CN103278311A - 一种红外辐射面均匀性测量装置及方法 - Google Patents

一种红外辐射面均匀性测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种红外辐射面均匀性测量装置，包括：高分辨率小光点采样和成像光学系统、红外探测器、前置放大器、带通滤波器、主放大器及A/D转换电路、二维精密电控位移系统及其驱动电路、主控计算机及主接口电路；所述高分辨率小光点采样和成像光学系统将红外辐射面采样点聚焦于红外探测器上；所述主控计算机通过主接口电路将驱动指令传给二维精密电控位移系统；所述红外探测器将测量的红外辐射信号转换为电信号，经过前置放大器、主放大器及A/D转换电路后，送入主控计算机完成数据处理。本发明的红外辐射面均匀性测量装置结构简单，成本低；测试效率高，速度快；测点数量多，测量精度高；溯源容易。

Description

一种红外辐射面均匀性测量装置及方法
技术领域
本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种红外辐射面均匀性测量装置，还涉及一种红外辐射面均匀性测量方法。
背景技术
红外辐射的均匀性直接影响测试和校准系统的可靠性和准确性。随着现代化工业和现代军事的需求，越来越多地需要对红外辐射均匀性进行精密测量。目前国内还没有很好的红外辐射面均匀性计量及测试方法，测量精度都有待提高。
目前红外辐射面均匀性的测量主要采用接触式测温和辐射校准测温的方法。接触式测温代价大、测量点数量少，仪器集成后便无法外部测量，且接触式测温容易造成测量不准确；辐射校准测温仪器复杂，价格昂贵，维护费用很高，且辐射温度均匀性测量不确定度很大，不适于大量且高精度的红外面辐射均匀性测量。
典型的红外辐射均匀性测量主要有三种：一是在仪器研制的过程中，在辐射面背部加多个标定过的热电偶或铂电阻进行辐射温度测量；二是采用测温热像仪进行辐射面温度测量；三是采用美国、欧洲等多个计量部门采用的实时辐射量值比对校准装置，首先用两个性能相同的专业黑体调整辐射通道的平衡状态，然后将待测黑体与标准黑体通过光学辐射零平衡比对装置进行实时辐射比对，利用宽光谱相应的探测器实现辐射面均匀性的测量。
采用热电偶或铂电阻等进行接触式红外辐射面均匀性测量，代价大，测点少且测量准确度不高；采用测温热像仪进行红外辐射面均匀性测量，测温热像仪精度一般都在±2℃，制冷型的精度也只有±1℃，价格极其昂贵，普遍在百万以上，且易受禁运限制，因此不适合用于准确校准；采用实时辐射量值比对校准装置进行红外辐射面均匀性测量，装置造价高、维护费用昂贵，且校准辐射温度不确定度大，效率低。因此上述现有技术都不能满足高精度红外辐射面均匀性测试指标的需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种红外辐射面均匀性测量装置，解决大辐射面全区域内的多点高精度扫描的问题，实现红外辐射面均匀性的高精密、快速测量，为红外光学系统及测试仪器的研制中均匀性校正提供参考依据。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种红外辐射面均匀性测量装置，包括：高分辨率小光点采样和成像光学系统、红外探测器、前置放大器、带通滤波器、主放大器及A/D转换电路、二维精密电控位移系统及其驱动电路、主控计算机及主接口电路；所述高分辨率小光点采样和成像光学系统将红外辐射面采样点聚焦于红外探测器上，实现对被测红外辐射面的自动定位及小光点采样；所述主控计算机通过主接口电路将驱动指令传给二维精密电控位移系统，按照预先设定的扫描方式，通过控制高分辨率小光点采样和成像光学系统及红外探测器，实现对红外辐射面多个被测点的扫描测量；所述红外探测器将测量的红外辐射信号转换为电信号，经过前置放大器、主放大器及A/D转换电路后，送入主控计算机完成数据处理。
可选地，所述高分辨率小光点采样和成像光学系统的参数有两种，分别为工作距离200mm、采样光斑直径2.9mm和工作距离300mm、采样光斑直径45μm。
可选地，本发明的红外辐射面均匀性测量装置还包括光电隔离器，所述光电隔离器连接在所述主接口电路和所述驱动电路之间。
可选地，本发明的红外辐射面均匀性测量装置还包括带通滤波器，所述带通滤波器连接在所述前置放大器和主放大器及A/D转换电路之间。
本发明还提供了一种红外辐射面均匀性测量方法，包括以下步骤：步骤（a），利用高分辨率小光点采样和成像光学系统将红外辐射面采样点聚焦于红外探测器上，实现对待测红外辐射面的自动定位及小光点采样；步骤（b），主控计算机通过主接口电路将驱动指令传给二维精密电控位移系统，按照预先设定的扫描方式，通过控制高分辨率小光点采样和成像光学系统及红外探测器，实现对辐射面多个被测点的扫描测量；步骤（c），将红外探测器测量的红外辐射信号转换为电信号，经过前置放大器、主放大器及A/D转换电路后，送入主控计算机完成数据处理，完成各被测点的红外辐射测量；步骤（d），通过标准辐射源对红外探测器进行实时校准，完成辐射测量的实时高精度校正。
可选地，本发明的红外辐射面均匀性测量方法还包括在进行红外辐射均匀性测量前，将待测红外辐射面所有加热区域的实际温度都稳定在设定温度的步骤。
可选地，所述高分辨率小光点采样和成像光学系统的参数有两种，分别为工作距离200mm、采样光斑直径2.9mm和工作距离300mm、采样光斑直径45μm。
本发明的有益效果是：
（1）结构简单，成本低；
（2）测试效率高，速度快；
（3）测点数量多，测量精度高；
