CN105136314B - 一种真空低温环境下红外热像仪的实现方法及装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种本发明实施例的真空低温环境下红外热像仪的实现方法及装置。根据本发明的真空低温环境下红外热像仪的实现方法包括：根据红外热像仪的组成器件的最低工作温度要求、以及真空低温环境的压力和温度条件，将红外热像仪拆分成耐低温组件和常温组件；将耐低温组件固定于真空低温设备的内部、常温组件设置于真空低温设备的外部；耐低温组件将探测到的数据经由数据线传递给常温组件，常温组件根据接收的数据分析被测样品的红外辐射特性并显示。根据本发明，无须为了防止常温组件损害而对其进行保温或加热处理，能够大大缩小红外热像仪在低温真空罐内的体积，降低真空低温环境下使用红外热像仪的设计和安装成本。

Description

一种真空低温环境下红外热像仪的实现方法及装置

技术领域

本发明涉及光电产品应用技术领域，尤其涉及一种真空低温环境下红外热像仪的实现方法及装置。

背景技术

为了研究太空中目标的红外特性，往往使用低温真空罐试验装置在地面模拟测试，这种测量测试方法成本较飞行试验低很多，而且也容易实现。放入低温真空罐的设备除特殊订制设备外，均需要对其做低温防护措施。尽管很多设备可以在低温下运行，但是低温真空罐使用液氮制冷，其热沉的表面温度为零下196℃，即77K，这个温度下电子元器件一般都不能正常工作。

在低温真空罐内加装制冷红外热像仪一般是将整个红外热像仪设备放置于低温真空罐内，使用支架等将其安装于所需位置，对整个红外热像仪采取保温措施，即在红外热像仪外部使用厚厚的保温材料包裹起来，以避免低温环境对其内部不耐冷组件中电路的损害。采用这种方式存在以下不足：

1.如果试验时间较长，需要为红外热像仪专门加热，费时费力。

2.低温真空罐的空间是有限的，红外热像仪加上保温材料等往往使得低温真空罐的有效空间大量减少。

3.需要使用保温材料将整个红外热像仪包裹起来，设计及安装成本高。

4.斯特林制冷机内部有电动机等运动机构，并使用润滑油润滑。采用斯特林制冷机制冷对CCD探测器制冷至零下196℃左右，并对低温真空罐抽真空时，若低温真空罐的内部气压低于10^-2Pa，润滑油分子会扩散逸出，造成低温真空罐的内部压力无法继续下降，而且会污染低温真空罐的内部环境。

因此，现有技术中存在对能解决上述技术问题的真空低温环境下红外热像仪的实现技术的需要。

发明内容

本发明的实施例提供了一种真空低温环境下红外热像仪的实现方法及装置，无须为红外热像仪进行保温或加热处理，并能减大大缩小红外热像仪在低温真空罐内的体积。

根据本发明的一个方面，提供了一种真空低温环境下红外热像仪的实现方法包括：

S1、根据红外热像仪的组成器件的最低工作温度要求、以及真空低温环境的压力和温度条件，将红外热像仪拆分成耐低温组件和常温组件；

S2、将所述耐低温组件固定于真空低温设备的内部、所述常温组件设置于所述真空低温设备的外部；

S3、所述耐低温组件将探测到的数据经由数据线传递给所述常温组件，所述常温组件根据接收的所述数据分析被测样品的红外辐射特性并显示。

优选地，所述耐低温组件以及所述常温组件中的各个所述组成器件分别为独立的拆分单元；

步骤S1进一步包括：若所述真空低温环境的压力和温度条件改变，则：将所述耐低温组件中无法在改变后的压力和温度条件下正常工作的所述组成器件划分至所述常温组件，将所述常温组件中可以在改变后的压力和温度条件下正常工作的所述组成器件划分至所述耐低温组件。

优选地，所述真空低温环境的压力和温度分别为：10^-3Pa、-196℃。

优选地，所述耐低温组件包括：CCD探测器以及光学组件，所述常温组件包括：控制电路、数据采集电路以及电源。

优选地，所述真空低温设备为低温真空罐。

优选地，所述CCD探测器固定地设置在所述低温真空罐底部的热沉上。

优选地，所述CCD探测器通过连接机构固定地设置在所述低温真空罐底部的热沉上；所述连接机构具有导热性。

优选地，通过所述连接机构调节所述CCD探测器的方位角和俯仰角。

优选地，所述耐低温组件固定地设置在所述低温真空罐内部的预定位置；采用保温材料将所述CCD探测器与制冷机或液氮装置固定地连接在一起，通过所述制冷机或所述液氮制冷装置为所述CCD探测器制冷。

