接接口、折转光学系统、成像镜组、调焦镜组、红外面阵探测器、信号处理单元；待测面源黑体与所述折转光学系统位于同一真空舱内，所述成像镜组通过所述转接接口与所述真空舱连接；所述折转光学系统位于待测面源黑体之前，用于将待测面源黑体的红外光线反射入所述成像镜组输入端口，所述成像镜组输出光线经所述调焦镜组输入所述红外面阵探测器，其输出端经AD信号卡与所述信号处理单元连接。本发明能够实现真空低温条件下超大面源黑体校准的系统，填补了此项技术空白。
【专利说明】 用于真空低温条件下的超大面源黑体校准系统
【技术领域】
[0001]本发明属于红外辐射测量及校准【技术领域】，涉及在真空低温条件下的超大面源黑体性能指标校准系统的设计。
【背景技术】
[0002]目前，随着技术的发展，红外成像器的应用已经扩展至临近空间及外太空，这些系统包括空间侦察系统、临近空间预警系统、外太空红外导引打击系统、星载红外遥感系统等，这些空间应用的红外成像器在研制、生产、试验过程中，必须根据系统的工作环境，在地面真空低温环境中利用面源黑体对红外成像器进行精确的辐射定标和性能测试，以取得精确的标定系数，准确掌握红外成像器的各项性能指标，保证其性能指标达到预先设计值。
[0003]目前，许多太空条件下红外成像器的研制已经完成，进入到了真空红外辐射定标和性能测试阶段，该阶段使用的辐射定标和性能测试设备为面源黑体。由于辐射定标的效果将直接决定该红外成像器的最终技战术性能，而性能测试能够使设计和使用单位准确把握红外成像器的各项性能指标，因此，辐射定标和性能测试对于该型号具有重要意义，为了保证红外成像器辐射定标的精度和性能测试的可靠性，需要对面源黑体的相关指标进行校准。
[0004]此类红外成像器光学系统一般都具有焦距超长、孔径超大的特点，在对这些红外成像器进行辐射定标和性能测试过程中，为了覆盖红外成像器的光学孔径，必然要求使用的面源黑体具有超大的辐射面积；为了对红外成像器进行良好的非均匀性校正，保证红外成像探测器的所有探测单元对同样的辐射量值具有相同的响应，必然要求辐射定标用面源黑体具有较高的温场均匀性，以保证系统非均匀性校正的效果，使红外成像器具有较好的成像质量；为了在辐射定标及性能测试过程中尽量减少周围环境的影响，必然要求面源黑体的辐射面具有较低的反射率，以减少对周围环境的反射，对于黑体，由于发射率和反射率之和为1，因此，要求面源黑体具有较高的发射率，一般情况下要求其发射率大于0.96 ;为了保证辐射定标的精度和性能测试的可靠性，必然要求面源黑体具有极高的温度稳定性，以保证在某一段时间内被标定红外成像器观测到相同的红外辐射。因此，对于空间红外成像器辐射定标及性能测试用面源黑体，要求其具有超大辐射面积、较高的温场均匀性、较高的发射率、较好的温度稳定性。
[0005]在红外成像器辐射定标和性能测试过程中，面源黑体模拟不同温度的目标，为红外成像器提供标准的红外辐射，因此，面源黑体本身的温场均匀性、发射率、辐射亮度精度及温度稳定性等相关指标直接关系到定标及测试的准确性和可靠性。为了保证面源黑体为红外成像器提供均匀、稳定的红外辐射，需要利用校准设备对面源黑体的温场均匀性、发射率、辐射亮度精度及温度稳定性等相关性能参数进行校准，为红外成像器辐射定标和性能测试提供量值溯源，保证其量值传递准确可靠。
[0006]目前国内的一些计量机构在面源黑体辐射校准方面进行了相关研究。其中，中国计量院利用一台从法国HGH公司引进的RAD314双波段红外辐射计对面源黑体进行校准，然而，该红外辐射计只能在实验室环境工作，无法对真空低温条件下工作的面源黑体进行校准，不能满足特殊条件下的面源黑体校准。现有方法中，通过采用与标准黑体进行光谱辐亮度比对的方法，可以在-60°C?80°C范围内对面源黑体的辐射特性进行校准，然而，该设备作为面源黑体校准装置，难以移动的超大型面源黑体在真空环境下进行校准。
