基于shutter调制原理的超低温真空红外辐射计制造技术

本发明专利技术提供了一种基于shutter调制原理的超低温真空红外辐射计，包括调制组件、光机结构、红外探测器及电子学组件；所述调制组件放置在待测设备与光机结构之间，包括shutter调制器和shutter挡板，所述shutter调制器控制shutter挡板以固定频率移动，间歇式遮挡待测设备的辐射能量传递；所述光机结构用于汇聚辐射能量；所述红外探测器及电子学组件用于定量化采集和处理辐射能量。本发明专利技术将调制组件放置在辐射计光机结构外，用以替代斩波器，降低了由于调制系统给系统带来的热影响。由于调制系统给系统带来的热影响。由于调制系统给系统带来的热影响。

【技术实现步骤摘要】
基于shutter调制原理的超低温真空红外辐射计


[0001]本专利技术属于红外辐射
，具体涉及一种基于shutter调制原理的超低温真空红外辐射计。

技术介绍

[0002]随着红外技术的发展，红外探测技术的应用已经扩展至临近空间以及外太空，主要用于红外遥感系统、空间侦查系统、临近空间预警系统等方面。红外载荷是红外侦查预警、遥感探测中使用的重要的设备，在发射前，红外载荷需要在地面进行辐射标定实验，根据实验结果改进设计，减少反复。红外载荷性能测试设备是红外载荷进行辐射标定实验中关键设备，红外载荷性能测试设备可以模拟红外载荷在轨观测的目标如对地建筑物、自然景观的观测、空间卫星、空间站等，这些目标温度极低因此其红外辐射能量非常微弱，在常温环境下微弱的红外目标辐射会被杂散辐射和光学系统自身热辐射所淹没，无法探测到目标红外辐射能量，所以需要红外载荷性能测试设备工作环境与在轨空间一致，即处于真空低温环境。
[0003]为了保证低温红外载荷性能测试设备输出辐射量值准确，需要使用一套准确的超微弱红外辐射测量系统对其进行标定，其工作环境与低温红外载荷性能测试设备一致。现有校准方法采用低温真空黑体作为标准器，红外辐射计作为量值传递设备，将其量值传递至低温红外载荷性能测试设备，低温红外载荷性能测试设备实现低温红外载荷的性能参数测试。当前低温真空下的红外辐射计多采用真空斩波器作为信号调制装置，但是真空斩波器在超低温环境中需要持续工作，在调制时斩波器叶片会不断产生热量，斩波器自身热辐射在辐射计内部无法导出，虽然可以对转动的叶片进行温度控制和温度采集，但是其精度仅为0.1℃，无法满足高精度低温红外辐射量值传递的要求，给微弱信号探测带来较大的测量误差。因此，需要设计一套真空低温环境下超微弱红外辐射计，实现空间环境下超低温红外载荷辐射能量的校准。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供了一种基于shutter调制原理的超低温真空红外辐射计，解决现有红外辐射计难以满足超低温微弱红外载荷辐射校准的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于shutter调制原理的超低温真空红外辐射计，包括调制组件、光机结构、红外探测器及电子学组件；所述调制组件放置在待测设备与光机结构之间，包括shutter调制器和shutter挡板，所述shutter调制器控制shutter挡板以固定频率移动，间歇式遮挡待测设备的辐射能量传递；所述光机结构用于汇聚辐射能量；所述红外探测器及电子学组件用于定量化采集和处理辐射能量。
[0006]进一步地，所述shutter调制器包括支撑架、切换导轨、滑块、传动连杆、控制电机；所述切换导轨水平安装在所述支撑架上，所述滑块安装在所述切换导轨上；所述控制电机安装在所述支撑架上，所述控制电机通过传动连杆驱动所述滑块沿所述切换导轨做水平往
复运动；所述shutter挡板竖直安装在所述shutter调制器的滑块上。
[0007]进一步地，所述支撑架包括一立板，所述控制电机安装在所述立板背面且控制电机转轴垂直穿过所述立板，所述切换导轨水平安装所述立板前面；所述传动连杆包括短连杆和长连杆，所述短连杆、长连杆的一端叠放通过销轴连接，两连杆可相对销轴转动，所述短连杆自由端与控制电机转轴连接，所述长连杆自由端与滑块固定。
[0008]进一步地，所述滑块与所述切换导轨上下边缘通过卡槽配合；所述shutter挡板与所述滑块之间安装隔热块；所述控制电机为高低温步进电机，所述控制电机外包裹双层隔热屏蔽膜。
[0009]进一步地，所述shutter挡板包括内部设置空腔的辐射板，所述辐射板上设置连通内部空腔的制冷剂出入口；所述辐射板表面喷涂超黑材料高发射率涂层，所述辐射板靠近光机结构侧面设置微锥结构。
[0010]进一步地，所述光机结构整体设置在壳体中，所述壳体外盘绕制冷管路。
[0011]进一步地，所述光机结构包括主反射镜、次反射镜、殷钢连接杆、壳体、制冷管路；所述主反射镜、次反射镜分别通过支撑底座安装在壳体内，所述主反射镜、次反射镜支撑底座之间通过殷钢连接杆连接，所述主反射镜用于汇聚入射能量，所述次反射镜用于光路折转；所述壳体靠近shutter挡板一侧留有辐射入口，所述壳体外部盘绕制冷管路，所述制冷管路预留制冷剂出入口。
