【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于红外光学计量与光电检测，涉及一种红外辐射计光机结构，尤其涉及一种应用于高低温环境(-60℃～80℃)下的红外辐射计光机结构。
技术介绍
1、随着红外技术的发展，对红外传感器及其测试测量设备的质量要求也越来越高。尤其是弹载、机载红外传感器往往要求在很大的温度范围内工作。在高低温环境下，对红外热像仪进行mrtd、netd测试时，要求保证消热差红外差分辐射准直系统提供的辐射温差准确、稳定。我国现有的校准辐射温差的方法为：采用扫描辐射计对辐射准直系统中黑体的辐射温差准确性进行校准。但是这套方法只在实验室内常温环境下有效，而在高低温环境下失效。原因是校准设备在不同的温度条件下，由于光学材料和机械材料的热效应，使光机系统的一些参数发生相应的变化，进而使系统的最佳像面发生偏离，并且降低成像质量，图像模糊不清，对比度下降。因此借助原有校准设备无法满足军用测试仪器量值溯源需求。
2、消除热差的光机系统在设计过程中，采用一定的消热差技术消除温度效应的影响，使红外光机系统能够在一个较大的温度范围内保持良好的成像质量。但是现有红外辐射计的光机设计在消热差的解决方案存在以下问题：一部分解决方案是利用多种材料的热特性差异配合实现消热差，该方案存在使用材料多、镜片数量较多、结构相对复杂，成本高等问题；还有一部分解决方案是利用衍射光学元件具有负消热散的特性实现消热差，该方案存在由于衍射面的衍射效率低而导致光学系统透过率下降明显的问题。
3、2013年1月30日由中国兵器工业第二〇五研究所公开发表专利号为cn10290156
4、2020年9月29日，由北京振兴计量测试研究所公开发表专利号为cn 111721417a的“一种真空低温环境下应用的红外辐射计及测量方法”的专利。该专利技术公开了一种真空低温环境下应用的红外辐射计，包括外标定源、光学系统、内标定源和调制扇、红外探测器组件、前置宽带放大器、锁相放大器、数据采集处理及控制器。所述内标定源、外外标定源用于红外辐射计的定标；所述光学系统用于收集目标光线；所述调制扇放置在光学系统与红外探测器组件之间，对被测光辐射进行调制，作为锁相放大器的同步输入；所述前置放大器将红外探测器组件的输出信号进行放大，输出给锁相放大器，锁相放大器处理后，形成与被测目标红外辐射量值成正比的信号，由ad采集，经由计算机及软件处理，形成测量结果。该专利技术光学系统采用单片非球面锗镜，光机采用无热化设计，结构采用热膨胀系数与镜片材料匹配的tzm钼，对于低温(-200℃)的环境通过位移机构进行距离和温度的调焦。
技术实现思路
1、(一)专利技术目的
2、本专利技术的目的是：针对现有技术的以上缺陷和高低温环境的使用需求，提供一种能够在高低温环境下使用的红外辐射计光机结构，使用环境温度为热像校准仪的正常工作和贮存温度(-60℃～80℃)，这种辐射计解决现有无需较多镜片和材料，无需位移调焦机构可以实现高低温环境下红外辐射计的使用。
3、(二)技术方案
4、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于高低温(-60℃～80℃)环境下的红外辐射计光机结构，它包括光窗1、离轴抛物镜2、主支撑结构3、抛物镜座4、衍射透镜5、透镜镜筒6、斩波器7、参考黑体8、光学滤光器9、探测器10、探测器信号处理系统11、真空舱体12；离轴抛物镜2通过抛物镜座4固定在主支撑结构3上，衍射透镜5安装在透镜镜筒6内，透镜镜筒6固定在主支撑结构3上，斩波器7放在离轴抛物镜2与探测器10之间，靠近探测器10侧，与垂直于光轴的子午方向成45°角，与垂直于光轴的弧矢方向成20°角，内置参考黑体8垂直光轴与探测器10对称放置，斩波器7固定在主支撑结构3的底板上，光轴通过光学滤光器9的中心，探测器10固定在主支撑结构3的底板上，其光敏面的中心位于离轴抛物镜2的焦点处，探测器10的输出信号传入到探测器信号处理系统11。