[0007]因此，目前，对于真空低温条件下的超大面源黑体，其相关性能指标无法进行校准。
[0008]本发明介绍了一种能够实现真空低温条件下超大面源黑体校准的系统，解决了该项难题。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种用于真空低温条件下对超大面源黑体相关性能指标进行测量及校准的系统。
[0010]如【背景技术】中所述，目前真空低温条件下无法对大型面源黑体进行校准，因此，该发明针对该项难题提出了创新性的技术。
[0011]本发明的技术方案为:
[0012]一种用于真空低温条件下的超大面源黑体校准系统，其特征在于包括转接接口、折转光学系统、成像镜组、调焦镜组、红外面阵探测器、信号处理单元；待测面源黑体与所述折转光学系统位于同一真空舱内，所述成像镜组通过所述转接接口与所述真空舱连接；所述折转光学系统位于待测面源黑体之前，用于将待测面源黑体的红外光线反射入所述成像镜组输入端口，所述成像镜组输出光线经所述调焦镜组输入所述红外面阵探测器，其输出端经AD信号卡与所述信号处理单元连接。
[0013]进一步的，所述红外面阵探测器与所述调焦镜组之间设有一切换装置和一组均匀性校准黑体，所述切换装置用于将不同的所述均匀性校准黑体的红外光线反射入所述红外面阵探测器。
[0014]进一步的，所述折转光学系统与待校准面源黑体之间或所述折转光学系统与所述成像镜组之间设有一可移动的挡屏。
[0015]进一步的，所述成像镜组与所述调焦镜组通过机械接口连接。
[0016]进一步的，所述机械接口为利用电机驱动的凸轮接口。
[0017]一种用于真空低温条件下的超大面源黑体校准系统，其特征在于包括转接接口、成像镜组、调焦镜组、红外面阵探测器、信号处理单元；待测面源黑体与所述成像镜组位于同一真空舱内，所述成像镜组通过所述转接接口与所述真空舱连接；所述成像镜组输出光线经所述调焦镜组输入所述红外面阵探测器，其输出端经AD信号卡与所述信号处理单元连接。
[0018]进一步的，所述红外面阵探测器与所述调焦镜组之间设有一切换装置和一组均匀性校准黑体，所述切换装置用于将不同的所述均匀性校准黑体的红外光线反射入所述红外面阵探测器。
[0019]本发明是基于成像测量型的校准方案，其原理如图1所示，主要由转接接口、校准黑体系统、切换机构、光学系统(对应折转光学系统、成像镜组、调焦镜组)、红外面阵探测器、后处理电路、校准装置软件等部分组成。该方案利用经过高精度标定的、具有高均匀性的测温型红外热成像系统(该方案的测温型热像仪与公知测温型热像仪不同，即通过三个不同温度的非均匀性校正黑体对其进行实时校正，保证其均匀性，公知系统中没有校准黑体，只有简单的校准挡片)采集面源黑体辐射面上各点的红外辐射图像，并利用分析软件对采集到的红外目标图像进行自动化分析，可以快速得面源黑体的辐射均匀性、辐射温度等性能参数。
[0020]面源黑体发出的红外辐射经折转反射镜及转接法兰后，由校准装置光学系统成像在红外面阵探测器上，经后处理电路处理后，由校准装置软件根据特定的算法进行数据处理后得到测量结果，而后输出。
[0021]为了保证校准装置自身的均匀性，需要设置均匀性校准黑体系统对其进行均匀性校正，该校正黑体系统共包括三个校正黑体，分别为低温校准黑体、高温校准黑体和常温校准黑体，通过切换机构切换实现校准装置的三点非均匀性校正(三个黑体的切换是通过反射镜的转动进行切换)。
[0022]与现有技术相比，本发明的积极效果为:
[0023]本发明弥补了在真空条件下对面源黑体进行校准的技术空白，能够对于真空低温条件下的超大面源黑体的相关性能指标进行校准和测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为基于成像测量型的校准方案原理图。