（4）溯源容易。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明红外辐射面均匀性测量装置的电路控制框图；
图2为本发明红外辐射面均匀性测量方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的红外辐射面均匀性测量装置包括：高分辨率小光点采样和成像光学系统10、红外探测器20、前置放大器30、带通滤波器40、主放大器及A/D转换电路50、二维精密电控位移系统100及其驱动电路90、主控计算机70及主接口电路60。高分辨率小光点采样和成像光学系统10将待测红外辐射面110采样点聚焦于红外探测器20上，实现对待测红外辐射面110的自动定位及小光点采样，高分辨率小光点采样和成像光学系统10的参数有两种，分别为工作距离200mm、采样光斑直径2.9mm和工作距离300mm、采样光斑直径45μm；主控计算机70通过主接口电路60将驱动指令传给二维精密电控位移系统100，按照预先设定的扫描方式，通过控制高分辨率小光点采样和成像光学系统10及红外探测器20，实现对待测红外辐射面110多个被测点的扫描测量；红外探测器20将测量的红外辐射信号转换为电信号，经过前置放大器30、主放大器及A/D转换电路50后，送入主控计算机完成数据处理。
优选地，本发明的红外辐射面均匀性测量装置还包括光电隔离器80，光电隔离器80连接在驱动电路90和主接口电路60之间，实现主接口电路60和驱动电路90之间的电气隔离。为达到更好的测量精度，本发明的红外辐射面均匀性测量装置还包括带通滤波器40，带通滤波器40连接在前置放大器30和主放大器及A/D转换电路50之间。
本发明还提供了一种红外辐射面均匀性测量方法，如图2所示，包括以下步骤：步骤（a），利用高分辨率小光点采样和成像光学系统将红外辐射面采样点聚焦于红外探测器上，实现对待测红外辐射面的自动定位及小光点采样，其中，高分辨率小光点采样和成像光学系统的参数有两种，分别为工作距离200mm、采样光斑直径2.9mm和工作距离300mm、采样光斑直径45μm；步骤（b），主控计算机通过主接口电路将驱动指令传给二维精密电控位移系统，按照预先设定的扫描方式，通过控制高分辨率小光点采样和成像光学系统及红外探测器，实现对辐射面多个被测点的扫描测量；步骤（c），将红外探测器测量的红外辐射信号转换为电信号，经过前置放大器、主放大器及A/D转换电路后，送入主控计算机完成数据处理，完成各被测点的红外辐射测量；步骤（d），通过标准辐射源对红外探测器进行实时校准，完成辐射测量的实时高精度校正。
优选地，本发明的红外辐射面均匀性测量方法还包括在进行红外辐射均匀性测量前，将待测红外辐射面所有加热区域的实际温度都稳定在设定温度的步骤。
本发明的红外辐射面均匀性测量装置结构简单，成本低；测试效率高，速度快；测点数量多，测量精度高；溯源容易。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种红外辐射面均匀性测量装置，其特征在于，包括：高分辨率小光点采样和成像光学系统、红外探测器、前置放大器、带通滤波器、主放大器及A/D转换电路、二维精密电控位移系统及其驱动电路、主控计算机及主接口电路；
所述高分辨率小光点采样和成像光学系统将红外辐射面采样点聚焦于红外探测器上，实现对被测红外辐射面的自动定位及小光点采样；
所述主控计算机通过主接口电路将驱动指令传给二维精密电控位移系统，按照预先设定的扫描方式，通过控制高分辨率小光点采样和成像光学系统及红外探测器，实现对红外辐射面多个被测点的扫描测量；
所述红外探测器将测量的红外辐射信号转换为电信号，经过前置放大器、主放大器及A/D转换电路后，送入主控计算机完成数据处理。
2.如权利要求1所述的红外辐射面均匀性测量装置，其特征在于，所述高分辨率小光点采样和成像光学系统的参数有两种，分别为工作距离200mm、采样光斑直径2.9mm和工作距离300mm、采样光斑直径45μm。
3.如权利要求1所述的红外辐射面均匀性测量装置，其特征在于，还包括光电隔离器，所述光电隔离器连接在所述主接口电路和所述驱动电路之间。
4.如权利要求1所述的红外辐射面均匀性测量装置，其特征在于，还包括带通滤波器，所述带通滤波器连接在所述前置放大器和主放大器及A/D转换电路之间。
5.一种红外辐射面均匀性测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤（a），利用高分辨率小光点采样和成像光学系统将红外辐射面采样点聚焦于红外探测器上，实现对待测红外辐射面的自动定位及小光点采样；
步骤（b），主控计算机通过主接口电路将驱动指令传给二维精密电控位移系统，按照预先设定的扫描方式，通过控制高分辨率小光点采样和成像光学系统及红外探测器，实现对辐射面多个被测点的扫描测量；
步骤（c），将红外探测器测量的红外辐射信号转换为电信号，经过前置放大器、主放大器及A/D转换电路后，送入主控计算机完成数据处理，完成各被测点的红外辐射测量；
步骤（d），通过标准辐射源对红外探测器进行实时校准，完成辐射测量的实时高精度校正。
6.如权利要求5所述的红外辐射面均匀性测量方法，其特征在于，还包括在进行红外辐射均匀性测量前，将待测红外辐射面所有加热区域的实际温度都稳定在设定温度的步骤。
7.如权利要求6所述的红外辐射面均匀性测量方法，其特征在于，所述高分辨率小光点采样和成像光学系统的参数有两种，分别为工作距离200mm、采样光斑直径2.9mm和工作距离300mm、采样光斑直径45μm。
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