CN101504317A

CN101504317A - 一种简便检测红外成像系统性能参数的装置

Info

Publication number: CN101504317A
Application number: CNA2009100608919A
Authority: CN
Inventors: 张晓晖; 鲁刚; 李振; 胡清平; 葛卫龙
Original assignee: Naval University of Engineering PLA
Current assignee: Naval University of Engineering PLA
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: CN101504317B

Abstract

一种简便检测红外成像系统性能参数的装置，包括红外透镜、镂空金属靶、温控片、温度传感器和壳体，其特征是所述壳体为绝热金属套筒，温控片位于绝热金属套筒一端，红外透镜位于绝热金属套筒另一端，镂空金属靶通过靶标支撑装置置于绝热金属套筒内红外透镜的焦面附近，在镂空金属靶上设有温度传感器，所述镂空金属靶的一个镂空部位位于温控片与红外透镜之间的光路上。该装置利用成像原理模拟远处目标，满足了红外热像仪的工作距离要求，绝热良好的壳体保证了温度稳定性，降低了检测时对环境的要求，有效消除了空气流通、热传导、热辐射等外界干扰，并且降低了热像仪检测时空间的大小。整个检测设备体积小、操作方便、检测快速。

Description

一种简便检测红外成像系统性能参数的装置

技术领域

本发明涉及红外热像仪性能参数检测装置，尤其涉及一种简便检测红外成像系统性能参数的装置。

背景技术

红外热像仪在民用或军用的应用领域非常广泛，由于热像装备具有全天候作战能力强的优点，已经成为各国竞相发展的热点，并且热像仪在医疗诊断、电路故障判断以及很多工厂的产线上也有广泛的应用。

在研究阶段，为了实现对热像仪或红外制导武器各项指标的检测和作战效能的评估，红外目标模拟仿真设计尤为重要。在系统设计、效能评估，采用半实物仿真手段是至关重要的。采用仿真技术不但能够大幅度降低武器研制和试验的费用，缩短研制周期，同时可以对武器各项指标和性能进行验证。因此，红外热像仪性能参数的评估对热像仪的研制及应用都非常重要。

在国外，红外成像目标及背景红外辐射模拟的研究和利用也达到了较高水平。尤其是在近20年中，西方先进国家纷纷进行各类可实现的红外景像投影系统的探索和研制。特别是英、美等竭尽全力积极探索和开发。其中包括了红外CRT、激光扫描、液晶光阀、MOS电阻阵列等。由于基于MOS电阻阵列的技术，在像元素的规模、输出的温度范围、图像的帧频和温度分辨率等方面都取得了突破性进展，因而成为当前美、英、法、以等国红外成像探测和制导系统半实物仿真中首选的红外目标和背景生成技术的核心装置，如著名的美军陆军导弹司令部的红石试验基地、艾格林空军基地、霍普金斯大学应用物理实验室，英国的马丁宇航动力学公司(MBD)以及法国的BGT公司等。这些制导武器系统仿真实验室都采用了基于MOS电阻阵列的红外动态图像生成装置，并且试验证明了该类装备的有效性和良好的经济效益。

目前，英、美等国常用的MOS电阻阵列性能大致为：像元数规模128X128、512X512，数据传送速率100HZ～200HZ，像元的响应时间约为1ms(1000Hz)，填充因子在80～90％以上，最高热辐射温度550摄氏度左右。电压灰度等级212～214。这些性能目前已经能够满足各类红外成像装备的要求。但是不可否认该类装置还存在一些技术问题需要做更深入的研究和改进。如进一步消除影响温度分辨率的因素，提高整幅图像均匀性，大幅度提高辐射温度等。因此，美、英等国一方面对MOS电阻阵列作进一步研究和改进，另一方面有许多研究单位还在新一代、新原理的红外热图像生成方法和装置。其中2002年美国光学科学公司(OSC公司)开发了一种衬之为“微镜阵列投影器系统”，这种投影器技术表现出了各种良好的性能，包括更高的空间分辨率、更高的帧速、高填充因子、宽温度动态范围、无瞎元以及极好的均匀性等。除此之外，2005年美国MCNC研究所公布宣称发展了一种“静电式人工眼脸控制微镜阵列设备”，其空间分辨率至少可达512X512，像元响应时间低于1.25ms(800Hz)。由此可见，为了创造更逼真的仿真环境，更精确有效地测试和评估武器系统的性能，人们还在努力地进行各种探索性的研究。