根据本发明的另一个方面，提供了一种真空低温环境下红外热像仪的实现装置，包括耐低温组件以及常温组件，其中：

所述耐低温组件，固定地设置在真空低温设备的内部；

所述常温组件，设置于所述真空低温设备的外部；

所述耐低温组件与所述常温组件之间通过数据线传递数据。

优选地，所述耐低温组件以及所述常温组件中的各个所述组成器件分别为独立的拆分单元，当所述真空低温环境的压力和温度条件改变时，所述耐低温组件中无法在改变后的压力和温度条件下正常工作的所述组成器件可以划分至所述常温组件，所述常温组件中能在改变后的压力和温度条件下正常工作的所述组成器件可以划分至所述耐低温组件。

优选地，所述真空低温环境的压力和温度分别为：10^-3Pa、-196℃。

优选地，所述耐低温组件包括：CCD探测器以及光学组件，所述常温组件包括：控制电路、数据采集电路以及电源。

优选地，所述真空低温设备为低温真空罐。

优选地，所述CCD探测器固定地设置在所述低温真空罐底部的热沉上。

优选地，所述实现装置进一步包括连接机构，所述连接机构具有导热性，用于将所述CCD探测器固定地设置在所述低温真空罐底部的热沉上。

优选地，所述连接机构进一步用于调节所述CCD探测器的方位角和俯仰角。

优选地，所述耐低温组件固定地设置在所述低温真空罐内部的预定位置；采用保温材料将所述CCD探测器与制冷机或液氮装置固定地连接在一起，通过所述制冷机或所述液氮制冷装置为所述CCD探测器制冷。

本发明实施例的真空低温环境下红外热像仪的实现方法包括：根据红外热像仪的组成器件的最低工作温度要求、以及真空低温环境的压力和温度条件，将红外热像仪拆分成耐低温组件和常温组件；将耐低温组件固定于真空低温设备的内部、常温组件设置于真空低温设备的外部；耐低温组件将探测到的数据经由数据线传递给常温组件，常温组件根据接收的数据分析被测样品的红外辐射特性并显示。本发明通过将红外热像仪拆分成耐低温组件和常温组件，并将耐低温组件固定于真空低温设备的内部、常温组件设置于真空低温设备的外部，从而无须为了防止常温组件损害而对其进行保温或加热处理，能够大大缩小红外热像仪在低温真空罐内的体积，降低真空低温环境下使用红外热像仪的设计和安装成本。

本发明还提供了一种真空低温环境下红外热像仪的实现装置，其具有上述实现方法的所有有益效果。

附图说明

图1为现有技术中低温真空罐内加装制冷红外热像仪的示意图。

图2为根据本发明的真空低温环境下红外热像仪的实现方法的流程图。

图3为根据本发明的真空低温环境下红外热像仪的实现装置的实施例一示意图。

图4为根据本发明的真空低温环境下红外热像仪的实现装置的实施例二示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

低温真空罐使用液氮制冷，其热沉的表面温度为-196℃，即77K，这个温度下电子元器件一般都不能正常工作。参见图1，现有技术中，在低温真空罐内加装制冷红外热像仪一般是将整个红外热像仪设备放置于低温真空罐内，图中：100为红外热像仪，101为CCD探测器，102为光学组件，201为控制电路，202为数据采集电路，203为电源，30为被试样品，40为低温真空罐，401为低温真空罐底部的热沉。采用这种方式时，如果试验时间较长，需要为红外热像仪专门加热，费时费力；同时，由于低温真空罐的空间是有限的，红外热像仪加上保温材料等往往使得低温真空罐的有效空间大量减少；此外，使用保温材料将整个红外热像仪包裹起来，设计及安装成本也非常高。

本发明通过将红外热像仪拆分成耐低温组件和常温组件，并将耐低温组件固定于真空低温设备的内部、常温组件设置于真空低温设备的外部，从而无须为了防止常温组件损害而对其进行保温或加热处理，能够大大缩小红外热像仪在低温真空罐内的体积，降低真空低温环境下使用红外热像仪的设计和安装成本。

