一种氧气吸收率测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种氧气吸收率测量装置和测量方法。测量装置的结构包括光谱通道模块、目标辐射强度探测模块、目标瞄准模块、数据分析模块和光轴校准平台。在光谱通道模块中，利用三片透光波段分别位于氧气A吸收带的左带肩、吸收带内和右带肩光谱范围内的滤光片，获取目标辐射在氧气A吸收带内及左右带肩的光谱信息，利用光电倍增管进行光电转换，根据吸收带左右带肩的目标辐射强度值，插值拟合出吸收带内的基线强度值，吸收带内辐射强度测量值比上基线强度值，即为氧气吸收率。本发明专利技术可快速获取目标辐射在路径传输过程中的氧气吸收率，为解算目标距离提供准确的吸收率参数，并能够极大地促进基于氧气吸收被动测距技术的工程实用化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于氧气吸收的被动测距装置，具体地说是一种氧气吸收率测量装置及测量方法。
技术介绍
基于氧气吸收的被动测距技术，是一种利用大气中氧气A吸收带(12820-13245cm-1/758-778nm)辐射光谱吸收衰减特性，针对飞机、导弹等发动机尾焰目标进行远程测距及预警的技术，具有隐蔽性强、可靠性高、不易受气候环境影响等优势，成为近年来各国研究热点。该技术于2005年由Michael R.Hawks首次提出，建立了以带模式方法为基础的测距理论模型，并对该技术方法进行可行性验证[Michael R.Hawks,Glen P.Perram.Passive ranging of emissive targets using atmospheric oxygen absorption lines[J].Proceedings of SPIE,2005,Vol.5811:112-122]。2009至2011年间，美国空军技术研究所、爱德华兹空军基地等多家机构，开展了针对F-16战机和Falcon9运载火箭尾焰目标进行被动测距实验，进一步验证了该测距方法的有效性[R.Anthony Vincent,Passive Ranging of Dynamic Rocket Plumes Using Infrared and Visible Oxygen Attenuation[D].Air Force Institute of Technology(AU),March 2011]。国内2013年中北大学围绕逐线积分法建立了氧气吸收率与路径长度关系模型，并对该模型和测量方法申请了CN201310745316.9“基于氧气吸收和多元回归的高速被动测距方法”和CN201410083772.6“基于目标红外辐射光谱和带模式的被动测距方法”两项专利技术专利。利用大气中氧气对目标辐射的吸收衰减特性来实现目标距离测量，其核心技术之一是如何准确测量目标的氧气吸收率。目前，绝大部分研究工作都是借助于高光谱仪系统来获取目标的光谱信息，进而计算出目标的氧气吸收率。由于高光谱仪在采集光谱信息过程中大多需要进行光谱扫描，扫描过程时间较长，导致使用高光谱仪的测距系统的实时性较低，无法满足工程实用需要，且高光谱仪本身就是一种科研实验设备，并非工程应用装备，其价格昂贵，也不适合批量生产。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种氧气吸收率测量装置，以解决目标氧气吸收率测量的实时性低和缺少工程应用测量装备的问题。本专利技术的目的是这样实现的：一种氧气吸收率测量装置，包括光谱通道模块、目标辐射强度探测模块、目标瞄准模块和数据分析模块；所述目标辐射强度探测模块与所述光谱通道模块安装在同一个壳体中。所述光谱通道模块包括光学镜头、滤光镜架、步进电机和传动装置；在所述滤光镜架上开有四个透光孔，在其中的三个透光孔上分别安装有滤光片；三个滤光片的透光波段，第一个位于氧气A吸收带的左带肩的光谱范围内，第二个位于氧气A吸收带的吸收带内的光谱范围内，第三个位于氧气A吸收带的右带肩的光谱范围内；所述滤光镜架遮挡在所述光学镜头的前端，所述步进电机通过传动装置带动所述滤光镜架旋转，以实现光谱通道的切换。