本发明涉及一种连续变焦的显微红外摄像光学增强系统及方法，特别涉及一种基于制冷型高速红外探测器的显微红外摄像的系统及方法，属于工程材料的瞬态温度测量领域。
背景技术
高速冲击下材料的变形过程与失效机理日益受到科研工作者的重视，是固体力学方向中的研究热点之一，具有重要的科学意义和工程应用价值。材料的高速冲击性能测试过程中需要应用到高速红外测温仪器，而国内的高速红外测温仪器发展滞后，已经不能满足目前的测试要求。而国外的高速红外测温仪器是禁止对国内销售的，防止国内科研工作从事军事相关应用研究。因此为了我国高速冲击下材料的变形与失效机理的深入研究奠定基础，需要打破国外的技术封锁，发展具有自主知识产权的高速红外测温仪器。在高速红外测温仪器的研制中，红外光学增强系统是一个重要的枢纽，它可以使得光信号强度提高，有利于光信号的采集和传输，从而实现高速冲击下材料表面温度的分布的记录。特别地，在高速冲击下材料发生失效区域的宽度仅有20～50μm，目前的高速红外探测器的空间分别率(>50μm)不能满足失效区域内温度场的分布记录。因此需要采用显微红外光学增强系统，而显微红外光学增强系统的变焦能力体现了高速红外测温仪器的应用能力。
目前主要采用折射式的放大方式，但是由于无法通过红外成像的方式进行对焦操作，限制了折射式系统应用在制冷型高速红外探测器上。同时，由于高速冲击实验中物体存在被击飞的问题，因此短物距的折射式系统不适合应用高速冲击下材料表面瞬态温度测量。
技术实现要素：
针对已有技术的不足：(1)无法实现微小区域内温度场测量；(2)无法通过红外成像的方式进行对焦操作，限制了折射式系统无法应用在制冷型高速红外探测器上；(3)短物距的折射式系统不适合应用高速冲击下材料表面瞬态温度测量。本发明的公开的一种连续变焦的显微红外光学增强系统及方法要解决的技术问题是：实现所述的一种连续变焦的显微红外光学增强系统及对焦操作，还具有增大红外光学系统工作距离的优点，进而能够实现高速冲击下材料中微小区域内变形与失效过程中的瞬态温度测量。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明的公开的一种连续变焦的显微红外光学增强系统，包括反射式系统、折射式系统和对焦辅助系统。反射式系统与对焦辅助系统共用第一反射镜。
所述反射式系统用于实现增大红外光学增强系统的工作距离，包括激光器、第一反射镜、光路调节箱、第二反射镜。所述的光路调节箱用于调节光路的中心，在同一侧面对称开设两个通孔，即为右调光口和左调光口。所述的光路调节箱的箱内放置有小调节架、凸面镜、大调节架和凹面镜。光路调节箱通过升降固定装置固定在固定板上。小调节架与凸面镜固定连接，用于调整凸面镜的位置。大调节架与凹面镜固定连接，用于调整凹面镜的位置。
所述的凸面镜的顶点位于凹面镜的焦点处，使得光线沿左调光口中心射出；
所述的凸面镜和凹面镜表面蒸镀膜，所述的蒸膜需保证在红外波段内具有高反射率，所述的高反射率指反射率在90％以上。
作为优选，所述的凸面镜和凹面镜表面蒸镀厚度优选为1000埃的金膜。
所述的折射式系统用于实现连续变焦显微功能，所述的具有连续变焦的折射式系统的前焦点与反射式系统的后焦点重合。
所述对焦辅助系统用于实对焦功能，包括红外光源和第一反射镜。
所述的激光器和红外光源安装在第一滑轨上；所述的第一反射镜安装在第一滑轨上；所述的光栅靶安装在第二滑轨上，第一滑轨和第二滑轨直角固定连接；所述的红外相机、第二反射镜和折射式系统安装在第三滑轨上；第一滑轨、第二滑轨和第三滑轨安装在固定板上。
