一种用于红外天光背景测量的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于红外天光背景测量的装置和方法，包括依次连接的扫描反射镜模块、斩波器模块、光学模块、探测器模块、信号读出和数据采集模块，所述光学模块和探测器模块设有深度制冷模块，所述光学模块连接有滤光片切换模块，所述扫描反射镜模块、斩波器模块和滤光片切换模块连接有电控模块。通过对光信号和电信号进行了一系列处理，完成对红外天光背景的测量，具有非常大的灵活性。适用于各种需要在强度极低的红外波段的能量测量，解决了微弱红外天光背景测量的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于红外天光背景测量的装置和方法
本专利技术涉及一种红外能量测量，尤其涉及一种用于红外天光背景测量的装置和方法。
技术介绍
天光又名天空背景，是宇宙背景辐射、大气发射以及大气散射的共同结果，对地基天文观测的影响非常大，特别对于红外天文观测设备，其相应的建设和设计，必须得有红外波段的背景强度监测数据，是决定红外观测设备能够达到的极限星等，评估一个候选台址是否合适建设相应设备的重要参考依据，也为将来挑选可能的观测目标提供指导。红外天光测量的目标信号是天空的背景信号，即天光信号，属于对天文观测中噪声信号的测量，其强度十分微弱。下表为国际同行在世界上最好的几个观测站点测得的红外天光背景的强度：
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于红外天光背景测量的装置和方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的用于红外天光背景测量的装置，包括依次连接的扫描反射镜模块、斩波器模块、光学模块、探测器模块、信号读出和数据采集模块，所述光学模块和探测器模块设有深度制冷模块，所述光学模块连接有滤光片切换模块，所述扫描反射镜模块、斩波器模块和滤光片切换模块连接有电控模块。本专利技术的上述的用于红外天光背景测量的装置实现红外天光背景测量的方法：红外天光背景信号从扫描反射镜模块进入系统，经过斩波器模块、光学模块达到探测器进行光电信号的转换探测，信号读出和数据采集模块对探测器信号进行高增益放大和模数转换，并利用数字锁相技术获得信号强度；深度制冷模块对光学模块和探测器模块进行高真空绝热封装并提供深度制冷以减小背景辐射噪声和抑制探测器本底噪声获得更高的信噪比；滤光片切换模块提供滤光片的切换功能，电控模块提供扫描反射镜模块的指向控制，斩波器的速度控制以及滤光片切换控制。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的用于红外天光背景测量的装置和方法，对光信号和电信号进行了一系列处理，完成对红外天光背景的测量，具有非常大的灵活性。适用于各种需要在强度极低的红外波段的能量测量，解决了微弱红外天光背景测量的问题。附图说明图1为本专利技术实施例提供的用于红外天光背景测量的装置的结构框图；图2为本专利技术实施例提供的用于红外天光背景测量的装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例中的扫描反射镜模块结构示意图；图4为本专利技术实施例中的斩波器模块示意图；图5为本专利技术实施例中的光学结构示意图；图6为本专利技术实施例中的光学模块示意图；图7为本专利技术实施例中的滤光片切换模块示意图；图8为本专利技术实施例中的电控模块框图；图9为本专利技术实施例中的信号读出和数据采集模块框图。