综上所述，红外热像仪检测装置的研制的重要工作便是红外目标的模拟，目前国内外红外目标的模拟基本上都采用电阻阵列以及黑体炉等方式，具有温度控制精度高并且可以模拟动态目标等优点，但是相应的成本也非常高，检测时必须在恒温且热传导小以及热辐射小的较大空间才能进行，限制了检测装置的使用普遍性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种对检测环境的空气对流性以及热辐射传导等没有严格要求，要求的检测空间也比较小的简便检测红外成像系统性能参数的装置，使其可以用于在产品现场使用时的快速检测，也可以用于产品线上红外成像系统主要参数的合格率检测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种简便检测红外成像系统性能参数的装置，包括红外透镜、镂空金属靶、温控片、温度传感器和壳体，其特征是所述壳体为绝热金属套筒，温控片位于绝热金属套筒一端，红外透镜位于绝热金属套筒另一端，镂空金属靶通过靶标支撑装置置于绝热金属套筒内红外透镜的焦面附近，在镂空金属靶上设有温度传感器，所述镂空金属靶的一个镂空部位位于温控片与红外透镜之间的光路上。

在上述方案中，所述温控片为半导体制冷片，由温度控制器控制，所述半导体制冷片置于散热片表面，散热片固定在绝热金属套筒一端，在散热片后面设有风扇。

在上述方案中，所述镂空金属靶为金属圆盘，其镂空部位沿金属圆盘同一圆周方向设置。

在上述方案中，所述镂空金属靶镂空部位的形状分别为四杆形、圆形、半圆形以及十字形。

在上述方案中，所述靶标支撑装置由靶标衬板、旋转轴和支架组成，所述旋转轴固定在靶标衬板中央轴向，旋转轴由固定在壳体内表面的支架支撑，旋转轴上设有拨轮，所述镂空金属靶固定在靶标衬板外端面并与靶标衬板同轴，在靶标衬板上与镂空金属靶每一个镂空部位对应处分别设有通孔。

在上述方案中，所述靶标衬板中通孔所在的圆周相交于温控片与红外透镜之间的光路上。

在上述方案中，所述红外透镜通过接管、视差圈固定在绝热金属套筒端面上的定位孔上。

在上述方案中，所述壳体、散热片和风扇安装在底板上，底板通过支杆与底座相连，在底座上与红外透镜对应处设有能够调整上下位置、调整旋转角度并能将红外热像仪夹紧的固定夹具。

该检测装置能模拟目标和背景之间的温度差异，可以调节红外热图，它可以对一般性能的手持式红外热像仪的主要性能参数进行检测，例如：最小可探测温差、空间分辨率、噪声等效温差以及探测器均匀性等。该装置工作时，首先通过温度传感器探测得到镂空金属片上的实际温度，然后根据热像仪的主要性能参数最小可分辨温差通过温度控制器来调节半导体制冷片上的实际温度。半导体制冷片与镂空金属片的温差为模拟的实际温差，大小通过温度控制器来设定，温度可变化的是半导体制冷片。实际温差与辐射温差之间的对应关系可以通过标准的红外测温仪来一一标定。

透过镂空金属片看到的目标温度是可变化的一红外热图，而背景温度视环境温度而定。镂空金属片置于红外物镜的焦面附近，具体位置根据红外热像仪的调焦范围来决定，镂空靶的形状根据热像仪的视场以及要检测的参数决定。

本发明所述的一种简便检测红外成像系统性能参数的装置具有如下优点：

1)设备成本低

该检测装置利用半导体制冷原理替代传统的利用黑体炉或者电阻阵列模拟红外目标。调节温差为0.1K，可满足一般性能的红外热像仪主要性能参数，即最小可探测温度的模拟。该装置设计了可旋转的金属镂空靶，通过旋转不同的位置就可设置不同的红外靶来检测不同的性能参数。设备成本要远远低于传统的满足同样性能指标的黑体炉或者电阻阵列等方式的红外热像仪检测装置。

2)对检测环境及检测空间要求大大降低，可随时随地进行检测

该装置利用成像原理模拟远处目标，满足了红外热像仪的工作距离要求，绝热良好的壳体保证了温度稳定性，降低了检测时对环境的要求，有效消除了空气流通、热传导、热辐射等外界干扰，并且降低了热像仪检测时空间的大小。整个检测设备体积小、操作方便、检测快速。

附图说明

图1是本发明系统框图。

图2是本发明整体结构图。

图3是红外主体立体图。

图4是红外主体分解图。

图5是靶标组件立体图。

图6是靶标组件分解图。

图7是壳体立体图。

图8是壳体分解图。

具体实施方式

本实施例如图1-2所示，包括红外主体1、底座2和用于固定红外热像仪的固定夹具3，红外主体1通过支杆4与底座2相连，底座2下部设有四个调平螺纹支脚5。固定夹具3能够将红外热像仪夹紧，并调整其上下位置、调整其旋转角度，使红外热像仪对准红外主体1中的红外透镜6。

