专利名称：一种红外热像仪测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及红外测试领域，尤其涉及一种红外热像仪测试系统。
背景技术：
传统的高低温/变温条件下热像仪的性能测试系统是将热像仪及性能测试系统 均放置于高低温箱中。即现有技术的特点是将整个系统(包括温差源、目标靶、靶盘及 其转动机构、平行光管、载物平台、光具座及其他机械装置等)均放置于高低温箱中， 这就会存在以下缺点
1.在高低温/变温条件下，环境对测试系统的影响较大，整个测试系统都会发生热 变化，这样测试系统本身就是一个不确定的系统。性能测试系统内部相关的各种机械构 件、光学器件、黑体系统等都会随着环境温度的变化而变化，这就会导致温度的均勻性 差、温度的测控难度增加、机械形变、有雾气等缺陷。总之，这种测试系统中存在的不 确定因素太多，就使得整机性能测量的精度下降、可靠性降低，甚至测试结果根本不能 说明热像仪的性能问题。2.由于现有技术中的测试系统受高低温影响较大，系统稳定性较差，这就使得 现有技术中的测试系统不能用于测试对系统稳定性要求较高的光学性能指标，例如高低 温下光轴的稳定性。3.现有技术中的测试系统测量功能单一，只能完成主观MRTD的测量，但是经 试验发现，MRTD测量的结果也存在误差，且误差值较大，与室温测量的结果没有可比 性，所以测量结果失去意义。其中，MRTD (minimumresolvable temperature difference)
小可分辨温差，是用来反映红外热像仪的温度灵敏度，同时还可反映其空间分辨率，还 包括了观察者主观影响。4.由于现有技术是将热像仪及性能测试系统均放置于高低温箱中，这就要求高 低温箱体积要较大，同时还要求其中的平行光管的口径、焦距较小。5.由于整个测试系统长期处于高低温、湿热环境下，就缩短了测试系统的使用寿命。

发明内容
本发明的目的在于提供一种可在同一系统中完成高低温环境以及室温环境下测 试红外热像仪性能的测试系统，该系统具有较高的稳定性、可靠性、灵活性。本发明的技术方案实现如下一种红外热像仪测试系统，包括控制模块、目标 温度模拟模块、红外准直光学模块、温度转换模块、显示模块，
所述控制模块与所述目标温度模拟模块相连，控制所述目标温度模拟模块输出模拟 的辐射温度信号；所述控制模块还与所述温度转换模块相连，控制所述温度转换模块选 取测试环境；
所述红外准直光学模块接收所述辐射温度信号，将所述辐射温度信号转换为平行光辐射温度信号输出至所述温度转换模块；
所述温度转换模块，用于产生室温测试环境以及高低温测试环境，并将接收到的所 述平行光辐射温度信号投射到位于室温测试环境或者高低温测试环境中的待测红外热像 仪上；
所述显示模块显示所述待测红外热像仪发送来的红外热图。进一步地，所述目标温度模拟模块包括温度控制器、目标黑体、第一反射镜、 目标靶，
所述温度控制器接收所述控制模块的指令，向所述目标黑体输出温度参数，使所述 目标黑体产生目标温度信号，将所述目标温度信号作为所述模拟的辐射温度信号经所述 目标靶上的小孔投射到所述第一反射镜上，再经所述第一反射镜反射后输出到所述红外 准直光学模块。进一步地，所述目标温度模拟模块还包括制冷单元，所述制冷单元接收所述温 度控制器的指令，向所述目标黑体输出温度参数，加快所述目标黑体降温。进一步地，所述目标温度模拟模块还包括背景黑体，
所述温度控制器还接收所述控制模块的指令，向所述背景黑体输出温度参数，使所 述背景黑体产生背景温度信号，所述背景温度信号经所述目标靶的全放射面反射到所述 第一反射镜上，所述第一反射镜汇合所述目标温度信号以及所述背景温度信号作为所述 模拟的辐射温度信号，所述模拟的辐射温度信号经所述第一反射镜反射后输出到所述红 外准直光学模块。进一步地，所述目标温度模拟模块还包括制冷单元，所述制冷单元接收所述温 度控制器的指令，向所述目标黑体和所述背景黑体输出温度参数，加快所述目标黑体和 所述背景黑体降温。进一步地，所述温度参数为预输出的所述目标温度值或者所述黑体温度值、采 用的电压值以及电流值。进一步地，将所述目标黑体的发射面封装于一个充氮气的箱体内，和/或，将 所述背景黑体的发射面封装于一个充氮气的箱体内，
所述目标黑体、所述背景黑体通过所述箱体上的红外窗口与所述待测红外热像仪耦合。进一步地，所述目标温度模拟模块还包括制冷单元，
