适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置，包括低温真空冷舱，低温真空冷舱内部布置由低温控制反射式斩波器、低温电机、液氮制冷辐射体、设定发射率控温辐射体、被测红外辐射体、红外镜头、冷光阑和红外探测器组成的光学探测设备；低温真空冷舱外部布置由信号处理机构、驱动控制机构和温度控制机构组成的控制设备。本发明专利技术采用上述结构的适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置，首先采用设定发射率、温度和辐射光谱的辐射体对测量装置进行标定，得到信号幅值与探测波段内辐射功率的关系，再使用测量装置对被测目标进行测量，根据标定的对应关系即可准确测得目标的辐射强度，从而实现了微弱红外目标辐射的测量。

【技术实现步骤摘要】
适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置及方法
本专利技术涉及一种红外光学技术，尤其涉及一种适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置及方法。
技术介绍
随着红外探测技术的发展，先进红外探测装置可实现对空间目标的远距离探测。为了在其研制、生产和使用生命周期内对探测性能进行测试，往往需要在地面建立相应的测试环境，即使用低温真空冷舱模拟太空环境，并构建微弱红外辐射系统模拟红外目标。对所构建红外目标的辐射出射度进行测量和标定，使其保持正常稳定状态，是后续先进红外探测装置性能实验的基础。而对微弱红外目标辐射性能的准确测量一直是一个技术难点。因为周围任意具有温度的物体均为红外辐射体，导致目标的辐射信号淹没在背景中，且测量结果中的背景辐射量较难剔除，特别是当到达探测器处的辐射功率低于探测器噪声等效功率时，很难从高的直流背景和随时间起伏的噪声中获得目标的辐射量。此外，目前常用的测量装置也难以满足低冷、真空的冷舱工作环境要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置，首先采用设定发射率、温度和辐射光谱的辐射体对测量装置进行标定，得到信号幅值与探测波段内辐射功率的关系，再使用测量装置对被测目标进行测量，根据标定的对应关系即可准确测得目标的辐射强度，从而实现了微弱红外目标辐射的测量。为实现上述目的，本专利技术提供了适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置，包括低温真空冷舱以及分别与所述低温真空冷舱连接的抽真空机构和液氮制冷机构，所述低温真空冷舱内部布置有光学探测设备，所述光学探测设备包括低温控制反射式斩波器、低温电机、液氮制冷辐射体、设定发射率控温辐射体、被测红外辐射体、红外镜头、冷光阑和红外探测器；所述低温真空冷舱外部布置有控制设备，所述控制设备包括信号处理机构、驱动控制机构和温度控制机构；对应所述低温控制反射式斩波器的反射板的正面分别布置有所述设定发射率控温辐射体和所述被测红外辐射体，所述设定发射率控温辐射体和所述被测红外辐射体分别固定于平移台的两端，所述低温控制反射式斩波器的反射板的反面与所述液氮制冷辐射体紧贴；所述低温控制反射式斩波器、所述红外镜头、所述冷光阑与所述红外探测器经光路依次连通，所述红外探测器的信号输出端与所述信号处理机构相连，所述低温控制反射式斩波器还经所述低温电机与所述驱动控制机构连接，所述低温控制反射式斩波器、所述低温电机、所述液氮制冷辐射体、所述设定发射率控温辐射体和所述红外探测器均与所述温度控制机构相连；所述低温电机还与所述驱动控制机构相连，所述驱动控制机构包括电机驱动器和电机控制器。优选的，所述低温控制反射式斩波器的辐射面法线与所述红外镜头的光轴夹角为45°。优选的，所述温度控制机构包括液氮制冷循环系统和与所述液氮制冷循环系统相连的温度控制系统，所述液氮制冷循环系统还分别与所述低温电机、所述液氮制冷辐射体和所述红外探测器相连，所述温度控制系统还分别与所述设定发射率控温辐射体、所述低温控制反射式斩波器和所述液氮制冷辐射体相连。优选的，所述液氮制冷辐射体表面贴附有第一测温传感器，所述低温电机的电机轴上贴附有第二测温传感器，所述第一测温传感器和所述第二测温传感器均与所述液氮制冷循环系统相连，所述第一测温传感器和所述第二测温传感器均为测温电阻。优选的，所述信号处理机构包括依次与所述红外探测器相连的低噪声信号放大器、高分辨率信号采集器、信号预处理系统、用于检测微弱信号的混沌检测系统和输出显示系统。