一种光阑控光式动态实验室辐射定标装置的制作方法

1.本发明涉及实验室辐射定标技术领域，尤其涉及一种光阑控光式动态实验室辐射定标装置。


背景技术：

2.实验室辐射定标是在轨辐射定标的基础，发射前遥感器都要在实验室对辐射、空间和光谱特性进行准确地定标及定性测试。实验室辐射定标一般用光源可控的积分球测试，其亮度变化与灯源的寿命，积分球的图层，出光口的均匀性，传感器入瞳窗口与积分球出光口的距离等有直接关系。
3.实验室辐射定标过程中辐亮度的变动一般是使用多组不同功率的灯源进行组合点亮改变光强度进而达到改变能级的作用，再通过积分球进行均光处理后传递给传感器进行测试，但存在某个能级下某个灯源不稳定或损坏造成该能级并不是实际的光强度的情况发生，测试时也很难在测试过程中发现，当发生一次能级不稳定时，其它通过该不稳定光源的组合光源也是不稳定状态；因为每组能级开关灯组是不同的，在实验过程中很难区分当前能级下不稳定光源与不应开启的光源；并且每次改变能级都需要一定时间，当每组所使用灯源达到所需电流时完成该能级设置，还需要等待一定时间待所有灯源稳定才可以正常测试，当需要测试几十个能级时这样的时间就会积累起来。所以如何使用一个亮度的在短时间内不需要其他能级，通过控制该亮度的强度来得到不同亮度能级就能够进行实验室辐射定标测试就成为一个可以探索的方向。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种通过调节大口径可变光阑系统开口直径控制光源出光强度的方式实现实验室辐射定标的实验需求，并且可以做到快速实验、快速检查以保证实验数据的有效性的一种光阑控光式动态实验室辐射定标装置。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.本发明的一种光阑控光式动态实验室辐射定标装置，该装置包括：
7.出光装置；
8.均光积分球，所述均光积分球的入光端接收出光装置发出的光线；
9.大口径可变光阑系统，所述大口径可变光阑系统设置于均光积分球的入光端和出光装置的出光端之间；所述大口径可变光阑系统包括相扣合的后盖铆接固定座和前盖滑动轨道固定座，后盖铆接固定座和前盖滑动轨道固定座之间设置有光阑片组和滑动环，所述滑动环的转动带动光阑片组上的光阑片运动。
10.进一步的，所述滑动环包括环形主体，所述环形主体的内壁向内凹陷形成多个滑动凹槽，所述滑动凹槽的数目与光阑片的数目相同；每个所述光阑片均包括弧形主体，所述弧形主体的一端的外侧设置有固定铆接导钉，弧形主体的另一端外侧具有延伸导引端，所述延伸导引端的外侧设置有活动销钉，所述活动销钉伸入对应的滑动凹槽内。
11.优选的，所述光阑片的数目为十六个，十六个所述光阑片排布成环形结构，当滑动环转动时，通过活动销钉带动十六个光阑片的另一端运动。
12.进一步的，所述后盖铆接固定座的内侧面中部开设有多个固定销孔，多个所述固定销孔环形设置，所述固定铆接导钉安装于对应的固定销孔内，所述后盖铆接固定座安装于出光装置的出光端。
13.进一步的，所述前盖滑动轨道固定座的内侧面开设有弧形滑动轨道，所述活动销钉穿过对应滑动凹槽并能够在该弧形滑动轨道内移动，当活动销钉移动到滑动轨道的两端时，光阑片将滑动环中部的透光孔全部打开或完全封闭。
14.进一步的，所述前盖滑动轨道固定座的一侧设置有步进电机，所述步进电机的输出端与减速齿轮连接，减速齿轮与滑动环外壁上的齿轮啮合连接。
15.进一步的，所述前盖滑动轨道固定座与均光积分球的入光端设置有连接通道，所述连接通道为可伸缩式结构。
16.进一步的，所述前盖滑动轨道固定座与连接通道之间安装有透光板，所述透光板、连接通道、前盖滑动轨道固定座、后盖铆接固定座和滑动环同轴设置。
17.优选的，所述出光装置为灯源和积分球构成的出光积分球或led灯阵。
18.进一步的，所述均光积分球的上靠近出光端位置处安装有小型光谱仪，所述均光积分球设置于减震升降台上，所述均光积分球的出光端发出的光线进入被测传感器的入光端，所述被测传感器设置于隔振置物台上，所述隔振置物台设置于减震升降台上。