所述制冷单元接收所述温度控制器的指令，向所述目标黑体和/或所述背景黑体输 出温度参数，加快所述目标黑体和/或所述背景黑体降温。进一步地，所述红外准直光学模块为离轴抛物面镜，所述离轴抛物面镜接收所 述模拟的辐射温度信号，将所述模拟的辐射温度信号转换为平行光辐射温度信号输出至 所述温度转换模块。进一步地，所述温度转换模块包括温度转换控制器、高低温测试箱、第二反射 镜、移动轨道，
所述高低温测试箱，用于产生高低温测试环境；
所述温度转换控制器接收所述控制模块的指令，控制所述移动轨道运动，使位于所 述移动轨道上的所述第二反射镜运动选择所述平行光辐射温度信号进入高低温测试环境或者室温测试环境。进一步地，所述温度转换模块还包括形变检测模块，所述形变检测模块用于检 测所述高低温测试箱内光学平台发生形变的情况。进一步地，形变检测模块包括第三反射镜、光电自准直仪、五棱镜， 所述第三反射镜安装在所述光学平台的光具座上，
所述光电自准直仪发射的光信号经所述五棱镜后传送至所述第三反射镜，由所述第 三反射镜反射后，再经所述五棱镜反射回所述光电自准直仪，由所述光电自准直仪检测 所述光学平台的形变情况。本发明的有益效果是
1.在同一测试系统中既可实现室温环境下测试红外热像仪的性能，同时还可实现高 低温环境下测试红外热像仪的性能。2.本发明技术方案还提高了模拟的辐射温度的精准度，充分考虑具体应用环境 对测试结果的影响，将环境的背景温度叠加至目标温度中，也提高了测试系统的稳定性 和可靠性。3.由于模拟目标温度的信号是在高低温箱外产生的，这就可缩小高低温箱的体 积，而目标温度模拟模块、红外准直光学模块尺寸也是可调的，均可根据用户需求定制 相应尺寸，提高了系统的灵活性。


图1为本发明红外热像仪测试系统的构成示意图2为本发明中目标温度模拟模块的第一种实现方式的构成示意图； 图3为本发明中目标温度模拟模块的第二种实现方式的构成示意图； 图4为本发明中目标温度模拟模块的第三种实现方式的构成示意图； 图5为本发明中目标温度模拟模块的第四种实现方式的构成示意图； 图6为本发明中带充氮气箱体的黑体的示意图； 图7为本发明中目标靶的构成示意图； 图8为本发明中温度转换模块的构成示意图； 图9为本发明中形变检测模块的构成示意图； 图10为本发明中光具座的构成示意图； 图11为本发明中红外准直光学模块工作原理示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明， 并非用于限定本发明的范围。如图1所示，红外热像仪测试系统，包括控制模块10、目标温度模拟模块20、 红外准直光学模块30、温度转换模块40、显示模块50。控制模块10与目标温度模拟模 块20相连，控制目标温度模拟模块20输出模拟的辐射温度信号；控制模块10还与温度 转换模块40相连，控制温度转换模块40选取测试环境。其中，红外准直光学模块30接 收辐射温度信号，将辐射温度信号转换为平行光辐射温度信号输出至温度转换模块40。
6温度转换模块40，用于产生室温测试环境以及高低温测试环境，并将接收到的平行光辐 射温度信号投射到位于室温测试环境或者高低温测试环境中的待测红外热像仪60上。待 测红外热像仪60接收平行光辐射温度信号，根据平行光辐射温度信号将模拟的辐射温度 信号转换为红外热图，并输出至显示模块50显示发送来的红外热图。本发明的技术方案 就可在同一测试系统中既实现室温环境下测试红外热像仪的性能，同时还实现高低温环 境下测试红外热像仪的性能。如图2所示，目标温度模拟模块20包括温度控制器21、目标黑体22、第一反射 镜24、目标靶23。温度控制器21接收控制模块10的指令，向目标黑体22输出温度参 数，温度参数可包括预输出的目标温度值、采用的电压值以及电流值。目标黑体22根据 上述温度参数产生目标温度信号，将目标温度信号作为模拟的辐射温度信号经目标靶23 上的小孔投射到第一反射镜24上，再经第一反射镜24反射后输出到红外准直光学模块 30。如图3所示，目标温度模拟模块20还包括背景黑体25。温度控制器21还接收 控制模块10的指令，向背景黑体25输出温度参数，温度参数可包括预输出的背景温度 值、采用的电压值以及电流值。