5、被测设备的准直红外辐射光束经光窗1透射后到达离轴抛物镜2，经离轴抛物镜2反射会聚后到达衍射透镜5，经衍射透镜5进一步会聚后到达斩波器7，当斩波器7叶片之间的空隙位于光路时，会聚的红外辐射光束经光学滤光器9滤光后聚焦在探测器10的光敏面上。当斩波器7的叶片实体部分位于光路时，参考黑体8发出的红外辐射由斩波器7反射到光学滤光器9，该红外辐射再经光学滤光器9滤光后，最终聚焦在探测器10的光敏面上。探测器10分别将两路红外成像转换成电信号送入到探测器信号处理系统11，探测器信号处理系统11将被测设备的红外辐射信号和参考黑体的辐射信号进行差值运算，得出所需辐射量值关系的二维图像。
6、其中，所述光窗为多光谱窗口1用于透过中波和长波波段的红外辐射；材料为多光谱zns；
7、其中，所述离轴抛物镜2有效口径为d1，焦距为f1，离轴量为d；离轴抛物镜2材料为微晶玻璃；离轴抛物镜2反射表面镀制高反射率银膜层；所述离轴抛物镜2有效口径d1＝100mm～150mm，焦距f1＝400mm～600mm，离轴量d＝100mm～300mm，高端厚30mm～50mm，低端厚15mm～30mm，离轴抛物镜2的材料是微晶玻璃材料。离轴抛物镜2的物侧面镀制高反射率的银膜层。
8、其中，所述主支撑结构3用于红外辐射计主要部件光机结构的支撑，材料为殷钢材料。
9、其中，所述抛物镜座4用于支撑离轴抛物镜2，并对离轴抛物镜2进行多向调节，材料为殷钢材料。
10、其中，所述衍射透镜5有效口径为d2，焦距为f2，物侧面为非球面，像侧面为衍射结构。
11、所述衍射透镜5有效口径d2＝10mm～40mm，焦距f2＝20mm～80mm，物侧面为非球面，采用非球面可以校正球差、慧差、象散等像差，进而增大成像视场。而且采用非球面而不是球面是因为球面校正球差的能力有限,若想达到同样效果,必须增加镜片及增加材料种类,这样会增加材料和重量。像侧面为衍射结构，所述衍射结构为以光轴为中心轴的环带，正因为该像侧面具有环带形式的衍射结构,使得该像侧面成为衍射面,可以通过该衍射面校正热像差。材料为硫系玻璃。
12、其中，所述透镜镜筒6用于支撑衍射透镜5，材料为钛合金材料；
13、其中，所述斩波片7材料为合金铝，表面镀制高反射率的金膜层；
14、其中，所述光学滤光器9包含中波滤光片和长波滤光片，根据需要进行切换使用；
15、其中，所述真空舱体12用于产生高低温环境，抑制环境杂散辐射，保证红外辐射计的高灵敏度测量。所述光窗1、离轴抛物镜2、主支撑结构3、抛物镜座4、衍射透镜5本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于高低温环境下的红外辐射计光机结构，其特征在于，高低温环境的温度范围为：-60℃～80℃，所述光机结构包括光窗(1)、离轴抛物镜(2)、主支撑结构(3)、抛物镜座(4)、衍射透镜(5)、透镜镜筒(6)、斩波器(7)、参考黑体(8)、光学滤光器(9)、探测器(10)、探测器信号处理系统(11)；离轴抛物镜(2)通过抛物镜座(4)固定在主支撑结构(3)上，衍射透镜(5)安装在透镜镜筒(6)内，透镜镜筒(6)固定在主支撑结构(3)上，斩波器(7)放在离轴抛物镜(2)与探测器(10)之间，靠近探测器(10)侧，与垂直于光轴的子午方向成45°角，与垂直于光轴的弧矢方向成20°角，内置参考黑体(8)垂直光轴与探测器(10)对称放置，斩波器(7)固定在主支撑结构(3)的底板上，光轴通过光学滤光器(9)的中心，探测器(10)固定在主支撑结构(3)的底板上，其光敏面的中心位于离轴抛物镜(2)的焦点处，探测器(10)的输出信号传入到探测器信号处理系统(11)。
2.如权利要求1所述的用于高低温环境下的红外辐射计光机结构，其特征在于，被测设备的准直红外辐射光束经光窗(1)透射后到
3.如权利要求2所述的用于高低温环境下的红外辐射计光机结构，其特征在于，所述多光谱窗口(1)用于透过中波和长波波段的红外辐射，材料为多光谱ZnS。
4.如权利要求3所述的用于高低温环境下的红外辐射计光机结构，其特征在于，所述离轴抛物镜(2)有效口径为D1，焦距为f1，离轴量为d；离轴抛物镜(2)材料为微晶玻璃；离轴抛物镜(2)反射表面镀制高反射率银膜层；D1＝100mm～150mm，焦距f1＝400mm～600mm，离轴量d＝100mm～300mm，高端厚30mm～50mm，低端厚15mm～30mm。
