CN111609762B - 一种模拟太阳光的被动红外探雷实验装置 - Google Patents

一种模拟太阳光的被动红外探雷实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模拟太阳光的被动红外探雷实验装置，包括型材架、红外相机组件、黑体组件、红外灯组件、盛土容器、斜坡支撑板、大功率电源以及数据采集装置。红外相机组件固定于型材架顶部，黑体组件固定在其下方，通过无线遥控黑体左右移动实现成像和定标。红外灯组件位于盛土容器正上方，模拟太阳光照射测区，加热功率连续可调。盛土容器置于斜坡支撑板上，斜坡支撑板与型材架底面固定。大功率电源用于红外灯供电，数据采集装置用于数据采集和存储。本装置的优点在于，能够模拟太阳光、实时高精度辐射定标、灵活更换实验土壤，适用于不同土壤和环境条件下的被动红外探雷实验，实验装置组装方便、操作灵活、性能稳定、成本低。

Description

一种模拟太阳光的被动红外探雷实验装置
技术领域
本发明专利涉及红外探雷技术领域，具体涉及一种模拟太阳光的被动红外探雷实验装置。
背景技术
地雷是一种使用广泛、便于制造、廉价高效的武器。现代战争中，地雷仍旧广泛使用着，同时遗留地雷可能会带来潜在危害。传统的探雷方法有机械式、电子式、化学式、利用动物等，大都是近场探测，探测效率低，危险性大。特别是一些地形复杂的地方，机械化的探雷装备根本派不上用场。近年来，发展了一些新兴的探雷技术，如脉冲雷达探雷技术、红外成像探雷技术、中子探雷技术、核四极矩共振探雷技术。随着红外技术的发展，使远距离大面积探雷成为可能。被动红外探雷隐蔽性好，无需额外的辐射源，红外相机可以做得轻巧便于携带，该项技术有望用于机载来实现远距离大面积的探雷作业。目前国内对于该方法的研究还处于起步阶段，理论研究居多，实验研究一般选在能接收到太阳光照射的空旷室外进行(详见：《红外热成像在地雷探测中的应用研究》.山西：中北大学.2016)。室外实验容易受天气影响，日照强度、气温、风速等环境条件有一定的随机性。为了展开系统性的研究，需要发明一种被动红外探雷的实验装置。
本发明利用可调红外灯阵、可移动定标黑体、带滚轮的盛土容器，实现了一种能够模拟太阳光、实时定标、灵活更换实验土壤的被动红外探雷实验装置，该装置可用于建立被动红外探雷的标准数据库。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟太阳光的被动红外探雷实验装置，解决当前室外被动红外探雷技术研究受天气、环境等不确定性因素影响的问题。本发明组装简便，操作灵活，性能稳定，成本低。
本发明采用下述技术方案：
一种模拟太阳光的被动红外探雷实验装置，包括型材架1、红外相机组件2、黑体组件3、红外灯组件4、盛土容器5、斜坡支撑板6、大功率电源7以及数据采集装置8。其特征在于：所述红外相机组件2固定于所述型材架1顶部，向下定点观测，所述黑体组件3固定于所述红外相机组件2下方，通过左右移动黑体实现成像和定标，成像时，黑体移至红外相机右下方位于视场之外，定标时，黑体移至红外相机正下方充满视场，所述红外灯组件4位于盛土容器5正上方，模拟太阳光均匀照射测区，所述盛土容器5放置于所述斜坡支撑板6上，斜坡支撑板6与所述型材架1底面固定，所述大功率电源7用于红外灯供电，数据采集装置8用于数据采集和存储。
所述型材架1由铝型材组装搭建而成，采用上窄下宽的构型，分界面为红外灯组件4的安装面。
所述红外相机组件2由红外相机和相机固定板组成。所述红外相机固定于所述相机固定板上，相机的镜头正对相机固定板的中心孔。所述相机固定板通过螺栓连接固定于所述型材架顶部。
所述黑体组件3由黑体、直线导轨、滑块以及直线电机组成。所述黑体通过螺钉固定于滑块的上表面，可以随滑块一起在直线导轨上左右移动，直线电机一端与型材架固定，另一端与黑体固连，通过无线遥控电机控制黑体左右移动。
所述红外灯组件由红外灯、灯座、转接座、球头调节装置、调节支座、红外灯固定板、两个风道、八个风扇、风扇固定面板以及支撑框架组成。红外灯呈几何阵列排布，各自通过引脚连接到所述灯座上。每个灯座由螺钉固定于所述转接座，转接座中心孔的内螺纹与球头调节装置的外螺纹配合固定，最终将红外灯固定到调节支座上，再通过调节支座固定到所述红外灯固定板。红外灯的两侧布置有两个等截面的矩形风道，风道两端分别固定在另外两侧的风扇固定面板上。所述八个风扇均匀分布在红外灯的另外两侧，通过螺栓连接固定于风扇固定面板，一侧四个风扇吹风另一侧四个风扇抽风。所述红外灯固定板和所述风扇固定面板均固定于支撑框架上，红外灯组件作为一个整体安装固定于所述型材架。
所述盛土容器由铝箱、隔热层、角铁、把手以及滑轮座组成。所述铝箱由五块铝板致密点焊而成，连接处由角铁加固。所述把手分别固定于铝箱的一组对立面。所述滑轮座包含滑轮和支撑底座，滑轮座5-5固定于铝箱底部，其中滑轮用于移动、支撑底座用于固定。所述隔热层由四块低热导率的隔热板拼接而成，置于所述铝箱内侧，拼缝处小间隙配合。