19.在上述技术方案中，本发明提供的一种光阑控光式动态实验室辐射定标装置，具有以下有益效果：
20.1、本技术通过调节大口径可变光阑系统开口直径控制光源出光强度的方式实现实验室辐射定标的实验需求，并且可以做到快速实验、快速检查以保证实验数据的有效性。
21.2、本技术通过调节大口径可变光阑系统开口直径控制光源出光强度还可以在卫星发射前对其进行在轨状态的模拟辐射定标测试，能够在保证实验室辐射定标设备精度优势的前提下，实现实验室定标数据与在轨定标的定标数据的通用性。
22.3、使实验室辐射定标具有更广泛的应用，更加能反映真实的工作状态。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明实施例1提供的一种光阑控光式动态实验室辐射定标装置的俯视图；
25.图2为图1中均光积分球和出光积分球的连接结构分解结构示意图；
26.图3为图2中大口径可变光阑系统的分解结构示意图；
27.图4为图2中后盖铆接固定座的主视图；
28.图5为图2中光阑片组的主视图；
29.图6为图2中滑动环的主视图；
30.图7为图2中前盖滑动轨道固定座的后视图；
31.图8为图5中光阑片的主视图；
32.图9为图8的侧视图；
33.图10为图2中大口径可变光阑系统完全打开时的大口径可变光阑系统和滑动环以及弧形滑动轨道的连接结构示意图；
34.图11为图2中大口径可变光阑系统打开一半时的大口径可变光阑系统和滑动环以及弧形滑动轨道的连接结构示意图；
35.图12为图2中大口径可变光阑系统完全封闭时的大口径可变光阑系统和滑动环以及弧形滑动轨道的连接结构示意图；
36.图13为图2中大口径可变光阑系统与滑动环的连接结构示意图；
37.图14为图13中大口径可变光阑系统与滑动环的连接状态一的主视图；
38.图15为图13中大口径可变光阑系统与滑动环的连接状态二的主视图；
39.图16为图13中大口径可变光阑系统与滑动环的连接状态三的主视图；
40.图17为图13中大口径可变光阑系统与滑动环的连接状态四的主视图；
41.图18为图2中连接通道伸展时的主视图；
42.图19为图3中连接通道缩回时的主视图；
43.图20为本发明实施例2提供的一种光阑控光式动态实验室辐射定标装置的俯视图；
44.图21为图20中led灯阵的主视图；
45.图22为图20中led灯阵的立体图；
46.图23为图20中led灯阵的后视图。
47.附图标记说明：
48.10、均光积分球；11、小型光谱仪；12、减震升降台；13、被测传感器；14、隔振置物台；
49.20、大口径可变光阑系统；21、光阑片组；22、滑动环；23、光阑片；24、后盖铆接固定座；25、前盖滑动轨道固定座；
50.220、环形主体；221、滑动凹槽；222、透光孔；223、齿轮；
51.230、弧形主体；231、固定铆接导钉；232、延伸导引端；233、活动销钉；
52.240、固定销孔；
53.250、弧形滑动轨道；251、步进电机；252、减速齿轮；
54.30、连接通道；
55.40、透光板；
56.50、出光积分球；
57.60、led灯阵。
具体实施方式
58.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
59.参见图1-2所示；
60.本发明实施例1所述的一种光阑控光式动态实验室辐射定标装置，该装置包括：
61.出光积分球50；
62.均光积分球10，所述均光积分球10的入光端接收出光积分球50的出光端发出的光线；出光积分球10能够发射出的漫反射光线，可常用于航空、航天等大口径、大视场遥感器的辐射定标；特点是输出能量大，面均匀性和角度特性优于标准灯系统；
63.大口径可变光阑系统20，所述大口径可变光阑系统20设置于均光积分球10的入光端和出光装置的出光端之间；所述大口径可变光阑系统20包括相扣合的后盖铆接固定座24和前盖滑动轨道固定座25，后盖铆接固定座24和前盖滑动轨道固定座25之间设置有光阑片组21和滑动环22，所述滑动环22的转动带动光阑片组21上的光阑片23运动。