5.如权利要求4所述的用于高低温环境下的红外辐射计光机结构，其特征在于，所述主支撑结构(3)用于红外辐射计主要部件光机结构的支撑，材料为殷钢材料。
6.如权利要求5所述的用于高低温环境下的红外辐射计光机结构，其特征在于，所述抛物镜座(4)用于支撑离轴抛物镜(2)，并对离轴抛物镜(2)进行多向调节，材料为殷钢材料。
7.如权利要求6所述的用于高低温环境下的红外辐射计光机结构，其特征在于，所述衍射透镜(5)有效口径为D2，焦距为f2，物侧面为非球面，像侧面为衍射结构；所述衍射透镜(5)有效口径D2＝10mm～40mm，焦距f2＝20mm～80mm，物侧面为非球面，像侧面为衍射结构，所述衍射结构为以光轴为中心轴的环带，材料为硫系玻璃。
8.如权利要求7所述的用于高低温环境下的红外辐射计光机结构，其特征在于，所述透镜镜筒(6)用于支撑衍射透镜(5)，材料为钛合金材料。
9.如权利要求8所述的用于高低温环境下的红外辐射计光机结构，其特征在于，所述斩波片(7)材料为合金铝，表面镀制高反射率的金膜层；所述光学滤光器(9)包含中波滤光片和长波滤光片，根据需要进行切换使用。
10.如权利要求9所述的用于高低温环境下的红外辐射计光机结构，其特征在于，所述真空舱体(12)用于产生高低温环境，抑制环境杂散辐射，保证红外辐射计的高灵敏度测量；所述光窗(1)、离轴抛物镜(2)、主支撑结构(3)、抛物镜座(4)、衍射透镜(5)、透镜镜筒(6)、斩波器(7)、参考黑体(8)、光学滤光器(9)、探测器(10)置于真空舱体(12)内部，探测器信号处理系统(11)置于真空舱体(12)外。
...【技术特征摘要】
1.一种用于高低温环境下的红外辐射计光机结构，其特征在于，高低温环境的温度范围为：-60℃～80℃，所述光机结构包括光窗(1)、离轴抛物镜(2)、主支撑结构(3)、抛物镜座(4)、衍射透镜(5)、透镜镜筒(6)、斩波器(7)、参考黑体(8)、光学滤光器(9)、探测器(10)、探测器信号处理系统(11)；离轴抛物镜(2)通过抛物镜座(4)固定在主支撑结构(3)上，衍射透镜(5)安装在透镜镜筒(6)内，透镜镜筒(6)固定在主支撑结构(3)上，斩波器(7)放在离轴抛物镜(2)与探测器(10)之间，靠近探测器(10)侧，与垂直于光轴的子午方向成45°角，与垂直于光轴的弧矢方向成20°角，内置参考黑体(8)垂直光轴与探测器(10)对称放置，斩波器(7)固定在主支撑结构(3)的底板上，光轴通过光学滤光器(9)的中心，探测器(10)固定在主支撑结构(3)的底板上，其光敏面的中心位于离轴抛物镜(2)的焦点处，探测器(10)的输出信号传入到探测器信号处理系统(11)。
2.如权利要求1所述的用于高低温环境下的红外辐射计光机结构，其特征在于，被测设备的准直红外辐射光束经光窗(1)透射后到达离轴抛物镜(2)，经离轴抛物镜(2)反射会聚后到达衍射透镜(5)，经衍射透镜(5)进一步会聚后到达斩波器(7)，当斩波器(7)叶片之间的空隙位于光路时，会聚的红外辐射光束经光学滤光器(9)滤光后聚焦在探测器(10)的光敏面上。当斩波器(7)的叶片实体部分位于光路时，参考黑体(8)发出的红外辐射由斩波器(7)反射到光学滤光器(9)，该红外辐射再经光学滤光器(9)滤光后，最终聚焦在探测器(10)的光敏面上。探测器(10)分别将两路红外成像转换成电信号送入到探测器信号处理系统(11)，探测器信号处理系统(11)将被测设备的红外辐射信号和参考黑体的辐射信号进行差值运算，得出所需辐射量值关系的二维图像。
3.如权利要求2所述的用于高低温环境下的红外辐射计光机结构，其特征在于，所述多光谱窗口(1)用于透过中波和长波波段的红外辐射，材料为多光谱zns。
4.如权利要求3所...
【专利技术属性】
技术研发人员：何玉兰，吴李鹏，芦峰，韩占锁，王兵，郭羽，王楠茜，王学新，李辉，张旭，杨毓鑫，
申请(专利权)人：西安应用光学研究所，
类型：发明
国别省市：
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