背景黑体25根据上述温度参数产生背景温度信号，背景 温度信号经目标靶23的全放射面反射到第一反射镜24上，第一反射镜24汇合目标温度 信号以及背景温度信号作为模拟的辐射温度信号，模拟的辐射温度信号经第一反射镜24 反射后输出到红外准直光学模块30。考虑背景温度对目标温度的影响，通过综合目标温 度以及背景温度就提高了模拟的辐射温度的精准度。由于目标温度模拟模块20中的目标靶23除了要反射目标黑体22的红外光(即 目标温度信号)，还要反射背景黑体25辐射的红外光(即黑体温度信号)，来模拟不同 场景下目标体的温度，目标靶23采用表面镀金或镀银实现。在应用中，目标温度模拟模块20还包括电动靶轮装置，电动靶轮装置能够将目 标靶23精确地定位在准直仪的焦点上。电动靶轮装置也是接受控制模块10的指令而动 作的。如图7所示，靶空间频率的计算如下假设2a为四杆靶的一个周期宽度，靶的长 宽比为7: 1，f为准直光学系统焦距，则目标靶23的空间频率F为F=f/2a。因此通过 制作不同周期宽度的目标靶23，可以得到不同空间频率的四杆靶。参见图6，将目标黑体22的发射面封装于一个充氮气的箱体27内，和/或，将 背景黑体25的发射面封装于一个充氮气的箱体27内。目标黑体22、背景黑体25通过箱 体27上的红外窗口 28与待测红外热像仪60耦合，即红外辐射信号相结合。也就是说， 由目标黑体22模拟输出的代表目标温度的红外光经由红外窗口 28传递到待测红外热像仪 60；或者，综合目标黑体22和背景黑体25后输出的代表目标温度的红外光经由红外窗口 28传递到待测红外热像仪60。由于放置于空气中的低温黑体的发射面在低温条件下容易结露、结霜，低温结 霜的解决方案如下一种方法是向发射面表面吹干燥气体，但是由于表面的气体流动会 使表面温度的均勻性受到影响；另一种方法则是将黑体(包括目标黑体22和/或背景黑 体25)发射面封装在一个充满氮气的箱体27内，通过密封的红外窗口 28将黑体同待测 的单元耦合起来。红外窗口材料选用高透过率的玻璃材料或锗窗。在需要目标黑体22或者背景黑体25从高温向低温降温时，可通过温度控制器21输出的温度参数调整，由黑体自然降温，为了加快降温的效率，如图4、图5所示，目 标温度模拟模块20中设置一制冷单元26。在图4所示方案中，制冷单元26接收温度控 制器21的指令，向目标黑体22输出温度参数，加快目标黑体22降温。在图5所示方 案中，制冷单元26接收温度控制器21的指令，向目标黑体22和背景黑体25输出温度参 数，加快目标黑体22和背景黑体25降温。制冷单元26可以通过水冷(包括制冷剂，即 冷却液)、风冷或者半导体制冷等方式实现。通过配置制冷单元26，利用冷却液实现热 扩散。冷却液是由一个分离在外的冷却液体单元供给，并在制冷单元26后部的罩套内循 环实现热扩散的。这就使黑体的温度(目标黑体22和/或背景黑体25)大大低于利用 风扇制冷的传统黑体的温度。参见图2、图3、图4、图5，红外准直光学模块30为离轴抛物面镜31，离轴抛 物面镜31接收模拟的辐射温度信号，将模拟的辐射温度信号转换为平行光辐射温度信号 输出至温度转换模块40。将目标靶23精确安装在准直光学模块的焦平面上，经红外准直光学模块30而模 拟无穷远目标。红外准直光学模块30主要包括离轴抛物面反射镜，该镜面上镀有一层很 硬的金属膜，以确保最佳的从可见光到远红外的透过率。下面简单介绍红外准直光学模块30的参数设计，如图11所示，由抛物线方程 / = 可以确定离轴量、焦距、离轴角度之间的关系
b
卿=TT
其中，φ为离轴角度，b为离轴量，f为焦距。考虑抛物面镜通光口径为250mm，目标靶23到光路中心距离估计为
a=125+85=210mm。光路中心到第一反射镜24中心的距离估计为c=125+100=225mm。
设抛物面镜的焦距f=2000mm，则离轴角度为
权利要求
1.一种红外热像仪测试系统，其特征在于，包括控制模块、目标温度模拟模块、红 外准直光学模块、温度转换模块、显示模块，所述控制模块与所述目标温度模拟模块相连，控制所述目标温度模拟模块输出模拟 的辐射温度信号；所述控制模块还与所述温度转换模块相连，控制所述温度转换模块选 取测试环境；所述红外准直光学模块接收所述辐射温度信号，将所述辐射温度信号转换为平行光 辐射温度信号输出至所述温度转换模块；所述温度转换模块，用于产生室温测试环境以及高低温测试环境，并将接收到的所 述平行光辐射温度信号投射到位于室温测试环境或者高低温测试环境中的待测红外热像 仪上；所述显示模块显示所述待测红外热像仪发送来的红外热图。