如图2所示，示出了一种真空低温环境下红外热像仪的实现方法。

在步骤S1，根据红外热像仪的每一个组成器件对温度的敏感性，依据红外热像仪的组成器件的最低工作温度要求、以及真空低温环境的压力和温度条件，将红外热像仪拆分成耐低温组件和常温组件。对于本领域技术人员而言，有些电子器件可以在低温环境下长期工作，而有些则不能够在低温环境下正常工作。本申请中的耐低温组件是指能够在真空低温环境的压力和温度条件下正常工作的组成器件，常温组件是无法在真空低温环境的压力和温度条件下正常工作的组成器件。根据本发明的优选实施例，真空低温环境的压力和温度分别为：10^-3Pa、-196℃。

红外热像仪的每一个组成器件都有其最适宜的工作压力和温度条件，当真空低温环境的压力和温度条件发生改变时，原先划分至耐低温组件的某些组成器件可能无法再正常地在改变后的真空低温环境下正常工作，同理，原先划分至常温组件的某些组成器件有可能能够在改变后的真空低温环境下正常地工作。因此，根据本发明的优选实施例，耐低温组件以及常温组件中的各个组成器件分别为独立的拆分单元；步骤S1进一步包括：若所述真空低温环境的压力和温度条件改变，则：将耐低温组件中无法在改变后的压力和温度条件下正常工作的组成器件划分至常温组件，将常温组件中可以在改变后的压力和温度条件下正常工作的组成器件划分至耐低温组件。

高性能红外热像仪使用制冷CCD探测器作为探测器，由于CCD探测器工作在液氮温度(或不高于液氮温度10℃的范围以内)，因此能够在低温环境下正常工作。红外热像仪的控制电路、数据采集电路以及电源等的正常工作温度在-10℃以上，当环境温度过低时无法正常工作。因此，根据本发明的优选实施例，耐低温组件包括：CCD(Charge-coupledDevice，电荷耦合元件)探测器以及光学组件，常温组件包括：控制电路、数据采集电路以及电源。

S2、将耐低温组件固定于真空低温设备的内部、常温组件设置于真空低温设备的外部。

优选地，真空低温设备为低温真空罐。本发明实施例仅仅以低温真空罐为例对技术方案进行说明，本领域技术人员应该理解，本发明所采用的方法并不限于在低温真空罐使用红外热像仪，任何其他环境下需要拆分红外热像仪的情形下均可以通过本发明的方法实现。

S3、耐低温组件将探测到的数据经由数据线传递给常温组件，常温组件根据接收的数据分析被测样品的红外辐射特性并显示。

红外热像仪使用过程中，若试验时间较长，CCD探测器的温度会逐渐升高，影响CCD探测器的准确性和精确性，温度过高时甚至无法正常工作。为了防止CCD探测器温度过高，现有技术中一般通过斯特林制冷机或液氮为CCD探测器降温，使其温度维持稳定。但采用这种方式既增加了试验成本，又提高了试验所用设备的设计复杂性。此外，斯特林制冷机内部有电动机等运动机构，并使用润滑油润滑。采用斯特林制冷机制冷对CCD探测器制冷至零下196℃左右，并对低温真空罐抽真空时，若低温真空罐内部的压力低于10^-2Pa，润滑油分子会扩散逸出，造成温真空罐内部的压力无法继续下降，而且会污染真空罐内部环境。

低温真空罐的热沉工作时，其温度稳定于-196℃，也就是一般的制冷型热像仪CCD探测器的工作温度。因此，根据本发明的优选实施例，将CCD探测器固定地设置在低温真空罐底部的热沉上，通过低温真空罐的热沉为CCD探测器降温，使得CCD探测器的温度维持稳定。采用这种方式，一方面能避免额外采用制冷机或液氮为CCD探测器降温，避免由于润滑油分子扩散逸出造成温真空罐内部的压力无法继续下降，并防止逸出的润滑油分子污染低温真空罐的内部环境；另一方面还能简化试验所用设备的设计复杂性，降低试验成本。

CCD探测器可以直接贴合于低温真空罐底部的热沉上，也可以通过其它辅助结构固定在低温真空罐底部的热沉上。根据本发明的优选实施例，CCD探测器通过连接机构固定地设置在低温真空罐底部的热沉上。连接机构要求具有导热性，并且能够在低温环境下工作。优选地，通过连接机构能够调节CCD探测器的方位角和俯仰角，避免必须通过重新拆装CCD探测器来改变CCD探测器的方位角和俯仰角，从而简化试验设备的结构和试验方法。