所述红外主体1(见图3、图4)主要由红外透镜6、镂空金属靶7、温控片8、温度传感器9和壳体组件10组成。所述壳体组件10为绝热金属套筒。所述温控片8为半导体制冷片，由温度控制器11控制，所述半导体制冷片置于散热片12表面，散热片12和壳体组件10固定在固定座13上，在散热片后面设有风扇14，温控片8位于绝热金属套筒一端，红外透镜6通过接管26、视差圈27固定在绝热金属套筒端面上的定位孔28上。

红外透镜6位于绝热金属套筒另一端，镂空金属靶7通过靶标支撑装置置于绝热金属套筒内红外透镜的焦面附近。在镂空金属靶7上设有温度传感器。

所述靶标支撑装置(见图5、图6)由靶标衬板16、旋转轴17和第一支架18、第二支架19组成，所述旋转轴17固定在靶标衬板16中央轴向，由锁紧套20锁紧，旋转轴17两端的轴颈部位分别由第一支架18和第二支架19中的支撑孔支撑，第一支架18和第二支架19相互用螺栓连接在一起并固定在壳体内表面。旋转轴17上所设有拨轮为小齿轮21，小齿轮21大齿轮22啮合。所述镂空金属靶7用螺钉23固定在靶标衬板16外端面并与靶标衬板同轴，在靶标衬板上与镂空金属靶每一个镂空部位25对应处分别设有通孔24。所述靶标衬板中通孔24所在的圆周相交于温控片8与红外透镜6之间的光路上，通过红外透镜6可以观察到温控片8。

所述镂空金属靶7为金属圆盘，其镂空部位25沿金属圆盘同一圆周方向设置，镂空部位25的形状分别为四杆形、圆形、半圆形以及十字形。

所述壳体组件10(见图5、图6)由内绝热金属套筒29和外绝热金属套筒30和面板32构成，在内绝热金属套筒29外端设有定位孔28，在内绝热金属套筒29和外绝热金属套筒30上面与靶标支撑装置中小齿轮21对应位置处分别设有窗口31，通过窗口31用手可以拨动小齿轮21带动镂空金属靶7旋转，通过旋转不同的位置就可设置不同的镂空部位25来检测红外热像仪不同的性能参数。

Claims

1、一种简便检测红外成像系统性能参数的装置，包括红外透镜、镂空金属靶、温控片、温度传感器和壳体，其特征是所述壳体为绝热金属套筒，温控片位于绝热金属套筒一端，红外透镜位于绝热金属套筒另一端，镂空金属靶通过靶标支撑装置置于绝热金属套筒内红外透镜的焦面附近，在镂空金属靶上设有温度传感器，所述镂空金属靶的一个镂空部位位于温控片与红外透镜之间的光路上。

2、根据权利要求1所述的一种简便检测红外成像系统性能参数的装置，其特征是所述温控片为半导体制冷片，由温度控制器控制，所述半导体制冷片置于散热片表面，散热片固定在绝热金属套筒一端，在散热片后面设有风扇。

3、根据权利要求1或2所述的一种简便检测红外成像系统性能参数的装置，其特征是所述镂空金属靶为金属圆盘，其镂空部位沿金属圆盘同一圆周方向设置。

4、根据权利要求3所述的一种简便检测红外成像系统性能参数的装置，其特征是所述镂空金属靶镂空部位的形状分别为四杆形、圆形、半圆形以及十字形。

5、根据权利要求4所述的一种简便检测红外成像系统性能参数的装置，其特征是所述靶标支撑装置由靶标衬板、旋转轴和支架组成，所述旋转轴固定在靶标衬板中央轴向，旋转轴由固定在壳体内表面的支架支撑，旋转轴上设有拨轮，所述镂空金属靶固定在靶标衬板外端面并与靶标衬板同轴，在靶标衬板上与镂空金属靶每一个镂空部位对应处分别设有通孔。

6、根据权利要求5所述的一种简便检测红外成像系统性能参数的装置，其特征是所述靶标衬板中通孔所在的圆周相交于温控片与红外透镜之间的光路上。

7、根据权利要求1所述的一种简便检测红外成像系统性能参数的装置，其特征是所述红外透镜通过接管、视差圈固定在绝热金属套筒端面上的定位孔上。

8、根据权利要求2所述的一种简便检测红外成像系统性能参数的装置，其特征是所述壳体、散热片和风扇安装在底板上，底板通过支杆与底座相连，在底座上与红外透镜对应处设有能够调整上下位置、调整旋转角度并能将红外热像仪夹紧的固定夹具。