优选的，所述红外探测器为经液氮制冷的碲镉汞探测器，其峰值波长处的D*值为3×1010；所述高分辨率信号采集器为24位高分辨率信号采集器；所述混沌检测系统为混沌Duffing振子系统。优选的，所述低温控制反射式斩波器的反射板的正反两面均设置为反射面，所述反射面由低线性膨胀系数材料制成，所述低线性膨胀系数材料为铟钢；所述低温控制反射式斩波器经铟钢轴套与所述低温电机的电机轴连接；所述反射面的直径为120mm。优选的，所述液氮制冷辐射体的材质为纯铜，尺寸为100mm×100mm，且所述液氮制冷辐射体内部设有液氮制冷管路，所述液氮制冷管路经分别开设于所述液氮制冷辐射体顶端的入口和出口与所述液氮制冷循环系统连通。基于低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置的方法，包括以下步骤：S1、对低温真空冷舱抽真空首先经抽真空机构将低温真空冷舱内的真空度抽至10-3Pa，然后开启液氮制冷机构，将低温真空冷舱内的温度降至100K；S2、辐射体温度设定打开液氮制冷循环系统和温度控制系统，将液氮制冷辐射体的温度控制在80K，同时将设定发射率控温辐射体的温度控制在100K，在此过程中因低温控制反射式斩波器紧贴液氮制冷辐射体，故依靠液氮制冷辐射体将其温度控制在液氮温度；S3、对装置进行标定S31、开启电机驱动器和电机控制器，将低温控制反射式斩波器转出探测视场，同时开启高分辨率信号采集器对此时的背景信号进行采集，聚焦至冷光阑，而后经红外探测器将采集的信号传递至信号处理机构的混沌系统；S32、获得仅有预处理后背景信号输入情况下混沌系统的状态变化阈值，并记为A0；S33、经平移台将设定发射率控温辐射体辐射移入低温控制反射式斩波器的视场；S34、开启设定发射率控温辐射体，并经温度控制机构设置设定发射率控温辐射体温度为温度T，此时控制低温电机以固定转速运动，通过高分辨率信号采集器对设定发射率控温辐射体辐射并经过低温控制反射式斩波器斩波调制的信号进行采集，然后经信号预处理系统和传递至混沌检测系统；S35、混沌系统获得调制信号和背景信号同时输入情况下混沌系统的状态变化阈值，并记为A(T)；S36、对两次探测采集的辐射来源进行分析可得Ad＝A(T)-A0＝C·(Ps+Pm-Pb)其中，Ad为调制信号和背景信号同时输入情况下的信号幅值，Ps为设定发射率控温辐射体的辐射功率，Pm为低温控制反射式斩波器的辐射功率，Pb为液氮制冷辐射体的辐射功率，C为响应常数，由于低温控制反射式斩波器和液氮制冷辐射体的温度始终稳定控制在一固定值，因此为常数，由此当设定发射率控温辐射体的温度改变时，将得到Ad与设定发射率控温辐射体的辐射功率之间的关系曲线；S37、将设定发射率控温辐射体辐射移出低温控制反射式斩波器的视场；S4、对被测目标进行测量S41、将被测红外辐射体移入低温控制反射式斩波器的视场；S42、控制低温电机以固定转速运转，同时开启高分辨率信号采集器对被测红外辐射体的辐射进行采集，聚焦至冷光阑，而后经红外探测器将采集的信号传递至信号处理机构的混沌系统；S43、获得被测调制信号和背景信号同时输入情况下混沌系统的状态变化阈值，并记为A2；S44、计算A′d＝A2-A0＝C·(Pw+Pm-Pb)其中，Ad′为被测调制信号和背景信号同时输入情况下的信号幅值；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置，包括低温真空冷舱以及分别与所述低温真空冷舱连接的抽真空机构和液氮制冷机构，其特征在于：所述低温真空冷舱内部布置有光学探测设备，所述光学探测设备包括低温控制反射式斩波器、低温电机、液氮制冷辐射体、设定发射率控温辐射体、被测红外辐射体、红外镜头、冷光阑和红外探测器；/n所述低温真空冷舱外部布置有控制设备，所述控制设备包括信号处理机构、驱动控制机构和温度控制机构；/n对应所述低温控制反射式斩波器的反射板的正面分别布置有所述设定发射率控温辐射体和所述被测红外辐射体，所述设定发射率控温辐射体和所述被测红外辐射体分别固定于平移台的两端，所述低温控制反射式斩波器的反射板的反面与所述液氮制冷辐射体紧贴；/n所述低温控制反射式斩波器、所述红外镜头、所述冷光阑与所述红外探测器经光路依次连通，所述红外探测器的信号输出端与所述信号处理机构相连，所述低温控制反射式斩波器还经所述低温电机与所述驱动控制机构连接，所述低温控制反射式斩波器、所述低温电机、所述液氮制冷辐射体、所述设定发射率控温辐射体和所述红外探测器均与所述温度控制机构相连；/n所述低温电机还与所述驱动控制机构相连，所述驱动控制机构包括电机驱动器和电机控制器。/n...