所述目标辐射强度探测模块包括光电倍增管、视场光阑、探测器固定装置和直流电源；所述光电倍增管的响应光谱范围覆盖整个氧气A吸收带，所述视场光阑贴附于所述光电倍增管的感光面上，所述光电倍增管通过所述探测器固定装置固定在所述光学镜头的后端，所述光电倍增管的感光面与所述光学镜头的焦平面相重合，所述直流电源为所述光电倍增管提供工作电压。所述目标瞄准模块包括瞄准镜和安装瞄准镜的第一俯仰旋转台；所述瞄准镜平行设置在所述光学镜头旁，所述第一俯仰旋转台用于调节所述瞄准镜的光轴，使之与所述光电倍增管的光轴相平行。所述数据分析模块与所述光电倍增管的输出端相连接，用于对光电倍增管的输出数据进行分析和处理，以得出并显示对目标物的氧气吸收率的测量结果。本专利技术测量装置还包括有光轴校准平台。所述光轴校准平台包括斜方棱镜、支架、第二旋转俯仰台、单筒望远镜、光学平台和LED光源；为测距系统之外的独立模块，所述单筒望远镜通过第二旋转俯仰台固定在所述光学平台上，所述LED光源设置在所述光学平台上，所述斜方棱镜通过所述支架安装在所述光学平台上，所述斜方棱镜位于所述单筒望远镜的左前方，所述斜方棱镜的安装高度与所述单筒望远镜的中心高度一致，用于调校瞄准光路与目标辐射强度探测光路的平行度。三个所述滤光片的透过光谱范围，第一个是746.5—757.5nm，第二个是760—770nm，第三个是774.5—785.5nm。所述视场光阑为带有中心孔的黑色不透光金属片，中心孔的孔心对准光电倍增管的感光面中心，所述视场光阑的作用是限制接收视场，同时避免光电倍增管因接收光能过大而饱和。本专利技术还可这样实现：一种氧气吸收率测量方法，包括以下步骤：a、光轴平行性调校：使用光轴校准平台，先将滤光镜架旋转至无滤光片的透光孔对准光学镜头，点亮LED光源，为光学镜头从外往里提供照明，调整光轴校准平台上的第二旋转俯仰台，使单筒望远镜的十字分划的中心对准视场光阑的中心孔，旋转斜方棱镜，将瞄准镜的光轴平移至单筒望远镜的视场，通过单筒望远镜的观瞄，调整第一旋转俯仰台，直至瞄准镜的十字分划中心与单筒望远镜的十字分划中心对准重合，此即为瞄准镜与单筒望远镜的光轴平行；完成调整光轴平行性的调校后，将滤光镜架无滤光片的透光孔关闭，以免因目标辐射过强而烧坏光电倍增管。b、氧气吸收率的测量和计算：通过瞄准镜的观瞄，使瞄准镜的十字分划的中心对准被测目标；启动步进电机进行光谱通道切换，使滤光镜架上贴附滤光片的三个透光孔依次分别移至视场光阑的中心孔前，在中心波长分别为752nm、765nm、780nm时，利用数据分析模块记录对应的系统输出值I1、I2、I3；对于氧气A吸收带的光谱范围为左带肩的光谱通道，按下式计算得到I1： ∫ 746.5 757.5 I bλ 1 * R λ 1 * τ λ 1 d λ = I 1 ; ]]>对于氧气A吸收带的光谱范围为右带肩的光谱通道，按下式计算得到I3： ∫ 774.5 785.5 I bλ 3 * R λ 3 * τ &l本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧气吸收率测量装置，其特征是，包括光谱通道模块、目标辐射强度探测模块、目标瞄准模块和数据分析模块；所述目标辐射强度探测模块与所述光谱通道模块安装在同一个壳体中；所述光谱通道模块包括光学镜头、滤光镜架、步进电机和传动装置；在所述滤光镜架上开有四个透光孔，在其中的三个透光孔上分别安装有滤光片；三个滤光片的透光波段，第一个位于氧气A吸收带的左带肩的光谱范围内，第二个位于氧气A吸收带的吸收带内的光谱范围内，第三个位于氧气A吸收带的右带肩的光谱范围内；所述滤光镜架遮挡在所述光学镜头的前端，所述步进电机通过传动装置带动所述滤光镜架旋转，以实现光谱通道的切换；所述目标辐射强度探测模块包括光电倍增管、视场光阑、探测器固定装置和直流电源；所述光电倍增管的响应光谱范围覆盖整个氧气A吸收带，所述视场光阑贴附于所述光电倍增管的感光面上，所述光电倍增管通过所述探测器固定装置固定在所述光学镜头的后端，所述光电倍增管的感光面与所述光学镜头的焦平面相重合，所述直流电源为所述光电倍增管提供工作电压；所述目标瞄准模块包括瞄准镜和安装瞄准镜的第一俯仰旋转台；所述瞄准镜平行设置在所述光学镜头旁，所述第一俯仰旋转台用于调节所述瞄准镜的光轴，使之与所述光电倍增管的光轴相平行；所述数据分析模块与所述光电倍增管的输出端相连接，用于对光电倍增管的输出数据进行分析和处理，以得出并显示对目标物的氧气吸收率的测量结果。...