当然，除了将CCD探测器固定在低温真空罐内的除热沉上，也可以根据实际需要将CCD探测器固定在低温真空罐内的其他位置。优选地，耐低温组件固定地设置述低温真空罐内部的预定位置。在这种情况下，为了防止CCD探测器温度升高进而影响其探测的准确性和精确性，采用保温材料将耐低温组件与制冷机或液氮装置固定地连接在一起，通过制冷机或所述液氮制冷装置为耐低温组件制冷。与现有技术中通过保温材料将整个红外热像仪固定在真空低温设备内相比，由于仅将红外热像仪的耐低温组件固定在真空低温设备的内部，能够大大减少保温材料的使用量，缩小红外热像仪在真空低温设备内的体积，降低真空低温环境下使用红外热像仪的设计和安装成本。

图3、4示出了本发明的真空低温环境下红外热像仪的实现装置。根据本发明的实施例，真空低温环境下红外热像仪的实现装置包括耐低温组件10和常温组件20。优选地，耐低温组件以及常温组件中的各个组成器件分别为独立的拆分单元，当真空低温环境的压力和温度条件改变时，耐低温组件中无法在改变后的压力和温度条件下正常工作的所述组成器件可以划分至常温组件，常温组件中能在改变后的压力和温度条件下正常工作的组成器件可以划分至耐低温组件。

优选地，真空低温环境的压力和温度分别为：10^-3Pa、-196℃。

高性能红外热像仪使用制冷CCD探测器作为探测器，由于CCD探测器工作在液氮温度(或不高于液氮温度10℃的范围以内)，因此能够在低温环境下正常工作。红外热像仪的控制电路、数据采集电路以及电源等的正常工作温度在-10℃以上，当环境温度过低时无法正常工作。因此，根据本发明的优选实施例，耐低温组件10包括：CCD探测器101以及光学组件102，常温组件20包括：控制电路201、数据采集电路202以及电源203。本领域技术人员可以理解，耐低温组件还可以包括可以在低温环境下工作的其他电路，对此本发明不作具体限定，任何根据红外热像仪的每一个组成器件对温度的敏感性拆分红外热像仪组件的组合方式均应视为本发明的保护范围。耐低温组件10固定地设置在真空低温设备40的内部，用于探测真空低温设备40内被测样品30的红外特性。本发明中，设置在真空低温设备40内部的CCD探测器101将探测到的数据传递给光路组件102，然后经过光路组件102、经由数据线传递到设置在真空低温设备40外部的红外热像仪中。控制电路201、数据采集电路202以及电源203的正常工作温度在-10℃以上，当环境温度过低时，控制电路201、数据采集电路202以及电源203无法正常工作。为此，本发明将红外热像仪的无法在低温环境下正常工作的组件设置在真空低温设备40的外部。本领域技术人员可以理解，常温组件还可以包括无法在低温环境下工作的其他电路，对此本发明不作具体限定，任何根据红外热像仪的每一个组成器件对温度的敏感性拆分红外热像仪组件的组合方式均应视为本发明的保护范围。

耐低温组件10与常温组件20之间通过数据线传递数据。本发明中，设置在真空低温设备40内部的CCD探测器101将探测到的数据传递给光路组件102，然后经过光路组件102、经由数据线传递到设置在真空低温设备40外部的数据采集电路202。数据采集电路202根据接收到的数据对被测样品的红外辐射特性进行分析处理，并显示处理结果。

优选地，真空低温设备40为低温真空罐。

参见图3，本发明中，CCD探测器101可以固定地设置在低温真空罐底部的热沉401上。CCD探测器可以直接贴合于低温真空罐底部的热沉上，也可以通过其它辅助结构固定在低温真空罐底部的热沉上。根据本发明的优选实施例，CCD探测器101通过连接机构(图中未示出)固定地设置在低温真空罐底部的热沉上。连接机构要求具有导热性，并且能够在低温环境下工作。在探测被测样品的红外辐射特性之前，需要打开真空低温设备并将被测样品设置在真空低温设备内部。在多次探测被测样品的红外辐射特性时，每次设置被试样品的位置不一定完全相同，进而影响实验结果的精确性。此外，在测试的过程中，往往需要从不同角度探测被测样品的红外辐射特性。若CCD探测器101的方位角和俯仰角可调，便能在一定程度上简化试验设备的结构和试验方法，提高试验结果的精确性。优选地，本申请中的连接机构能够调节CCD探测器101的方位角和俯仰角。