图中：反射平面镜1，平面镜固定结构11，转轴12，反射镜驱动电机13，扫描反射镜模块支撑结构14，轴承15；斩波器叶片21，叶片防护罩22，斩波器驱动电机23，电感式传感器24，通光孔25，固定结构26；反射平面镜1，封窗玻璃2，第一透镜3，第一滤光片4，第二透镜5，第三透镜6，第二滤光片7，探测器8；光学支架31，消杂散挡板32，消杂散螺纹33，探测器支撑导热结构34，光学镜筒35，前放板36；位置传感器41，滤光片转轮42，涡轮蜗杆43，PTEE轴承44，转轮支撑结构45，刀口法兰46，磁耦合旋转导入器47，转轮驱动电机48；单片机51，转轮电机驱动52，位置传感器41，反射镜电机驱动54，电感式传感器24，斩波器电机驱动56；高增益放大61，模数转换62。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术的用于红外天光背景测量的装置，其较佳的具体实施方式是：包括依次连接的扫描反射镜模块、斩波器模块、光学模块、探测器模块、信号读出和数据采集模块，所述光学模块和探测器模块设有深度制冷模块，所述光学模块连接有滤光片切换模块，所述扫描反射镜模块、斩波器模块和滤光片切换模块连接有电控模块。所述扫描反射镜模块包括反射平面镜、平面镜固定结构、转轴、反射镜驱动电机、扫描反射镜模块支撑结构、轴承；所述反射平面镜通过平面镜固定结构固定并安装在转轴的一端，所述转轴通过轴承安装在扫描反射镜模块支撑结构上，转轴的另一端安装反射镜驱动电机，反射镜驱动电机固定在扫描反射镜模块支撑结构上。所述斩波器模块包括斩波器叶片、叶片防护罩、斩波器驱动电机、测量叶片位置和速度的电感式传感器、固定结构，所述斩波器叶片安装在斩波器驱动电机的驱动轴上，斩波器驱动电机安装在固定结构上，同时斩波器驱动电机下方安装电感式传感器，所述叶片防护罩上有通光孔并安装在斩波器叶片外面，斩波器叶片上通光孔与叶片防护罩上的通光孔对应配合。所述光学模块包括反射平面镜、封窗玻璃、第一透镜、第一滤光片、第二透镜、第三透镜、第二滤光片和探测器，所述第一透镜、第一滤光片、第二透镜、第三透镜、第二滤光片、探测器装于所述深度制冷模块的真空绝热结构中；红外天光背景首先经过所述反射平面镜反射经过封窗玻璃进入所述第一透镜、第二透镜、第三透镜，最后汇聚到所述探测器上，所述第二滤光片为一个低通滤光片，用于去除长波成分，所述第一滤光片用于进行测量天光的波段选择。所述光学模块的镜筒结构中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜安装在光学镜筒上，同时光学镜筒内部设计有消杂散挡板、消杂散螺纹，所述第一滤光片安装在所述滤光片切换模块上，所述滤光片切换模块安装在光学镜筒中间部位，整个光学镜筒通过光学支架安装在深度制冷模块的真空绝热腔壁上，所述探测器通过支撑导热结构连接到制冷机冷头上。所述滤光片切换模块包括位置传感器、滤光片转轮、涡轮蜗杆、PTEE轴承、转轮支撑结构、刀口法兰、磁耦合旋转导入器和转轮驱动电机，第一滤光片4安装在滤光片转轮42上，滤光片转轮42通过PTEE轴承44安装在转轮支撑结构45上，蜗轮蜗杆43安装在PTEE轴承44的转动轴上，蜗杆的另一端连接到位于真空腔外的磁耦合旋转导入器47上，磁耦合旋转导入器47一端安装在刀口法兰46上，另一端安装有转轮驱动电机48，转轮驱动电机48受电控模块控制。所述电控模块包括单片机、转轮电机驱动、位置传感器、反射镜电机驱动、斩波器电机驱动和电感式传感器，所述单片机给转轮电机驱动信号，驱动滤光片转轮电机运转，位置传感器把滤光片转轮的位置信息传送给单片机，单片机根据滤光片位置进行滤光片转轮的反馈控制和根据指令驱动滤光片转轮使滤光片转动到指定位置。单片机根据指令给反射镜电机驱动驱动信号，驱动扫描反射镜电机转动，使得扫描反射镜指向指定位置，单片机根据指令给斩波器电机驱动以驱动信号，驱动斩波器电机转动，使得斩波器叶片以指定速度转动，电感式传感器反馈斩波器叶片信号给单片机以计算斩波器叶片速度，并反馈控制斩波器电机驱动，使得斩波器叶片转动在指定速度，同时把速度反馈给数字锁相模块进行数字锁相处理。所述信号读出和数据采集模块包括高增益放大、模数转换，所述探测器的微弱信号通过高增益放大进行放大，然后进入模数转换进行高精度模数转换，转换完的数据进入单片机，单片机根据电感式传感器给的信号计算斩波器速度，并进行数字锁相计算，获得信号的幅度值。本专利技术的上述的用于红外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于红外天光背景测量的装置，其特征在于，包括依次连接的扫描反射镜模块、斩波器模块、光学模块、探测器模块、信号读出和数据采集模块，所述光学模块和探测器模块设有深度制冷模块，所述光学模块连接有滤光片切换模块，所述扫描反射镜模块、斩波器模块和滤光片切换模块连接有电控模块。