64.本技术采用灯源和积分球构成的出光积分球50作为光源与大口径可变光阑系统20的组合，通过改变大口径可变光阑系统20的光阑片组21的开口(出光口)直径，进而控制从出光积分球50反射出的均匀光强度达到不同能级的变化，然后再通过一个均光积分球10把不同能级的光再次均光处理后传递给被测遥感器13进行测试，由于只采用出光积分球50的一个能级进行测试，所以可以在该亮度能级稳定后通过大口径可变光阑系统20出光口变化(输出光通过量线性的递增或递减)进行实时持续的辐射定标测试，同时也能够实现在不改变实验室积分球实际工作的情况下达到模拟在轨环境的遥感器测试效果；大口径可变光阑系统20为1.2m开口直径的可变光阑。
65.参见图1-17所示；
66.所述滑动环22包括环形主体220，所述环形主体220的内壁向内凹陷形成多个滑动凹槽221，所述滑动凹槽221的数目与光阑片23的数目相同；每个所述光阑片23均包括弧形主体230，所述弧形主体230的一端的外侧设置有固定铆接导钉231，弧形主体230的另一端外侧具有延伸导引端232，所述延伸导引端232的外侧设置有活动销钉233，所述活动销钉233伸入对应的滑动凹槽221内；所述光阑片23的数目为十六个，十六个所述光阑片23排布成环形结构，当滑动环22转动时，其通过活动销钉233带动十六个光阑片23的另一端运动；延伸导引端232主要是为了让滑动轨道250以及滑动环22的滑动凹槽不至于对整个运动过程进行遮挡。使其可以进行一个完成整个大口径变化过程。
67.当滑动环22绕大口径可变光阑系统20中心旋转时，其上的滑动凹槽221拨动活动销钉233，使光阑片23进行以固定铆接导钉231中心为支点的摆动，进而使光阑片23内圆弧边组成的通光孔就由大变小或有小变大了。
68.所述后盖铆接固定座24的内侧面中部开设有多个固定销孔240，多个所述固定销孔240环形设置，所述固定铆接导钉231安装于对应的固定销孔240内，所述后盖铆接固定座24安装于出光积分球50的出光端，将固定铆接导钉231插入到后盖铆接固定座24的固定销孔240内，使固定铆接导钉231只能绕固定销孔240中心转动。
69.参见图3-7所示；
70.所述前盖滑动轨道固定座25的内侧面开设有弧形滑动轨道250，所述活动销钉233穿过对应滑动凹槽221并能够在该弧形滑动轨道250内移动，当活动销钉233移动到滑动轨道的两端时，光阑片23将滑动环22中部的透光孔222全部打开或完全封闭。
71.所述前盖滑动轨道固定座25的一侧设置有步进电机251，所述步进电机251的输出端与减速齿轮252连接，减速齿轮252与滑动环22外壁上的齿轮223啮合连接。光阑片组21的开合状态通过步进电机251转动带动减速齿轮252和滑动环33转动，进而带动光阑片组21转动，实现对整体大口径可变光阑系统20的开合控制。弧形滑动轨道250能够确保光阑片23行
走距离，控制光阑片组21开合最大和最小航程。
72.该十六个光阑片23与弧形滑动轨道250组成形成一组通过大口径可变光阑系统20中心连接圆弧每22.5
°
放置，构成整体光阑片组21，通过滑动环22转动带动活动销钉233转动，能够使光阑片23做到在出光积分球50出光口边缘到出光口中心的移动，具备最大量程(直径1.2m)的可调范围，通过对光阑片组21上十六个光阑片23的整体移动对整个出光积分球50出光口的精密遮挡能力。
73.参见图1、18-19所示；
74.所述前盖滑动轨道固定座25与均光积分球10的入光端设置有连接通道30，所述连接通道30为可伸缩式结构。该连接通道30使用硬性较好的不透光硅胶材料，可以实现软性的折叠确保持其水平平稳，通过折叠功能控制连接通道30长度，方便对不同型号大小的卫星进行出光口的对接。
75.参见图1-2所示；