[0012]进一步地，所述红外探测器安装在光机结构出射方向，包括探测器面、制冷连接杆、探测器制冷器、探测器支撑架、探测器支撑底座；所述探测器面布置在壳体内，用于接收次反射镜出射的光，所述探测器面固定在制冷连接杆一端，所述制冷连接杆另一端穿过壳体安装在探测器制冷器上，所述探测器制冷器通过支撑架安装在支撑底座上，所述探测器支撑底座与次反射镜支撑底座之间通过殷钢连接杆连接。
[0013]进一步地，所述调制组件、光机结构、红外探测器整体设置在真空冷舱中，所述电子学组件设置在真空冷舱外；所述shutter挡板包括内部设置空腔的辐射板，所述辐射板上设置连通内部空腔的制冷剂出入口，所述光机结构整体设置在壳体中，所述壳体外盘绕制冷管路，在真空冷舱外设置液氮罐，液氮罐连通shutter挡板制冷剂出入口、光机结构制冷管路制冷剂出入口。
[0014]本专利技术还提供了一种基于shutter调制原理的超低温真空红外辐射计测试方法，采用上述超低温真空红外辐射计，所述测试方法包括如下步骤
[0015]将shutter挡板作为标准黑体，控制其稳定在第一温度；
[0016]控制shutter挡板以第一固定频率进行调制，采集对应的电压信号值；
[0017]调整shutter挡板稳定在第n温度，n≥2，重复前述过程，完成校准；
[0018]将超低温真空红外辐射计对准待测设备，并使其光轴与待测设备光轴重合；
[0019]待测设备完成开机预热并稳定在某一温度；
[0020]控制shutter挡板第二固定频率进行调制，监测shutter挡板的温度，待其稳定；
[0021]采集当前待测设备的电压信号值，根据校准结果，将电压信号值转换为辐射温度值，完成待测设备的测试。
[0022]本专利技术与现有技术相比的有益效果：
[0023](1)本专利技术将调制组件放置在辐射计光机结构外，用以替代斩波器，同时辐射计光
机结构整体外包液氮管路进行二次制冷，极大的降低了由于调制系统给系统带来的热影响。
[0024](2)调制组件的挡板上设计微锥结构、喷涂高发射率涂层，内部设计整体式液氮腔，提高其发射率和温度测量精度，进一步提高了系统的灵敏度和动态范围。
[0025](3)调制组件结构简单,便于控制，加工成本低。
附图说明
[0026]所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于shutter调制原理的超低温真空红外辐射计，其特征在于，包括调制组件、光机结构、红外探测器及电子学组件；所述调制组件放置在待测设备与光机结构之间，包括shutter调制器和shutter挡板，所述shutter调制器控制shutter挡板以固定频率移动，间歇式遮挡待测设备的辐射能量传递；所述光机结构用于汇聚辐射能量；所述红外探测器及电子学组件用于定量化采集和处理辐射能量。2.根据权利要求1所述的超低温真空红外辐射计，其特征在于，所述shutter调制器包括支撑架、切换导轨、滑块、传动连杆、控制电机；所述切换导轨水平安装在所述支撑架上，所述滑块安装在所述切换导轨上；所述控制电机安装在所述支撑架上，所述控制电机通过传动连杆驱动所述滑块沿所述切换导轨做水平往复运动；所述shutter挡板竖直安装在所述shutter调制器的滑块上。3.根据权利要求2所述的超低温真空红外辐射计，其特征在于，所述支撑架包括一立板，所述控制电机安装在所述立板背面且控制电机转轴垂直穿过所述立板，所述切换导轨水平安装所述立板前面；所述传动连杆包括短连杆和长连杆，所述短连杆、长连杆的一端叠放通过销轴连接，两连杆可相对销轴转动，所述短连杆自由端与控制电机转轴连接，所述长连杆自由端与滑块固定。4.根据权利要求2所述的超低温真空红外辐射计，其特征在于，所述滑块与所述切换导轨上下边缘通过卡槽配合；所述shutter挡板与所述滑块之间安装隔热块；所述控制电机为高低温步进电机，所述控制电机外包裹双层隔热屏蔽膜。5.根据权利要求1所述的超低温真空红外辐射计，其特征在于，所述shutter挡板包括内部设置空腔的辐射板，所述辐射板上设置连通内部空腔的制冷剂出入口；所述辐射板表面喷涂超黑材料高发射率涂层，所述辐射板靠近光机结构侧面设置微锥结构。6.根据权利要求1所述的超低温真空红外辐射计，其特征在于，所述光机结构整体设置在壳体中，所述壳体外盘绕制冷管路。7.根据权利要求6所述的超低温真空红外辐射计，其特征在于，所述光机结构包括主反射镜、次反射镜、殷钢连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亚玭，曹清政，马越岗，张林军，邱超，张玉国，
申请(专利权)人：北京振兴计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：