【技术特征摘要】
1.一种用于红外天光背景测量的装置，其特征在于，包括依次连接的扫描反射镜模块、斩波器模块、光学模块、探测器模块、信号读出和数据采集模块，所述光学模块和探测器模块设有深度制冷模块，所述光学模块连接有滤光片切换模块，所述扫描反射镜模块、斩波器模块和滤光片切换模块连接有电控模块。2.根据权利要求1所述的用于红外天光背景测量的装置，其特征在于，所述扫描反射镜模块包括反射平面镜、平面镜固定结构、转轴、反射镜驱动电机、扫描反射镜模块支撑结构、轴承；所述反射平面镜通过平面镜固定结构固定并安装在转轴的一端，所述转轴通过轴承安装在扫描反射镜模块支撑结构上，转轴的另一端安装反射镜驱动电机，反射镜驱动电机固定在扫描反射镜模块支撑结构上。3.根据权利要求2所述的用于红外天光背景测量的装置，其特征在于，所述斩波器模块包括斩波器叶片、叶片防护罩、斩波器驱动电机、测量叶片位置和速度的电感式传感器、固定结构，所述斩波器叶片安装在斩波器驱动电机的驱动轴上，斩波器驱动电机安装在固定结构上，同时斩波器驱动电机下方安装电感式传感器，所述叶片防护罩上有通光孔并安装在斩波器叶片外面，斩波器叶片上通光孔与叶片防护罩上的通光孔对应配合。4.根据权利要求3所述的用于红外天光背景测量的装置，其特征在于，所述光学模块包括反射平面镜、封窗玻璃、第一透镜、第一滤光片、第二透镜、第三透镜、第二滤光片和探测器，所述第一透镜、第一滤光片、第二透镜、第三透镜、第二滤光片、探测器装于所述深度制冷模块的真空绝热结构中；红外天光背景首先经过所述反射平面镜反射经过封窗玻璃进入所述第一透镜、第二透镜、第三透镜，最后汇聚到所述探测器上，所述第二滤光片为一个低通滤光片，用于去除长波泄漏，所述第一滤光片用于进行测量天光的波段选择。5.根据权利要求4所述的用于红外天光背景测量的装置，其特征在于，所述光学模块的镜筒结构中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜安装在光学镜筒上，同时光学镜筒内部设计有消杂散挡板、消杂散螺纹，所述第一滤光片安装在所述滤光片切换模块上，所述滤光片切换模块安装在光学镜筒中间部位，整个光学镜筒通过光学支架安装在深度制冷模块的真空绝热腔壁上，所述探测器通过支撑导热结构连接到制冷机冷头上。6.根据权利要求5所述的用于红外天光背景测量的装置，其特征在于，所述滤光片切换模块包括位置传感器、滤光片转轮、涡轮蜗杆、PTEE轴承、转轮支撑结构、刀口法兰、磁耦合旋转导入器和转轮驱动电机，第一滤光片安装在滤光片转轮上，滤光片转轮通过PTEE轴承安装在转轮支撑结构上，蜗轮蜗杆安装在PTEE轴承的转动轴上，蜗杆的另一端连接到位于真空腔外的磁耦合旋转导入器上，磁耦合旋转导入器一端安装在刀口法兰上，另一端安装有转轮驱动电机，转轮驱动电机受电控模块控制。7.根据权利要求6所述的用于红外天光背景测量的装置和方法，其特征在于，所述电控模块包括单片机、转轮电机驱动、位置传感器、反射镜电机驱动、斩波器电机驱动和电感式传感器，所述单片机给转轮电机驱动信号，驱动滤光片转轮电机运转，位置传感器把滤光片转轮的位置信息传送给单片机，单片机根据滤光片位置进行滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王坚，陈杰，董书成，唐骐杰，姜逢欣，张鸿飞，朱青峰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34