[0025]其中:1.被校准面源黑体；2.光阑孔；3.转接接口 ；4.切换机构；5.低温校准黑体；6.常温校准黑体；7高温校准黑体；8.光学系统；9.红外面阵探测器；10.后处理电路；
11.校准装置软件及控制计算机；12.校准结果输出。
[0026]图2为基于成像测量型的校准方案。
[0027]图3为校准系统软件构架模块。
[0028]图4为面源黑体现场应用及校准方案示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明的最佳实施例作进一步描述:
[0030]本发明基于成像测量型的校准方案实现如下:如附图2所示，面源黑体发出的红外辐射依次折转光学系统、成像镜组、调焦镜组，到达红外探测器，非均匀性校正黑体组(根据具体的实施方案，会有所不同，请参考附图)由切换光学镜片进行切换，根据需要成像在红外探测器上。
[0031]其中，折转光学系统放置于真空舱内部，将面源黑体的红外辐射进行折转，以便于从侧面法兰进行观测。成像镜组、调焦镜组设计成为两段式结构，两部分通过机械接口进行连接，组装拆卸快速简便，便于携带。
[0032]成像镜组包括密封窗口和成像镜片，其中，密封窗口的作用为与法兰结合，实现真空舱内外的空间隔离，密封窗口内外具有一个大气压的压力差，因此，在设计密封窗口时，需要合理设计密封窗口的厚度，以保证足够的强度。
[0033]根据密封窗口设计理论，密封窗口的最小厚度由下式确定:
【权利要求】
1.一种用于真空低温条件下的超大面源黑体校准系统，其特征在于包括转接接口、折转光学系统、成像镜组、调焦镜组、红外面阵探测器、信号处理单元；待测面源黑体与所述折转光学系统位于同一真空舱内，所述成像镜组通过所述转接接口与所述真空舱连接；所述折转光学系统位于待测面源黑体之前，用于将待测面源黑体的红外光线反射入所述成像镜组输入端口，所述成像镜组输出光线经所述调焦镜组输入所述红外面阵探测器，其输出端经AD信号卡与所述信号处理单元连接。
2.如权利要求1所述的用于真空低温条件下的超大面源黑体校准系统，其特征在于所述红外面阵探测器与所述调焦镜组之间设有一切换装置和一组均匀性校准黑体，所述切换装置用于将不同的所述均匀性校准黑体的红外光线反射入所述红外面阵探测器。
3.如权利要求1或2所述的用于真空低温条件下的超大面源黑体校准系统，其特征在于所述折转光学系统与待校准面源黑体之间或所述折转光学系统与所述成像镜组之间设有一可移动的挡屏。
4.如权利要求1所述的用于真空低温条件下的超大面源黑体校准系统，其特征在于所述成像镜组与所述调焦镜组通过机械接口连接。
5.如权利要求4所述的用于真空低温条件下的超大面源黑体校准系统，其特征在于所述机械接口为利用电机驱动的凸轮接口。
6.一种用于真空低温条件下的超大面源黑体校准系统，其特征在于包括转接接口、成像镜组、调焦镜组、红外面阵探测器、信号处理单元；待测面源黑体与所述成像镜组位于同一真空舱内，所述成像镜组通过所述转接接口与所述真空舱连接；所述成像镜组输出光线经所述调焦镜组输入所述红外面阵探测器，其输出端经AD信号卡与所述信号处理单元连接。
7.如权利要求6所述的用于真空低温条件下的超大面源黑体校准系统，其特征在于所述红外面阵探测器与所述调焦镜组之间设有一切换装置和一组均匀性校准黑体，所述切换装置用于将不同的所述均匀性校准黑体的红外光线反射入所述红外面阵探测器。
【文档编号】G01J5/52GK103940519SQ201410174852
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】张玉国, 魏建强, 孙红胜, 杨旺林, 刘亚平 申请人:北京振兴计量测试研究所