最小温度分辨力测试装置及其测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了一种标准装置，具体涉及一种最小温度分辨力测试装置及其测试方 法。
【背景技术】
[0002] 在对红外成像系统性能评价时，通常使用最小可分辨温差作为最主要参数，并通 过面辐射源这类可变温差目标发生器组成的测试系统进行测试。但是传统的可变温差目标 发生器在应用中受到温差调节的限制。由于在调节面辐射源温度时，靶标与环境、靶标与面 源之间分别存在着换热，这种换热显著影响到温差调节的灵活程度和准确程度，并限制了 温差发生器可形成的最小温差和最大温差。同时，靶标和黑体的组合决定了无法获得连续 可调的温差，这在很大程度上限制针对红外热成像设备的测试能力，无法使得测试更完备 和彻底。因此，需要一个能解决温差调节问题的最小温度分辨力测试系统。
【发明内容】
[0003] 本发明针对现有技术的不足，提供了一种最小温度分辨力测试装置及其测试方法
[0004] 为解决以上问题，本发明采用了以下技术手段：
[0005] 所述的最小温度分辨力测试装置，包括表观温度温差发生装置，环境辐射过滤装 置，灰体红外辐射衍射装置。
[0006] 所述的表观温度温差发生装置，包括多空腔矩形灰体，热电偶，所述热电偶位于矩 形灰体内部，通过从矩形灰体底部的孔洞外接电源线供电。
[0007]所述环境辐射过滤装置为反射罩。所述反射罩将表观温度温差发生装置的上表面 遮盖住，反射罩的圆形孔径正对着表观温度温差发生装置。
[0008] 所述灰体辐射衍射装置为光栅。所述光栅位于反射罩圆形孔径处。
[0009] 用于红外成像系统性能评价的测试方法，包括以下步骤：
[0010] 1.根据红外成像系统的对最小分辨力的需要，选择适当的多空腔矩形灰体。
[0011] 2 .对热电偶供电，将表观温度温差发生装置加热到一个特定的温度，并保持一段 时间。
[0012] 3.将红外成像系统的镜头安装到反射罩的圆形孔径内，保持镜头紧贴圆形孔径。
[0013] 4.通过红外成像系统拍摄红外热成像照片，并将此照片导出到热成像照片处理软 件中分析。
[0014] 5.通过分析比对，可以得出此红外热像系统的最小温度分辨力。
[0015] 本发明的有益效果在于:在特定温度范围和光谱范围，本装置具有灰体辐射特性， 不仅能解决温差调节问题，还可用作红外成像系统性能测试的靶标、材料发射率测量的参 考物。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的装置结构图。
[0017] 图2为本发明的表观温度温差发生装置结构图。
[0018] 图3为本发明的表观温度温差发生装置单元内矩形腔与矩形翅结构示意图。
[0019]图中：1、表观温度温差发生装置，2、环境辐射过滤装置，3、灰体红外辐射衍射装 置，4、红外成像系统，5、多空腔矩形灰体，6、热电偶(安装于灰体内部）。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0021] 如图1所示，表观温度温差发生装置1被安装于环境辐射过滤装置2中，并处于中心 地带。正对着表观温度温差发生装置的是环境辐射过滤装置的圆形孔径，当这个孔径被堵 上时，环境辐射过滤装置的内部是密闭的，这时将不会有环境辐射对测试产生干扰，同时表 观温度温差发生装置所辐射的红外辐射也不会向外界辐射。在这个孔径上，放入灰体红外 辐射衍射装置3,采用光栅，它能衍射所需波长的红外光线。在对红外成像系统4测试时，需 将镜头安装到反射罩的圆形孔径内，保持镜头紧贴圆形孔径。
[0022] 如图2所示，本发明的表观温度温差发生装置由多空腔矩形灰体5和热电偶6组成， 多空腔矩形灰体为固定发射率ε的金属，上表面分为A、B、C、D这4个区域。每个区域开有确定 深度和宽度比例的矩形腔，腔与腔之间间隔为矩形翅，腔与翅在区域内占空比均匀布置。不 同区域空腔的深度不同，此区域的整体发射率ε便不同，在表观温度温差发生装置整体处于 同一温度的时候，各个区域表现出不同的辐射特性，从而解决了可变目标温差发生器温差 调节的问题。当控制各区域空腔深度为具体数值，此区域的整体发射率ε随之改变，由于发 射率 ￡与深度存在定量的关系，所以能实现对最小温度分辨力大小的控制，即可以给不同精 度或者不同等级的红外热像系统提供最小温度分辨力测试。
