CN103048051B - 一种红外探测器非均匀性校正装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种红外探测器非均匀性校正装置，以一种简单的结构方式解决了非均匀性红外焦平面均匀性校正的问题，加工简单，工作稳定。此装置包括用以遮蔽光学镜头的校正叶片，还包括叶片配重座、叶片轴承座、用以驱动校正叶片往复摆动的步进电机及其控制电路，在外镜筒的前端面设置有对应于校正叶片运行的设定限位位置的两个霍尔传感器，对应于所述霍尔传感器在校正叶片上固定设置有磁钢，霍尔传感器的输出端接入所述控制电路。

Description

一种红外探测器非均匀性校正装置

技术领域

本发明涉及一种红外探测器非均匀性校正装置。

背景技术

理论上，红外探测器受均匀光辐射时，各像元的响应完全一致。但实践中，由于制作器件的半导体材料的不均匀性，掩膜误差、缺陷、工艺等因素影响，其响应值不完全相同，即非均匀性。非均匀性随探测器工作环境温度的变化而变化。由于非均匀性的存在，使所获取的图像信号模糊不清、畸变，甚至使探测器失去探测的能力，而现有的工艺技术状况使得设计具有理想均匀性的红外焦平面探测器很困难。

常用的校正叶片大部分安装在光学镜头和红外探测器中间，但是这种方案对于后截距较短的红外镜头而言并不适用，具有较大的局限性。目前，有一类红外系统的非均匀校正片安装在镜头前面，主要采用悬臂结构，在控制精度和稳定性较差，因此叶片设计的尺寸较大，驱动方式和叶片旋转角度配合不合理，长时间工作往往会造成旋转驱动失效。

发明内容

本发明提供了一种红外探测器非均匀性校正装置，以一种简单的结构方式解决了非均匀性红外焦平面均匀性校正的问题，加工简单，工作稳定。

为实现以上发明目的，本发明给出的基本技术方案如下。

一种红外探测器非均匀性校正装置，包括设置于外镜筒前端、用以遮蔽光学镜头的校正叶片，其特殊之处在于：该红外探测器非均匀性校正装置还包括叶片配重座、叶片轴承座、用以驱动校正叶片往复摆动的步进电机及其控制电路，所述步进电机通过电机座固定于外镜筒侧壁，叶片轴承座通过螺钉与电机座连接紧固；叶片配重座位于叶片轴承座与电机座之间，并与步进电机回转轴同轴固定，校正叶片的柄部安装固定于叶片配重座；在外镜筒的前端面设置有对应于校正叶片运行的设定限位位置的两个霍尔传感器，对应于所述霍尔传感器在校正叶片上固定设置有磁钢，霍尔传感器的输出端接入所述控制电路。

基于以上基本技术方案，本发明还有以下优化改进：

该红外探测器非均匀性校正装置还包括限位块，所述校正叶片夹装固定于限位块与叶片配重座之间从而构成一体的摆动组件，摆动组件整体位于叶片轴承座与电机座之间，叶片轴承座内侧设置有用以限制限位块行程的凹槽。如此，限位块与叶片轴承座内侧凹槽配合实现机械限位，以防止校正叶片的摆动超出所述设定限位位置。

叶片配重座与步进电机回转轴的同轴固定具体可采用以下方式：叶片配重座加工有顶丝孔，平头顶丝穿过顶丝孔将叶片配重座与步进电机回转轴连接固定，步进电机回转轴上具有与平头顶丝相配合的配合平面。

步进电机回转轴与叶片配重座的固定轴同轴一体安装于由一对深沟球轴承、叶片轴承座和电机座构成的双简支轴系中。双简支轴系的优点在于可以使轴在动载荷的作用下转动时，所产生的破坏应力更小，进一步提高了轴系的安全系数和可靠性。

在顶丝孔处点有环氧胶。这样可使叶片配重座与步进电机回转轴紧固效果更好。

摆动组件可以是采用沉头螺钉连接紧固为一体，能够增强在摆动过程中的稳定性。

本发明具有以下优点：

该校正装置，采用步进电机驱动，电机转动范围和实际的校正范围具有良好的匹配，另外在该装置中增加了电限位和机械限位装置，确保了工作的可靠性。步进电机在通电情况下具有较大的静态保持力矩，确保该装置能够应用于较大的振动和复杂的环境条件下，具有良好的环境适应性。

该校正装置以一种简单的结构方式解决了非均匀性红外焦平面均匀性校正的问题，加工简单，成本较低，能够适应恶劣力学环境、热学环境的考验，且应用范围宽广，可广泛应用于红外镜头的设计中。

附图说明

图1为本发明的外形图（正视方向）。

图2为本发明的结构示意图（图1沿A-A方向的剖视）。

图3为校正叶片工作示意图，其中，（a）为叶片遮蔽镜头时的位置，（b）为叶片脱开镜头时的位置。

附图标号说明：

1-电机座；2-电机轴承盖；3-叶片配重座；4-校正叶片；5-限位块；6-叶片轴承座；7-叶片轴承盖；8-磁钢安装座；9、10-深沟球轴承；11、13-沉头螺钉；12十字盘头M2×5螺钉；14-磁钢；15-十字盘头M1.6×4螺钉；16-内六角平端紧定螺钉；17-步进电机；18-环氧胶。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的非均匀校正装置主要由校正叶片、叶片轴承座、叶片配重座、电机座、电机轴承座、步进电机、磁钢、霍尔开关等组成。