【技术特征摘要】
1.一种氧气吸收率测量装置，其特征是，包括光谱通道模块、目标辐射强度探测模块、目标瞄准模块和数据分析模块；所述目标辐射强度探测模块与所述光谱通道模块安装在同一个壳体中；所述光谱通道模块包括光学镜头、滤光镜架、步进电机和传动装置；在所述滤光镜架上开有四个透光孔，在其中的三个透光孔上分别安装有滤光片；三个滤光片的透光波段，第一个位于氧气A吸收带的左带肩的光谱范围内，第二个位于氧气A吸收带的吸收带内的光谱范围内，第三个位于氧气A吸收带的右带肩的光谱范围内；所述滤光镜架遮挡在所述光学镜头的前端，所述步进电机通过传动装置带动所述滤光镜架旋转，以实现光谱通道的切换；所述目标辐射强度探测模块包括光电倍增管、视场光阑、探测器固定装置和直流电源；所述光电倍增管的响应光谱范围覆盖整个氧气A吸收带，所述视场光阑贴附于所述光电倍增管的感光面上，所述光电倍增管通过所述探测器固定装置固定在所述光学镜头的后端，所述光电倍增管的感光面与所述光学镜头的焦平面相重合，所述直流电源为所述光电倍增管提供工作电压；所述目标瞄准模块包括瞄准镜和安装瞄准镜的第一俯仰旋转台；所述瞄准镜平行设置在所述光学镜头旁，所述第一俯仰旋转台用于调节所述瞄准镜的光轴，使之与所述光电倍增管的光轴相平行；所述数据分析模块与所述光电倍增管的输出端相连接，用于对光电倍增管的输出数据进行分析和处理，以得出并显示对目标物的氧气吸收率的测量结果。2.根据权利要求1所述的氧气吸收率测量装置，其特征是，还包括有光轴校准平台；所述光轴校准平台包括斜方棱镜、支架、第二旋转俯仰台、单筒望远镜、光学平台和LED光源；所述单筒望远镜通过第二旋转俯仰台固定在所述光学平台上，所述LED光源设置在所述光学平台上，所述斜方棱镜通过所述支架安装在所述光学平台上，所述斜方棱镜位于所述单筒望远镜的左前方，所述斜方棱镜的安装高度与所述单筒望远镜的中心高度一致，用于调校瞄准光路与目标辐射强度探测光路的平行度。3.根据权利要求1所述的氧气吸收率测量装置，其特征是，三个所述滤光片的透过光谱范围，第一个是746.5—757.5nm，第二个是760—770nm，第三个是774.5—785.5nm。4.根据权利要求1所述的氧气吸收率测量装置，其特征是，所述视场光阑为带有中心孔的黑色不透光金属片，中心孔的孔心对准光电倍增管的感光面中心。5.一种氧气吸收率的测量方法，其特征是，包括以下步骤：a、光轴平行性调校：使用光轴校准平台，先将滤光镜架旋转至无滤光片的透光孔对准光学镜头，点亮LED光源，为光学镜头从外往里提供照明，调整光轴校准平台上的第二旋转俯仰台，使单筒望远镜的十字分划的中心对准视场光阑的中心孔，旋转斜方棱镜，将瞄准镜的光轴平移至单筒望远镜的视场，通过单筒望远镜的观瞄，调整第一旋转俯仰台，直至瞄准镜的十字分划中心与单筒望远镜的十字分划中心对准重合，此即为瞄准镜与单筒望远镜的光轴平行；完成调整光轴平行性的调校后，将滤光镜架无滤光片的透光孔关闭；b、氧气吸收率的测量和计算：通过瞄准镜的观瞄，使瞄准镜的十字分划的中心对准被测目标；启动步进电机进行光谱通道切换，使滤光镜架上贴附滤光片的三个透光孔依次分别移至视场光阑的中心孔前，在中心波长分别为752nm、765nm、780nm时，利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秉琦，余皓，张瑜，闫宗群，徐春梅，
申请(专利权)人：中国人民解放军军械工程学院，
类型：发明
国别省市：河北;13