76.所述前盖滑动轨道固定座25与连接通道30之间安装有透光板40，所述透光板40、连接通道30、前盖滑动轨道固定座24、后盖铆接固定座25和滑动环22同轴设置，均光积分球50均光后的光线穿过前盖滑动轨道固定座25中部，并经由光阑片组21调整后光线通过的大小范围后，经前盖滑动轨道固定座25的中部、透射板40及连接通道30进入均光积分球10；出光积分球150、大口径可变光阑系统20、连接通道30、透光板40和均光积分球10之间为不透光的连接形式，连接通道30的两端分别具有多个安装耳板，安装耳板与对应的连接部件之间通过螺栓连接。通过选择不同透射率的透射板40形成对大气层反射率的模拟，让定标的功能更广泛，使得本技术装置可以进行对大气反射率的模拟测试。
77.参见图1-20所示；
78.所述均光积分球10的上靠近出光端位置处安装有小型光谱仪11，所述均光积分球10设置于减震升降台12上，所述均光积分球10的出光端发出的光线进入被测传感器13的入光端，所述被测传感器13设置于隔振置物台14上，所述隔振置物台14设置于减震升降台12上。工作时，通过小型光谱仪11实时监测通过大口径可变光阑系统20后进入均光积分球10光源的辐亮度信息，用于绝对辐射定标系数的计算。小型光谱仪11探测点放置于出光口同一平面，使其可以更准确的接收均光积分球10输出的均匀光源。
79.参见图20-23所示；
80.本发明实施例2所述的一种光阑控光式动态实验室辐射定标装置，该装置与实施例1的区别在于用led灯阵60替换了出光积分球50。通过led灯阵60替代出光积分球50来进行光源的输出从而进行辐射定标测试，不受限于空间位置，可以进行快速辐射定标以及焦面的测试。
81.本技术出光装置为贴片式led发光源组成的led灯阵60，led光源具有体积小，寿命长，效率高等有点，可以连续使用长达10万个小时，可以持续输出稳定的光源。该led灯阵60运用多组进风口与出风口的组合，形成合理的风流通通道，通过四个多扇叶静音风扇组成的风扇灯源进行散热，增加led灯源寿命的同时减少噪声的干扰。
82.本技术的辐射定标方法包括以下步骤：
83.1、出光积分球50或led灯阵60打开、并调至测试能级(出光积分球50设定1.2m口径能级1)；
84.2、被测传感器13设置工况准备采集数据。
85.3、大口径可变光阑系统20复位；
86.4、根据遥感器采图频率设定大口径可变光阑系统20的开合速度；
87.5、响应度测试、大口径可变光阑系统20开合过程中被测传感器13开始采集图像；
88.6、小型光谱仪11在遥感器当次采图过程中同时采集并保存辐亮度信息；
89.7、采集完成，复位大口径可变光阑系统20，准备下一个工况的测试；
90.8、重复性测试：开合大口径可变光阑系统20，当大口径可变光阑系统20开口直径使图像灰度值达到50％饱时保持该出光口大小，遥感器开始多次上下电成像，保存各谱段半饱和图像数据；
91.9、温漂测试：开合大口径可变光阑系统20，当大口径可变光阑系统20开口直径使图像灰度值达到50％饱时保持该角度，遥感器上电后连续多次成像一定时间，保存各谱段半饱和图像数据与每次成像时的温度数据。当处于暗场时同样方法保存暗场图像；
92.10、行时间线性度测试：开合大口径可变光阑系统20，当大口径可变光阑系统20开口直径使当前谱段图像灰度值达到50％饱时保持该角度，通过改变行时设置进行图像采集，保存各谱段图像数据；
93.还可以根据传感器各类特性参数的测试方法进行传感器焦面测试。
94.辐射定标计算方法包括以下步骤：
95.1、通过采集后图像的每个像素与整图灰度值变化计算相对辐射定标系数；
96.2、辐射定标方法中的小型光谱仪11保存辐亮度数据与采集图像数据的灰度值拟合计算绝对辐射定标系数；
97.3、通过相同工况半饱和时多次上下电图像数据的计算平均标准差系数即为重复性系数；
98.4、通过亮度不变工况一定的情况下连续成像亮场与暗场图像数据和温度数据通过温漂公式计算温漂系数；
99.5、通过相同工况改变行时间的变化与采集的图像灰度值数据拟合计算得到行时间线性度系数。
100.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。