CN104567935A - 大动态范围星敏感器遮光罩消光比测量装置 - Google Patents

Abstract

大动态范围星敏感器遮光罩消光比测量装置，涉及星敏感器遮光罩消光比测量技术。它为了解决现有的遮光罩消光比测量方法存在测量精度低及测量速度慢的问题。本发明的辐射发射与整形子系统用于为消光比测量提供光源，辐射数据采集与处理子系统包括积分球和计算机，积分球用于测量遮光罩入口与出口处的能量，并将测量结果发送至计算机。机械运动与控制子系统用于承载并带动遮光罩、遮光罩支撑结构以及积分球一起转动；环境杂光吸收与抑制子系统为暗室，用于吸收背景杂光。本发明能够实现10^-3～10⁵lx照度的测量；采用积分球作为接收装置，测量误差小于2％；通过软件整合实现自动测量，提高了测量速度，适用于星敏感器遮光罩消光比的测量。

Description

大动态范围星敏感器遮光罩消光比测量装置

技术领域

本发明涉及星敏感器遮光罩消光比的测量技术。

背景技术

随着航天技术的飞速发展，星敏感器已经广泛应用于深空探测、对地遥感等军事与民用领域。星敏感器属于弱光光电探测器，在轨工作时容易受到来自太阳光、地气光、月光等背景杂散光的影响。作为星敏感器的重要组成结构，遮光罩承担着星敏感器主要杂散光的抑制任务。为了提高遮光罩的杂光抑制能力，遮光罩内壁设置固定间隔的遮光扣，增加杂散光线在遮光罩内壁的散射次数，并对遮光罩内壁进行氧化发黑处理，减少进入光学系统的散射光线。光线以不同角度入射时，遮光罩的杂光抑制能力通过消光比(Extinction Ratio)ER(θ)来表征，即：

$\mathrm{ER}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{{\mathrm{\Φ}}_o\left(\mathrm{\θ}\right)}{{\mathrm{\Φ}}_i\left(\mathrm{\θ}\right)}---\left(1\right)$

式中，θ为入射天顶角，Φ_i(θ)为入射光在遮光罩入口处的辐射通量，Φ_o(θ)为遮光罩出口处接收到的辐射通量。

但目前还没有专门用于测量星敏感器遮光罩消光比的装置，对于遮光罩消光比的测量精度也比较低，且测量速度也较慢。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有遮光罩消光比测量方法存在测量精度低、测量速度慢的问题，提供一种大动态范围星敏感器遮光罩消光比测量装置。

本发明所述的大动态范围星敏感器遮光罩消光比测量装置包括辐射发射与整形子系统、机械运动与控制子系统、环境杂光吸收与抑制子系统和辐射数据采集与处理子系统；

辐射发射与整形子系统、机械运动与控制子系统和辐射数据采集与处理子系统均位于环境杂光吸收与抑制子系统内部；

辐射数据采集与处理子系统包括积分球和计算机，积分球用于测量遮光罩入口处与出口处的能量，并将测量结果发送至计算机；

辐射发射与整形子系统包括大功率宽光谱光源、直流稳压电源和大口径光束整形装置；直流稳压电源用于为大功率宽光谱光源提供工作电源，大口径光束整形装置将大功率宽光谱光源的出射光整形为平行光，所述平行光入射至遮光罩的入口；

机械运动与控制子系统用于承载遮光罩、遮光罩的支撑结构以及积分球，并带动遮光罩、遮光罩的支撑结构以及积分球运动；

环境杂光吸收与抑制子系统为暗室，用于吸收遮光罩消光比测试过程中产生的背景杂光。

上述装置的机械运动与控制子系统能够实现计算机自动控制，提高了测量时角度旋转的速度和精度。遮光罩入口处的辐射通量和出口处的辐射通量均由高精度积分球进行测量，积分球配备与计算机连接的标准通讯接口，测量的数据采集过程由计算机来控制。并且从软件上将积分球的辐射测量软件和机械转角系统的控制软件整合在一起，通过计算机自动控制实验的整个测量过程，使得实验操作起来更加简便，同时也提高了测量精度、节省了测量时间。

本发明所述的大动态范围星敏感器遮光罩消光比测量装置的优点在于：

1、动态范围大，实现10^-3～10⁵lx照度的测量；

2、采用积分球作为接收装置，提高了测量精度，误差小于2％(采用照度计或其他测量装置，误差大于10％)；

3、通过软件整合实现自动测量，提高测量速度，测量一个遮光罩的时间小于1分钟(采用光谱仪、照度计或其他测量装置测量一个遮光罩的时间超过30分钟，甚至超过2个小时)；

4、界面友好、操作方便。

附图说明

图1为本发明所述的大动态范围星敏感器遮光罩消光比测量装置的原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的大动态范围星敏感器遮光罩消光比测量装置包括辐射发射与整形子系统、机械运动与控制子系统、环境杂光吸收与抑制子系统和辐射数据采集与处理子系统；