校正叶片运动的驱动电机采用步进电机，为确保叶片在振动环境下工作的可靠性，校正叶片夹装固定于叶片配重座与限位块之间，并通过限位块与叶片轴承座内侧凹槽的配合限制校正叶片的摆动行程。具体可以将校正叶片通过两个沉头螺钉与限位块、叶片配重座连接固定为一体，叶片配重座有顶丝孔一端与电机轴通过顶丝（内六角平端紧定螺钉）连接并点环氧胶固定，将装好轴承及轴承盖的叶片轴承座安装到叶片配重座的另一端，最好使轴承端面与叶片轴承座突出的轴端平齐，再通过两个M3×20的螺钉（图3）将叶片轴承座与电机座连接紧固。

步进电机回转轴与叶片配重座的固定轴（同轴）一体安装于由一对深沟球轴承、叶片轴承座和电机座构成的双简支轴系中。这样，可以使轴在动载荷的作用下转动时，所产生的破坏应力更小，进一步提高了轴系的安全系数和可靠性。

本发明的控制系统主要是驱动叶片步进电机的回路，以及接收磁钢与霍尔开关产生的高低电平信号的回路。

工作原理：热像仪工作后，定时控制电机转动，带动叶片闭合，遮挡镜头，红外探测器采集叶片的图像，以此图像为基准进行非均匀性校正参数计算，校正参数计算完成后控制电机转动，带动叶片打开，热像仪对目标成像，利用叶片闭合时计算的校正参数对图像进行校正。

固定于叶片上随叶片一起运动的一个磁钢及固定于外镜筒前端面的两个霍尔开关（传感器）组成的电限位控制系统。在校正叶片开合过程中，当校正叶片转到开与关两个极限位置时，霍尔开关感应到磁钢，将信号传给FPGA可编程逻辑控制板，控制步进电机的停止转动，并保证叶片与机械限位不发生硬冲击，保护电机。

例如，针对某红外光学系统，光学系统对角线视场为51°。校正片为中心对称的结构形式，厚度为0.8mm的超硬铝片，安装在光学镜头的前端面，遮挡位置根据光学镜头的口径设计为Φ30mm，遮挡中心相对于驱动电机回转轴距离46.9mm，校正片安装孔为Φ5mm。校正叶片加工完成后表面进行喷沙、黑色氧化处理并喷涂红外消光漆，具有较高的表面发射率。

如图3所示，校正叶片在校正和脱离开后有两个极限位置，设置有电限位和机械限位。电限位采用霍尔型传感器进行信号的采集，进而控制电机动作，电限位角度范围设计为43°；根据电机的步进角和控制步数可以精确实现，可以确保电机驱动角度和校正角度范围具有良好的匹配性，确保长时间工作时、电机和校正片的可靠性。机械限位利用限位块与叶片轴承座内凹槽配合进行限位，机械限位的夹角为45°。

试验验证：该装置实际装配后随热像仪整机经历了大量级的功率谱冲击试验，长时间的高低温试验，热真空试验，没有发生因为轴承滚珠抱死导致无法校正的现象出现，性能可靠。

Claims (6)

1.一种红外探测器非均匀性校正装置，包括设置于外镜筒前端、用以遮蔽光学镜头的校正叶片，其特征在于：该红外探测器非均匀性校正装置还包括叶片配重座、叶片轴承座、用以驱动校正叶片往复摆动的步进电机及其控制电路，所述步进电机通过电机座固定于外镜筒侧壁，叶片轴承座通过螺钉与电机座连接紧固；叶片配重座位于叶片轴承座与电机座之间，并与步进电机回转轴同轴固定，校正叶片的柄部安装固定于叶片配重座；在外镜筒的前端面设置有对应于校正叶片运行的设定限位位置的两个霍尔传感器，对应于所述霍尔传感器在校正叶片上固定设置有磁钢，霍尔传感器的输出端接入所述控制电路。

2.根据权利要求1所述的红外探测器非均匀性校正装置，其特征在于：

该红外探测器非均匀性校正装置还包括限位块，所述校正叶片夹装固定于限位块与叶片配重座之间从而构成一体的摆动组件，摆动组件整体位于叶片轴承座与电机座之间，叶片轴承座内侧设置有用以限制限位块行程的凹槽。

3.根据权利要求2所述的红外探测器非均匀性校正装置，其特征在于：

叶片配重座加工有顶丝孔，平头顶丝穿过顶丝孔将叶片配重座与步进电机回转轴连接固定，步进电机回转轴上具有与平头顶丝相配合的配合平面。

4.根据权利要求3所述的红外探测器非均匀性校正装置，其特征在于：

步进电机回转轴与叶片配重座的固定轴同轴一体安装于由一对深沟球轴承、叶片轴承座和电机座构成的双简支轴系中。

5.根据权利要求4所述的红外探测器非均匀性校正装置，其特征在于：在顶丝孔处点有环氧胶。

6.根据权利要求5所述的红外探测器非均匀性校正装置，其特征在于：摆动组件采用沉头螺钉连接紧固为一体。