2.按照权利要求1所述的红外热像仪测试系统，其特征在于，所述目标温度模拟模块 包括温度控制器、目标黑体、第一反射镜、目标靶，所述温度控制器接收所述控制模块的指令，向所述目标黑体输出温度参数，使所述 目标黑体产生目标温度信号，将所述目标温度信号作为所述模拟的辐射温度信号经所述 目标靶上的小孔投射到所述第一反射镜上，再经所述第一反射镜反射后输出到所述红外 准直光学模块。
3.按照权利要求2所述的红外热像仪测试系统，其特征在于，所述目标温度模拟模块 还包括制冷单元，所述制冷单元接收所述温度控制器的指令，向所述目标黑体输出温度参数，加快所 述目标黑体降温。
4.按照权利要求2所述的红外热像仪测试系统，其特征在于，所述目标温度模拟模块 还包括背景黑体，所述温度控制器还接收所述控制模块的指令，向所述背景黑体输出温度参数，使所 述背景黑体产生背景温度信号，所述背景温度信号经所述目标靶的全放射面反射到所述 第一反射镜上，所述第一反射镜汇合所述目标温度信号以及所述背景温度信号作为所述 模拟的辐射温度信号，所述模拟的辐射温度信号经所述第一反射镜反射后输出到所述红 外准直光学模块。
5.按照权利要求4所述的红外热像仪测试系统，其特征在于，所述目标温度模拟模块 还包括制冷单元，所述制冷单元接收所述温度控制器的指令，向所述目标黑体和所述背景黑体输出温 度参数，加快所述目标黑体和所述背景黑体降温。
6.按照权利要求2、3、4或5所述的红外热像仪测试系统，其特征在于，所述温度参 数为预输出的所述目标温度值或者所述黑体温度值、采用的电压值以及电流值。
7.按照权利要求2或4所述的红外热像仪测试系统，其特征在于，将所述目标黑体的 发射面封装于一个充氮气的箱体内，和/或，将所述背景黑体的发射面封装于一个充氮 气的箱体内，所述目标黑体、所述背景黑体通过所述箱体上的红外窗口与所述待测红外热像仪耦合
8.按照权利要求1所述的红外热像仪测试系统，其特征在于，所述红外准直光学模块 为离轴抛物面镜，所述离轴抛物面镜接收所述模拟的辐射温度信号，将所述模拟的辐射 温度信号转换为平行光辐射温度信号输出至所述温度转换模块。
9.按照权利要求1所述的红外热像仪测试系统，其特征在于，所述温度转换模块包括 温度转换控制器、高低温测试箱、第二反射镜、移动轨道，所述高低温测试箱，用于产生高低温测试环境；所述温度转换控制器接收所述控制模块的指令，控制所述移动轨道运动，使位于所 述移动轨道上的所述第二反射镜运动选择所述平行光辐射温度信号进入高低温测试环境 或者室温测试环境。
10.按照权利要求9所述的红外热像仪测试系统，其特征在于，所述温度转换模块还 包括形变检测模块，所述形变检测模块用于检测所述高低温测试箱内光学平台发生形变 的情况。
11.按照权利要求10所述的红外热像仪测试系统，其特征在于，形变检测模块包括第 三反射镜、光电自准直仪、五棱镜，所述第三反射镜安装在所述光学平台的光具座上，所述光电自准直仪发射的光信号经所述五棱镜后传送至所述第三反射镜，由所述第 三反射镜反射后，再经所述五棱镜反射回所述光电自准直仪，由所述光电自准直仪检测 所述光学平台的形变情况。
全文摘要
本发明的红外热像仪测试系统包括控制模块、目标温度模拟模块、红外准直光学模块、温度转换模块、显示模块。控制模块分别与目标温度模拟模块和温度转换模块相连，控制输出模拟的辐射温度信号以及选取测试环境。红外准直光学模块将辐射温度信号转换为平行光辐射温度信号输出至温度转换模块。温度转换模块，用于产生室温测试环境以及高低温测试环境，并将接收到的平行光辐射温度信号投射到位于室温测试环境或者高低温测试环境中的待测热像仪上。显示模块显示所述待测红外热像仪发送来的红外热图。这就在同一测试系统中实现在室温以及高低温环境下测试热像仪的性能。同时，还提高了模拟温度的精准度及测试系统的稳定性、可靠性、灵活性。
文档编号G01J5/00GK102023057SQ201010591580
公开日2011年4月20日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者徐莹, 李欣, 胡佳伟, 范芸, 赵秀娟, 马彦静 申请人:烟台睿创微纳技术有限公司