辐射发射与整形子系统、机械运动与控制子系统和辐射数据采集与处理子系统均位于环境杂光吸收与抑制子系统内部；

辐射数据采集与处理子系统包括积分球4和计算机5，积分球4用于测量遮光罩入口与出口处的能量，并将测量结果发送至计算机5；

辐射发射与整形子系统包括大功率宽光谱光源1、直流稳压电源2和大口径光束整形装置3；直流稳压电源2用于为大功率宽光谱光源1提供工作电源，大口径光束整形装置3将大功率宽光谱光源1的出射光整形为平行光，所述平行光入射至遮光罩的入口；

机械运动与控制子系统用于承载遮光罩、遮光罩的支撑结构以及积分球4，并带动遮光罩、遮光罩的支撑结构以及积分球4一起运动；

环境杂光吸收与抑制子系统为暗室，用于吸收遮光罩杂光测试过程中产生的背景杂光。

本实施方式中，辐射发射与整形子系统用于模拟空间环境下的真实太阳光照条件，提供空间太阳光谱与强度分布，实现遮光罩消光比测试时的光能输入。

机械运动与控制子系统包括高精度电动旋转台及工控机、高精度电动二维组合位移台及工控机、运动控制器6以及各种规格接头等。机械运动与控制子系统用于承载遮光罩、遮光罩支撑结构以及数据采集设备等，并通过控制软件驱动机械系统运行，实现不同光照角度下遮光罩消光比的测量。

环境杂光吸收与抑制子系统是用于吸收遮光罩消光比测试过程中产生的背景杂光而设计的暗室。通过内壁喷涂或贴覆高吸收率材质、在合适位置安置吸收阱实现背景杂光的消除。

辐射数据采集与处理子系统包括积分球4、计算机5、控制机柜、不同规格的电缆及接头等，计算机5内嵌入有测量软件和控制软件。辐射数据采集与处理子系统用于遮光罩出口处辐射能量的测量及后续的数据处理。

本实施方式是一种测量准确、操作方便的遮光罩消光比快速测量装置，其原理为：大功率宽光谱光源1作为太阳模拟器，其出射光整形为平行光后入射到遮光罩的入光口，积分球位于遮光罩的出光口，遮光罩出射的光束全部被积分球接收。遮光罩和积分球放置在高精度电动旋转台上，转台可以在水平面(即图1中的XY平面)做圆周运动，实现遮光罩在不同角度入射光照射下的出口光通量的测量。积分球接收的辐射通量可以通过安置在积分球开孔处的探测器测量获得。然后将遮光罩移去，由积分球直接测量入射辐射通量，两者比值即为测得的消光比。

若遮光罩放置在测量光路中，光辐射探测器件测量出的光电信号值V₁(θ)；遮光罩移去后，光辐射探测器件测量出的光电信号值V₂(θ)；由于光辐射探测器是对辐照度的响应，当它放在球内某一表面处时，其输出信号值就能表示入射到积分球内的辐射通量值。则该遮光罩的消光比为：

$\mathrm{ER}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{V_1\left(\mathrm{\θ}\right)}{V_2\left(\mathrm{\θ}\right)}---\left(2\right)$

本实施方式中，高精度电动旋转台的机械转角系统具有与步进电机控制器和计算机连接的标准通讯接口，能够实现计算机自动控制，提高了测量时角度旋转的速度和精度。遮光罩入口处的辐射通量和出口处的辐射通量均由高精度积分球进行测量，积分球配备与计算机连接的标准通讯接口，测量的数据采集过程由计算机来控制。并且从软件上将积分球的辐射测量软件和机械转角系统的控制软件整合在一起，通过计算机自动控制实验的整个测量过程，使得实验操作起来更加简便，同时也提高测量精度、节省了测量时间，提高了测量速度。

具体实施方式二：本实施方式是对实施方式一所述的大动态范围星敏感器遮光罩消光比测量装置的进一步限定，本实施方式中，所述的环境杂光吸收与抑制子系统的内壁覆有高吸收率材质涂层，且所述内壁上设置有吸收阱。

高吸收率材质涂层和吸收阱能够更好地吸收背景杂光。

Claims (2)

1.大动态范围星敏感器遮光罩消光比测量装置，其特征在于：包括辐射发射与整形子系统、机械运动与控制子系统、环境杂光吸收与抑制子系统和辐射数据采集与处理子系统；

辐射发射与整形子系统、机械运动与控制子系统和辐射数据采集与处理子系统均位于环境杂光吸收与抑制子系统内部；

辐射数据采集与处理子系统包括积分球(4)和计算机(5)，积分球(4)用于测量遮光罩入口与出口处的能量，并将测量结果发送至计算机(5)；

辐射发射与整形子系统包括大功率宽光谱光源(1)、直流稳压电源(2)和大口径光束整形装置(3)；直流稳压电源(2)用于为大功率宽光谱光源(1)提供工作电源，大口径光束整形装置(3)将大功率宽光谱光源(1)的出射光整形为平行光，所述平行光入射至遮光罩的入口；

机械运动与控制子系统用于承载遮光罩、遮光罩的支撑结构以及积分球(4)，并带动遮光罩、遮光罩的支撑结构以及积分球(4)运动；

环境杂光吸收与抑制子系统为暗室，用于吸收遮光罩杂光测试过程中产生的背景杂光。

2.根据权利要求1所述的大动态范围星敏感器遮光罩消光比测量装置，其特征在于：所述的环境杂光吸收与抑制子系统的内壁覆有高吸收率材质涂层，且所述内壁上设置有吸收阱。