[0023] 如图3所示，单元的上表面是复合表面，由空腔腔面和翅体端面组成。单元复合表 面的辐射依赖于腔的几何形状以及材料表面辐射特性。几何上选择了矩形腔和矩形翅的组 合。其中腔体宽度w和翅体宽度d，其尺度应满足如下要求:若干条腔与翅组合能够被红外热 像系统的探测器的单个像素所覆盖。这样才能保证单个像素所探测的能量与复合表面的平 均有效发射率存在比例关系。这时，单元复合表面的平均有效发射率可以用下式表示： .， 心 Si +心。·氕2
[0024] -? =--?ν (S +Α )- + (1 )
[0025] 其中，ε。是单个空腔的发射率。
[0026] 为使复合表明更接近灰体，制作中总是希望d在可能的加工工艺下尽可能小。如果 引入参数1" = 则有：
[0027] Ai，2 = kSi (2)
[0028] 这时对于固定的腔深h，有： ε + ke
[0029] ='--- k + 1 (3)
[0030] 当k确定时，选择不同的k，即可以获得期望的h。
[0031] 当已知材料的表面发射率ε时，可以通过计算获得ε。。对于矩形腔，几何参数对于￡。 的影响，可以归因于一个形状因子并用一个单值函数来表示，形状因子定义为X: h
[0032] X = - w (4)
[0033] 也就是说，改变深度与宽度之比，可以获得期望的ε。，进而获得期望的￡(3。所以，通 过改变不同区域的发射率，能在红外热像系统捕捉到的表观温度温差发生装置的热像图看 到中，每个区域有着各不相同的热图像，再根据以上原理，便可测出红外热像系统的最小温 度分辨力。
【主权项】
1. 最小温度分辨力测试系统装置，其特征在于:包括表观温度温差发生装置，环境辐射 过滤装置和灰体红外辐射衍射装置； 所述的表观温度温差发生装置，包括多空腔矩形灰体，热电偶，所述热电偶位于矩形灰 体内部，通过从矩形灰体底部的孔洞外接电源线供电； 所述环境辐射过滤装置为反射罩;所述反射罩将表观温度温差发生装置的上表面遮盖 住，反射罩的圆形孔径正对着表观温度温差发生装置； 所述灰体辐射衍射装置为光栅;所述光栅位于反射罩圆形孔径处。2. 根据权利要求1所述的最小温度分辨力测试系统装置，其特征在于:所述的多空腔矩 形灰体均分为多个区域;每个区域的上表面开有确定深度和宽度比例的矩形腔，腔与腔之 间间隔为矩形翅，腔与翅在区域内占空比均匀布置;不同区域空腔的深度不同，从而使得每 个区域的发射率不同。3. 用于权利要求1所述的最小温度分辨力测试装置的测试方法，其特征在于包括以下 步骤： 1) 根据红外成像系统的对最小温度分辨力的需要，选择适当的多空腔矩形灰体； 2) 对热电偶供电，将表观温度温差发生装置加热到一个设定的温度，并保持一段时间； 3) 将红外成像系统的镜头安装到反射罩的圆形孔径内，保持镜头紧贴圆形孔径； 4) 通过红外成像系统拍摄红外热成像照片，并将此照片导出到热成像照片处理软件中 分析； 5) 通过分析比对，得出此红外热像系统的最小温度分辨力。
【专利摘要】本发明公开了一种最小温度分辨力测试装置及其测试方法。现有的可变温差目标发生器存在比较严重的温差调节问题，限制了温差发生器可形成的最小温差和最大温差。本发明最核心为组合式多矩形空腔结构的表观温度温差发生装置，这种结构的发生装置可以作为近似灰体辐射源，且每个单元表面的发射率不同，通过组合单元形成不同发射率分布的混合表面。通过改变发生装置制作材料、改变矩形空腔的深度与宽度之比、改变空腔水平面上腔面面积与非空腔面积占空比，可调整单元表面的发射率。在特定温度范围和光谱范围，本发明具有灰体辐射特性，不仅能解决温差调节问题，还可用作红外成像系统性能测试的靶标、材料发射率测量的参考物。
【IPC分类】G01J5/52
【公开号】CN105547496
【申请号】CN201610073037
【发明人】李文军, 徐永达
【申请人】中国计量学院
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年2月2日