【技术特征摘要】
1.一种适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置，包括低温真空冷舱以及分别与所述低温真空冷舱连接的抽真空机构和液氮制冷机构，其特征在于：所述低温真空冷舱内部布置有光学探测设备，所述光学探测设备包括低温控制反射式斩波器、低温电机、液氮制冷辐射体、设定发射率控温辐射体、被测红外辐射体、红外镜头、冷光阑和红外探测器；
所述低温真空冷舱外部布置有控制设备，所述控制设备包括信号处理机构、驱动控制机构和温度控制机构；
对应所述低温控制反射式斩波器的反射板的正面分别布置有所述设定发射率控温辐射体和所述被测红外辐射体，所述设定发射率控温辐射体和所述被测红外辐射体分别固定于平移台的两端，所述低温控制反射式斩波器的反射板的反面与所述液氮制冷辐射体紧贴；
所述低温控制反射式斩波器、所述红外镜头、所述冷光阑与所述红外探测器经光路依次连通，所述红外探测器的信号输出端与所述信号处理机构相连，所述低温控制反射式斩波器还经所述低温电机与所述驱动控制机构连接，所述低温控制反射式斩波器、所述低温电机、所述液氮制冷辐射体、所述设定发射率控温辐射体和所述红外探测器均与所述温度控制机构相连；
所述低温电机还与所述驱动控制机构相连，所述驱动控制机构包括电机驱动器和电机控制器。


2.根据权利要求1所述的适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置，其特征在于：所述低温控制反射式斩波器的辐射面法线与所述红外镜头的光轴夹角为45°。


3.根据权利要求1所述的适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置，其特征在于：所述温度控制机构包括液氮制冷循环系统和与所述液氮制冷循环系统相连的温度控制系统，所述液氮制冷循环系统还分别与所述低温电机、所述液氮制冷辐射体和所述红外探测器相连，所述温度控制系统还分别与所述设定发射率控温辐射体、所述低温控制反射式斩波器和所述液氮制冷辐射体相连。


4.根据权利要求3所述的适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置，其特征在于：所述液氮制冷辐射体表面贴附有第一测温传感器，所述低温电机的电机轴上贴附有第二测温传感器，所述第一测温传感器和所述第二测温传感器均与所述液氮制冷循环系统相连，所述第一测温传感器和所述第二测温传感器均为测温电阻。


5.根据权利要求1所述的适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置，其特征在于：所述信号处理机构包括依次与所述红外探测器相连的低噪声信号放大器、高分辨率信号采集器、信号预处理系统、用于检测微弱信号的混沌检测系统和输出显示系统。


6.根据权利要求5所述的适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置，其特征在于：所述红外探测器为经液氮制冷的碲镉汞探测器，其峰值波长处的D*值为3×1010；
所述高分辨率信号采集器为24位高分辨率信号采集器；
所述混沌检测系统为混沌Duffing振子系统。


7.根据权利要求1所述的适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置，其特征在于：所述低温控制反射式斩波器的反射板的正反两面均设置为反射面，所述反射面由低线性膨胀系数材料制成，所述低线性膨胀系数材料为铟钢；
所述低温控制反射式斩波器经铟钢轴套与所述低温电机的电机轴连接；
所述反射面的直径为120mm。


8.根据权利要求1所述的适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置，其特征在于：所述液氮制冷辐射体的材质为纯铜，尺寸为100mm×100mm，且所述液氮制冷辐射体内部设有液氮制冷管路，所述液氮制冷管路经分别开设于所述液氮制冷辐射体顶端的入口和出口与所述液氮制冷循环系统连通。


9.一种基于上述权利要求1-9任一项所述的适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王欣，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11