专利名称：红外辐射计的制作方法
技术领域：
本发明属于光学计量测试领域，涉及一种红外辐射计，尤其涉及一种用于测量红外热像仪测试设备辐射温度的红外辐射计。
背景技术：
随着红外成像技术的发展，红外热像仪在军事领域得到广泛应用。从20世纪80年代开始，国内多个科研院所、工厂先后从英国、以色列、美国、法国等西方国家引进了多种类型的红外热像仪测试设备，用于军用红外热像仪产品参数测试、性能评估。红外热像仪测试设备可分为单黑体型红外热像仪测试设备和背景温度可控型红外热像仪测试设备，为了提高红外热像仪的测量准确度，必须对红外热像仪测试设备的辐射温度、辐射温差等参数进行准确测量。
英国EALLING公司在20世纪80年代研制了用于红外热像仪测试设备测量的RAD800型多谱段红外辐射计，由于没有实现红外辐射量值溯源，因此，该红外辐射计的测温误差较大。美国Optikos公司研制了 RAD-900型多谱段红外辐射计，其量值溯源到红外辐射基准，通过改进，其中辐射温度测量准确度得到了显著提高，测量不确定度小于O. 1°C。20世纪80年代，中国兵器工业集团211研究所从英国EALLING公司引进了RAD-800型红外辐射计，用于红外热像仪测试设备的测量，但该红外辐射计的测量精度较低。2004年，总装32基地与中科院上海技术物理所联合开展了红外热像仪测试设备测量技术研究，通过研制扫描辐射计实现红外热像仪测试设备的测量，其量值溯源到红外辐射基准。例如，《光学技术》第30卷，第I期上，题为“双波段扫描辐射计的研制”的论文对该扫描辐射计进行了介绍。

发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对目前红外热像仪测试设备辐射温度的高准确度测量难题，提供一种测量精度高的红外辐射计。为解决上述技术问题，本发明提供的红外辐射计包括含有前置放大器、锁相放大器、Α/D转换器和计算机的信号采集、处理与控制系统，依次放置的光学系统、斩波器、参考黑体、滤光片组、限制光阑组和红外探测器；所述光学系统由多片透镜组成，斩波器由驱动电机和调制盘组成，调制盘为中间厚边缘薄且盘面分为镂空部分和叶片部分，叶片部分正面镀高反射率铝膜，反面均匀涂制黑漆，调制盘的中心轴孔与驱动电机的转轴固连且调制盘的正面与光学系统的光轴呈45°夹角，驱动电机的驱动电路与所述计算机相连；参考黑体带有测温电路且测温电路的输出送给所述计算机，参考黑体在计算机的控制下以恒温工作；滤光片组含有3 μ m 5 μ m带通滤光片和8 μ m 12 μ m的带通滤光片,两个滤光片对称安装在滤光片轮上，滤光片轮由受所述计算机控制的电机驱动；所述限制光阑组由三个光阑组成，各光阑的两个表面分别涂制高吸收率的黑漆，第一光阑紧贴所述参考黑体且正对所述红外探测器的端面垂直于所述光学系统的光轴，第一光阑的口径为R1 = 100Xl/250,X1表示第一光阑与红外探测器之间的距离；第二光阑为滤光片轮上未安装滤光片的部分，第二光阑与所述红外探测器之间的距离为X2 = 250R2/100, R2表示滤光片的口径；第三光阑垂直于所述光学系统的光轴，第三光阑的口径为R3 = 100x3/250,x3表不第三光阑与所述红外探测器之间的距离；当所述调制盘的镂空部分进入光路时，来自被测红外热像仪测试设备的准直辐射通过所述光学系统会聚并经过滤光片组和限制光阑组形成3 μ m 5 μ m或8 μ m 12 μ m波段的红外辐射并到达红外探测器，红外探测器将经过调制的辐射测量信号转化为电信号输出；当所述调制盘的叶片部分进入光路时，所述参考黑体的辐射由所述叶片反面反射后经过滤光片组和限制光阑组也到达红外探测器，红外探测器将红外辐射背景信号转化为电信号输出；所述红外探测器的输出信号经所述前置放大器进行电压放大，再经所述锁相放大器的同步放大电路中的信号输入通道放大，并经过低通、高通或带通滤波器滤波处理后，由Α/D转换器转换成数字信号并输入计算机；所述计算机内置有测控软件，其功能是控制调制盘的转动频率达到所需要的值；对参考黑体进行温度控制并使参考黑体的工作温度与红外辐射计内部温度、环境温度保持一致；控制滤光片轮的转动以使所需波段的滤光片移入光路；根据以下一组公式计算出红 外热像仪测试设备中面源黑体或靶标的光谱辐射出射度Μ( λ，Tbb)及辐射温度T
权利要求