所述的激光器发出的激光被第一反射镜反射后依次穿过光栅靶与右调光口，然后被凹面镜和凸面镜反射后通过左调光口从光路调节箱中射出，最后经过第二反射镜反射后，经过折射式系统被红外相机采集，实现所述一种连续变焦的显微红外光学增强系统的连续变焦及显微红外光学增强，进而能够实现高速冲击下材料中微小区域内的变形与失效过程中的瞬态温度测量。
所述的红外光源发出的红外光斑被第一反射镜反射后穿过光路调节箱，通过折射式系统汇聚射出后被红外相机采集，通过第三滑轨调节不同倍率下折射式系统与红外相机之间的距离，实现所述的一种连续变焦的显微红外光学增强系统对焦操作。
作为优选，所述的第一反射镜利用转动装置实现旋转并实现整个系统的中部件的准确定位和折射式系统的焦距确定。所述的部件包括光路调节箱、红外光源、第二反射镜、折射式系统和红外相机。
基于本发明的公开的一种连续变焦的显微红外光学增强系统实现的一种连续变焦的显微红外光学增强系统的调试方法，包括如下步骤：
步骤一：通过激光器发出的激光调整激光器的高度，并通过激光器发出的激光调整第一反射镜的角度和高度，确保激光光斑从右调光口中心点射入；旋转第一反射镜的角度，调整红外光源的高度和角度，确保红外光源发射出的光斑从右调光口中心点射入。
步骤二：通过调节大调节架、小调节架使得激光光斑经反射后从左调光口的中心点射出。
步骤三：根据光斑点调整折射式系统的高度和角度确保激光光斑从折射式系统的中心点射入；然后调节红外相机的高度和角度，使得光斑正好在红外靶面的中心位置。
步骤四：测量前将光栅靶取走，通过第三滑轨调节折射式系统与红外相机的距离，使得红外相机接收到依此通过第一反射镜、光路调节箱和第二反射镜和折射式系统的红外光能量最大即实现所述的一种连续变焦的显微红外光学增强系统对焦操作。
步骤五：将光栅靶放到第二滑轨上，调节光栅靶的高度使得红外光斑通过光栅靶的中心位置。
步骤六：红外光源发出的光斑被第一反射镜反射后依次穿过光栅靶与右调光口，然后被凹面镜和凸面镜反射后通过左调光口从光路调节箱中射出，最后经过第二反射镜反射和透过折射式系统后，被红外相机记录栅线图。实现所述的一种连续变焦的显微红外光学增强系统对微小区域内放大测量的功能，将制冷型高速红外探测器取代红外相机进而能够实现高速冲击下材料中微小区域内的变形与失效过程中的瞬态温度测量。
有益效果：
1、本发明的公开的一种连续变焦的显微红外光学增强系统及方法，通过折射式系统的物距与反射式系统的像距重合，能够实现连续变焦显微功能，并使其能够应用在制冷型高速红外探测器上，实现高速冲击下材料中微小区域内的变形与失效过程中的瞬态温度测量。
2、本发明的公开的一种连续变焦的显微红外光学增强系统及方法，通过单红外光源和单红外相机实现整个系统的焦距调节，减少对焦的繁琐方法，简单易操作，提高测试效率。
3、本发明的公开的一种连续变焦的显微红外光学增强系统及方法，利用反射式系统能够增大红外光学系统的工作距离，保证仪器的安全性。
附图说明
图1为本发明的公开的一种连续变焦的显微红外光学增强系统的结构原理示意图；
图2为本发明的公开的一种连续变焦的显微红外光学增强系统的整体结构示意图；
图3为本发明的公开的一种连续变焦的显微红外光学增强方法的流程图。
其中：其中：1-激光器；2-红外光源；3-转动装置；4-第一反射镜；5-光栅靶；6-小调节架；7-右调光口；8-凸面镜；9-光路调节箱；10-凹面镜；11-大调节架；12-左调光口；13-具有连续变焦的折射式系统；14-红外相机；15-第二反射镜；16-第一滑轨；17-第二滑轨；18-第三滑轨；19-固定板。