所述斜坡支撑板组件由铝板和铝条拼接而成，所述铝板放置于型材架最下端，两侧通过角铁与所述型材架固定。带斜坡的铝条拼接放置于铝板外侧。
所述大功率电源用于红外灯的持续供电，仪器性能稳定，电流和电压大小可以连续可调，调节方式支持自动和自动，屏幕实时显示电流和电压数值。
所述数据采集装置用于图像数据采集和存储、温湿度传感器数据记录。
本发明具有如下优点：
结构形式简单，组装方便、成本低。红外灯角度全方位可调、热功率连续可调，能够模拟不同日照强度的太阳光照，风道高效散热保证系统功能稳定；黑体运动由无线遥控，操作简单可靠，便于实时高精度定标；盛土容器通过滑轮移动、千斤顶固定，操作灵活，方便不同种类土壤更换。所述装置适用于被动红外探雷实验，实验场地不限，实验条件具有可重复性，可用于建立被动红外探雷标准数据库。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的总体结构实体图。
图2是本发明的一个实施例的单组红外灯的前视图。
图3是本发明的一个实施例的红外灯组件的轴测图。
图4是本发明的一个实施例的盛土容器的轴测图。
图5是红外灯热功率随时间变化曲线。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图说明如下：
参见图1，本模拟太阳光的被动红外探雷实验装置包括型材架1、红外相机组件2、黑体组件3、红外灯组件4、盛土容器5、斜坡支撑板6、大功率电源7以及数据采集装置8。红外相机组件2固定于型材架1顶部，向下定点观测，黑体组件3固定于红外相机组件2下方，通过左右移动黑体实现成像和定标，成像时，黑体移至红外相机右下方位于视场之外，定标时，黑体移至红外相机正下方充满视场，红外灯组件4位于盛土容器5正上方，模拟太阳光均匀照射测区，盛土容器5放置于斜坡支撑板6上，斜坡支撑板6与型材架1底面固定，大功率电源7用于红外灯供电，数据采集装置8用于数据采集和存储。
型材架1由4040铝型材组装搭建而成，高度为4.3m，呈上窄下宽的构型，过渡面高度为2.6m，是红外灯组件的安装面。
红外相机组件2由红外相机和相机固定板组成。红外相机采用长波红外面阵探测器，波段范围8～12μm，探测器规格320×256。红外相机固定于相机固定板上，相机的镜头正对相机固定板的中心孔。相机固定板通过螺钉固定于型材架1顶部。土壤表面所在高度的空间分辨率为4.16mm。
黑体组件3由黑体、直线导轨、滑块以及直线电机组成。黑体通过螺钉固定于滑块的上表面，可以随滑块一起在直线导轨上左右移动，直线电机一端与型材架固定，另一端与黑体固连，通过无线遥控电机控制黑体左右移动。
参见图2、图3，红外灯组件由红外灯4-1、灯座4-2、转接座4-3、球头调节装置4-4、调节支座4-5、红外灯固定板4-6、两个风道4-7、八个风扇4-8、风扇固定面板4-9以及支撑框架4-10组成。60个红外灯4-1(卤素灯，色温为3350k)呈几何阵列排布，各自通过引脚连接到灯座4-2上。每个灯座通过螺钉固定于转接座4-3，转接座4-3中心孔的内螺纹与球头调节装置4-4的外螺纹配合固定，最终将红外灯4-1固定到调节支座4-5上，再通过调节支座4-5固定到红外灯固定板4-6。红外灯的下方布置有两个等截面的矩形风道4-7，风道4-7两端分别固定在两侧的风扇固定面板4-9上。8个风扇4-8均匀分布在红外灯的两侧，通过螺栓连接固定于风扇固定面板4-9，一侧四个风扇吹风另一侧四个风扇抽风。红外灯固定板4-6和风扇固定面板4-9均固定于支撑框架4-10上，红外灯组件4作为一个整体安装固定于型材架1。
参见图4，盛土容器5由铝箱5-1、隔热层5-2、角铁5-3、把手5-4以及滑轮座5-5组成。铝箱5-1由五块铝板致密点焊而成，连接处由角铁5-3加固。把手5-4分别固定于铝箱5-1的一组对立面，滑轮座5-5包含滑轮5-5-1和支撑底座5-5-2，固定于铝箱5-1底部，其中滑轮5-5-1用于移动、支撑底座5-5-2用于固定。隔热层5-2由四块低热导率的隔热板拼接而成，置于所述铝箱5-1内侧，拼缝处小间隙配合。在本实施例中，盛土容器内装有10％湿度的沙子，掩埋有12个地雷目标模型。
斜坡支撑板6由铝板和铝条拼接而成，铝板放置于型材架最下端，两侧通过40×40角铁与所述型材架1固定。带斜坡的铝条拼接放置于铝板外侧。
大功率电源用于红外灯的持续供电，60个红外灯每10个串联成一组，共6组。仪器性能稳定，电流和电压大小可以连续可调，本实施例中为调节方式为自动调节。
数据采集设备使用普通计算机和Cameralink PCIe1430采集卡，接口速率满足320*256帧频200Hz需求，通信采用RS232接口。
调节红外灯加热功率模拟太阳光照射，进行24h被动红外探雷实验，土壤表面接收到的红外灯加热功率随时间变化曲线如图5所示，可以得到不同时刻的探测的结果。