1.一种红外辐射计，包括含有前置放大器(8-1)、锁相放大器(8-2)、A/D转换器(8-3)和计算机(8-5)的信号采集、处理与控制系统(8)，依次放置的光学系统(I)、斩波器(2)、参考黑体(3)、滤光片组(5)、限制光阑组(6)和红外探测器(7);所述光学系统⑴由多片透镜组成，斩波器(2)由驱动电机(2-1)和调制盘(2-2)组成，调制盘(2-2)为中间厚边缘薄且盘面分为镂空部分和叶片部分，叶片部分正面镀高反射率铝膜，反面均匀涂制黑漆，调制盘(2-2)的中心轴孔与驱动电机(2-1)的转轴固连且调制盘(2-2)的正面与光学系统(I)的光轴呈45°夹角，驱动电机(2-1)的驱动电路与所述计算机(8-5)相连；参考黑体(3)带有测温电路且测温电路的输出送给所述计算机，参考黑体(3)在计算机的控制下以恒温工作；滤光片组(5)含有3μηι 5μηι带通滤光片和8 μ m 12 μ m的带通滤光片,两个滤光片对称安装在滤光片轮上，滤光片轮由受所述计算机(8-5)控制的电机驱动；其特征在于所述限制光阑组￠)由三个光阑组成，各光阑的两个表面分别涂制高吸收率的黑漆，第一光阑(6-1)紧贴所述参考黑体(3)且正对所述红外探测器(7)的端面垂直于所述光学系统⑴的光轴，第一光阑(6-1)的口径为R1 = IOOx1Z^SOd1表不第一光阑(6-1)与红外探测器(7)之间的距离；第二光阑(6-2)为滤光片轮上未安装滤光片的部分，第二光阑(6-2)与所述红外探测器(7)之间的距离为X2 = 250R2/100，R2表示滤光片的口径；第三光阑(6-3)垂直于所述光学系统(I)的光轴，第三光阑(6-3)的口径为R3= 10(^3/250，13表示第三光阑出-3)与所述红外探测器(7)之间的距离；当所述调制盘(2-2)的镂空部分进入光路时，来自被测红外热像仪测试设备的准直辐射通过所述光学系统(I)会聚并经过滤光片组(5)和限制光阑组(6)形成3μηι 5μηι或8μηι 12 μ. m波段的红外福射并到达红外探测器(7)，红外探测器(7)将经过调制的辐射测量信号转化为电信号输出；当所述调制盘(2-2)的叶片部分进入光路时，所述参考黑体(3)的辐射由所述叶片反面反射后经过滤光片组(5)和限制光阑组(6)也到达红外探测器(7)，红外探测器(7)将红外辐射背景信号转化为电信号输出；所述红外探测器(7)的输出信号经所述前置放大器(8-1)进行电压放大，再经所述锁相放大器(8-2)的同步放大电路中的信号输入通道放大，并经过低通、高通或带通滤波器滤波处理后，由Α/D转换器(8-3)转换成数字信号并输入计算机(8-5)；所述计算机(8-5)内置有测控软件，其功能是控制调制盘(2-2)的转动频率达到所需要的值；对参考黑体(3)进行温度控制并使参考黑体(3)的工作温度与红外辐射计内部温度和环境温度保持一致；控制滤光片轮的转动以使所需波段的滤光片移入光路；根据以下一组公式计算出红外热像仪测试设备中面源黑体或靶标的光谱辐射出射度Μ( λ，Tbb)及辐射温度T : V = KXGX(^-)X (DtoXFOV)2X J!^2 SBB X T Collimat or (λ) X Γ,ο ⑷ X [Μ(λ, Tbb ) - M (Λ, ΤΕη )] λ(I)T= c3.[ ^ ^Μ(ΛΤΒΒ) λ]3+ c2.[ ￡^ΒΜ(Α,ΤΒΒ) λ]2 +Ci.^esM(/l,TBB)dX +C。 (2) 式中，V表示红外探测器输出的电压值，K表示红外辐射计比例因子，G表示红外辐射计电子增益，D10表示红外辐射计探测器有效入瞳直径，FOV表示红外辐射计探测器的视场，ε BB表示红外热像仪测试设备中靶标或面源黑体的发射率，τ Collifflator ( λ )表示红外热像仪测试设备中准直光管的红外光谱传输比，τ ra( λ )表示红外辐射计入瞳透射比，Μ( λ，ΤΕη)表不环境的光谱福射出射度，C3> C2> C1^ C0为方程系数，以上参量均为已知量。
2.根据权利要求I所述的红外辐射计，其特征在于还包括一个用于调整光路的CXD瞄准系统(4)，所述光学系统(I)的会聚光束由所述叶片正面反射后进入所述CCD瞄准系统(4)，微调所述光学系统(I)，使被测红外热像仪测试设备的十字分划对准CCD瞄准系统(4)的十字分划，即红外辐射计光路达到最佳状态。
全文摘要
本发明公开了一种红外辐射计，属于光学计量测试领域，用于测量红外热像仪测试设备辐射温度。其主要技术特点是，红外辐射计采用双光路设计，使得红外辐射计中探测器分别接收来自红外热像仪测试设备的辐射和红外辐射计内部参考黑体的辐射，参考黑体温度由计算机控制到与红外辐射计内部的温度及环境温度保持一致，通过限制光阑组的设计及各限制光阑安装位置的确定，使得两条光路对探测器所张立体角相同且两条光路重合。本发明不但具有小型化、智能化的特色，而且具有测量准确度高、应用前景广的特点。
文档编号G01J5/52GK102901569SQ20121036123
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者胡铁力, 范纪红, 马世帮, 郭宇, 辛舟 申请人:中国兵器工业第二0五研究所