具体实施方式
现结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明；
本实施例公开的一种可连续变焦显微红外光学增强系统，如图1、2所示，该系统主要包括激光器1、红外光源2、转动装置3、第一反射镜4、光路调节箱9、具有连续变焦的折射式系统13、红外相机14、第二反射镜15、固定板19；
所述的光路调节箱9在同一侧面对称开设两个通孔，通孔处安装有十字的有机玻璃，即为右调光口7和左调光口12，用于调节光路的中心；所述的光路调节箱9的箱内放置有小调节架6、凸面镜8、大调节架11和凹面镜10；光路调节箱9通过升降固定装置固定在固定板19上；小调节架6与凸面镜8固定连接，用于调整凸面镜8的位置；大调节架11与凹面镜10固定连接，用于调整凹面镜10的位置；所述的激光器1、红外光源2和第一反射镜4安装在第一滑轨16上；所述的第一反射镜4通过旋转装置3安装在第一滑轨16上；所述的光栅靶5安装在第二滑轨17上；第一滑轨16和第二滑轨17直角固定连接；所述的具有连续变焦的折射式式系统13、红外相机14和第二反射镜15安装在第三滑轨18上，第一滑轨16、第二滑轨17和第三滑轨18安装在固定板19上；
所述的折射式系统的13的前焦点与反射式系统的后焦点重合；所述的折射式系统的放大倍率为0.5、1、2和3；
所述的反射式系统实现连续变焦显微红外光学增强系统的长工作距离为140mm；
所述的折射式系统13将经过反射系统的像传递到红外相机14上；
所述的第一反射镜4利用旋转装置3实现旋转并实现整个系统的中部件的准确定位和折射式系统13的焦距确定。所述的部件包括光路调节箱7、红外光源3、第二反射镜15、折射式系统13和红外相机14
所述的凸面镜8的顶点位于凹面镜10的焦点处，可以使得光线沿左调光口12中心射出；
所述的凸面镜8和凹面镜10表面蒸镀一层厚度为1000埃的金膜；
所述的光栅靶5表面刻有50线/mm的光栅；
基于本实施例的公开的一种连续变焦的显微红外光学增强系统实现的一种连续变焦的显微红外光学增强系统的调试方法，具体实现步骤如下：
步骤一，部件高度的调节：通过激光器1发出的激光调整激光器1的高度，以及第一反射镜4的的角度和高度，确保激光光斑从右调光口7中心点射入；旋转第一反射镜4的角度，调整红外光源2的高度和角度，确保红外光源3发射出的光斑从右调光口7中心点射入；
步骤二，光路调节箱的调节：通过调节大调节架11、小调节架6使得激光光斑经反射后从左调光口12的中心点射出；
步骤三，折射式系统和红外相机的调节：根据光斑点调整折射式系统13的高度和角度确保激光光斑从折射式系统的中心点射入；然后调节红外相机14的高度和角度，使得光斑正好在红外靶面的中心位置；
步骤四，折射式系统焦距的调节：实验前将光栅靶5取走，通过第三滑轨调节折射式系统13与红外相机14的距离，使得红外相机14接收到依此通过第一反射镜6、光路调节箱9和第二反射镜15和折射式系统13的红外光能量最大；
步骤五，光栅靶高度的调节：将表面含有50线/mm栅线的光栅靶5放到第二滑轨17上，调节光栅靶5的高度使得红外光斑通过光栅靶5的中心位置；
步骤六，红外图像采集：红外光源2发出的光斑被第一反射镜3反射后依次穿过光栅靶5与右调光口7，然后被凹面镜10和凸面镜8反射后通过左调光口12从光路调节箱9中射出，最后经过第二反射镜15反射和透过折射式系统13后，被红外相机14记录栅线图像。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。