Claims (4)

1.一种模拟太阳光的被动红外探雷实验装置，包括型材架(1)、红外相机组件(2)、黑体组件(3)、红外灯组件(4)、盛土容器(5)、斜坡支撑板(6)、大功率电源(7)以及数据采集装置(8)，其特征在于：
所述红外相机组件(2)固定于所述型材架(1)顶部，向下定点观测，所述黑体组件(3)固定于红外相机组件(2)下方，通过左右移动黑体实现成像和定标，成像时，黑体移至红外相机右下方位于视场之外，定标时，黑体移至红外相机正下方充满视场，所述红外灯组件(4)位于盛土容器(5)正上方，模拟太阳光均匀照射测区，所述盛土容器(5)放置于所述斜坡支撑板(6)上，斜坡支撑板(6)与所述型材架(1)底面固定，所述大功率电源(7)用于红外灯供电，所述数据采集装置(8)用于数据采集和存储。
2.根据权利要求1所述的一种模拟太阳光的被动红外探雷实验装置，其特征在于：所述的黑体组件(3)包括黑体、直线导轨、滑块以及直线电机，所述黑体通过螺钉固定于滑块的上表面，可以随滑块一起在直线导轨上左右移动，直线电机一端与型材架固定，另一端与黑体固连，通过无线遥控直线电机控制黑体左右移动。
3.根据权利要求1所述的一种模拟太阳光的被动红外探雷实验装置，其特征在于：所述的红外灯组件(4)包括红外灯(4-1)、灯座(4-2)、转接座(4-3)、球头调节装置(4-4)、调节支座(4-5)、红外灯固定板(4-6)、两个风道(4-7)、八个风扇(4-8)、风扇固定面板(4-9)以及支撑框架(4-10)，所述的红外灯(4-1)呈几何阵列排布，各自通过引脚连接到所述灯座(4-2)上，每个灯座(4-2)由螺钉固定于所述转接座(4-3)，转接座(4-3)中心孔的内螺纹与所述球头调节装置(4-4)的外螺纹配合固定，最终将所述红外灯(4-1)固定到所述调节支座(4-5)上，再通过调节支座(4-5)固定到所述红外灯固定板(4-6)，红外灯的两侧布置有两个等截面的矩形风道(4-7)，所述风道(4-7)两端分别固定在另外两侧的风扇固定面板(4-9)上，所述八个风扇(4-8)均匀分布在红外灯的另外两侧，通过螺栓连接固定于风扇固定面板(4-9)，一侧四个风扇吹风另一侧四个风扇抽风，所述红外灯固定板(4-6)和所述风扇固定面板(4-9)均固定于支撑框架(4-10)上，红外灯组件(4)作为一个整体安装固定于所述型材架(1)。
4.根据权利要求1所述的一种模拟太阳光的被动红外探雷实验装置，其特征在于：所述的盛土容器(5)包括铝箱(5-1)、隔热层(5-2)、角铁(5-3)、把手(5-4)以及滑轮座(5-5)，所述铝箱(5-1)由五块铝板致密点焊而成，连接处由角铁(5-3)加固，所述把手(5-4)分别固定于所述铝箱(5-1)的一组对立面，所述滑轮座(5-5)包含滑轮(5-5-1)和支撑底座(5-5-2)，滑轮座(5-5)固定于所述铝箱(5-1)底部，其中滑轮(5-5-1)用于移动、支撑底座(5-5-2)用于固定，所述隔热层(5-2)由四块低热导率的隔热板拼接而成，置于所述铝箱(5-1)内侧，拼缝处小间隙配合。
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