参见图4，本发明中，CCD探测器101也可以固定地设置在低温真空罐内部的预定位置。采用保温材料将CCD探测器101与制冷机或液氮装置固定地连接在一起，通过制冷机或液氮制冷装置为CCD探测器101制冷。

与现有技术相比，本发明实施例通过将红外热像仪拆分成耐低温组件和常温组件，并将耐低温组件固定于真空低温设备的内部、常温组件设置于真空低温设备的外部，从而无须为了防止常温组件损害而对其进行保温或加热处理，能够大大缩小红外热像仪在低温真空罐内的体积，降低真空低温环境下使用红外热像仪的设计和安装成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种真空低温环境下红外热像仪的实现方法，包括：

S1、根据红外热像仪的组成器件的最低工作温度要求、以及真空低温环境的压力和温度条件，将红外热像仪的组成器件拆分成耐低温组件和常温组件；

S2、将所述耐低温组件固定于真空低温设备的内部、所述常温组件设置于所述真空低温设备的外部；

S3、所述耐低温组件将探测到的数据经由数据线传递给所述常温组件，所述常温组件根据接收的所述数据分析被测样品的红外辐射特性并显示；

其中，所述真空低温环境的压力和温度分别为：10^-3Pa、-196℃；

所述耐低温组件以及所述常温组件中的各个所述组成器件分别为独立的拆分单元；

步骤S1进一步包括：若所述真空低温环境的压力和温度条件改变，则：将所述耐低温组件中无法在改变后的压力和温度条件下正常工作的所述组成器件划分至所述常温组件，将所述常温组件中可以在改变后的压力和温度条件下正常工作的所述组成器件划分至所述耐低温组件。

2.如权利要求1所述的实现方法，其中，所述耐低温组件包括：CCD探测器以及光学组件，所述常温组件包括：控制电路、数据采集电路以及电源。

3.如权利要求2所述的实现方法，其中，所述真空低温设备为低温真空罐。

4.如权利要求3所述的实现方法，其中，所述CCD探测器固定地设置在所述低温真空罐底部的热沉上。

5.如权利要求3所述的实现方法，其中，所述CCD探测器通过连接机构固定地设置在所述低温真空罐底部的热沉上；所述连接机构具有导热性。

6.如权利要求5所述的实现方法，其中，通过所述连接机构调节所述CCD探测器的方位角和俯仰角。

7.如权利要求3所述的实现方法，其中，所述耐低温组件固定地设置在所述低温真空罐内部的预定位置；采用保温材料将所述CCD探测器与制冷机或液氮装置固定地连接在一起，通过所述制冷机或所述液氮制冷装置为所述CCD探测器制冷。

8.一种真空低温环境下红外热像仪的实现装置，包括：耐低温组件以及常温组件，其中：

所述耐低温组件，固定地设置在真空低温设备的内部；

所述常温组件，设置于所述真空低温设备的外部；

所述耐低温组件与所述常温组件之间通过数据线传递数据；

所述耐低温组件以及所述常温组件中的各个所述组成器件分别为独立的拆分单元，当所述真空低温环境的压力和温度条件改变时，所述耐低温组件中无法在改变后的压力和温度条件下正常工作的所述组成器件可以划分至所述常温组件，所述常温组件中能在改变后的压力和温度条件下正常工作的所述组成器件可以划分至所述耐低温组件；

其中，所述真空低温环境的压力和温度分别为：10^-3Pa、-196℃。

9.如权利要求8所述的实现装置，其中，所述耐低温组件包括：CCD探测器以及光学组件，所述常温组件包括：控制电路、数据采集电路以及电源。

10.如权利要求9所述的实现装置，其中，所述真空低温设备为低温真空罐。

11.如权利要求10所述的实现装置，其中，所述CCD探测器固定地设置在所述低温真空罐底部的热沉上。

12.如权利要求10所述的实现装置，其中，所述实现装置进一步包括连接机构，所述连接机构具有导热性，用于将所述CCD探测器固定地设置在所述低温真空罐底部的热沉上。

13.如权利要求12所述的实现装置，其中，所述连接机构进一步用于调节所述CCD探测器的方位角和俯仰角。

14.如权利要求10所述的实现装置，其中，所述耐低温组件固定地设置在所述低温真空罐内部的预定位置；采用保温材料将所述CCD探测器与制冷机或液氮装置固定地连接在一起，通过所述制冷机或所述液氮制冷装置为所述CCD探测器制冷。