CN203376060U - 一种外场型红外辐射计 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光学测试技术领域，具体的讲是一种外场型红外辐射计，其中汇聚主镜与斩波器相连接，斩波器与标准参考黑体源相连接，斩波器还与滤光片相连接，滤光片与中性衰减片相连接，中性衰减片与光谱校正片相连接，光谱校正片与红外探测器相连接，信号采集部件分别与红外探测器和所述斩波器相连接。通过上述实施例，通过光谱校正片可以使整个系统在测量波段内的光谱相应曲线为一条平坦的曲线，提高了整个系统的线性度和测量精度，避免测量结构受被测目标辐射光谱的影响；采用不同衰减比的中性滤光片，扩展设备的动态范围，使设备具有多个量程，能够测量强辐射和微弱辐射目标。

Description

一种外场型红外辐射计

技术领域

本实用新型涉及光学测试技术领域，具体的讲是一种外场型红外辐射计。

背景技术

辐射测量学是研究电磁辐射能测量的科学，对于电磁辐射的不同频段，由于其特殊性，往往有不同的测量手段和方法，而对于红外波段，一般均采用辐射计进行辐射量值的测量，根据应用情况的不同，测量的量值一般包括辐射照度、辐射亮度和辐射强度。

近年来，随着红外技术的应用越来越广泛，人们对于红外辐射量值的测量日趋重视，特别是在军事领域，各类红外制导武器系统在复杂红外背景条件下的作战性能及隐身性能越来越受到军方的重视，成为这些新型武器系统需要考核的两个重要战术技术指标。

一般来说，红外目标的干扰性能和隐身性能是以其在空间的红外辐射强度来表征的。复杂红外背景环境特性对红外成像制导武器系统的作战性能带来很大的影响，比如被打击目标军舰、飞机上安装的红外干扰弹、高能致盲激光武器、复杂海天背景红外辐射、太阳的强背景辐射等。为了考核导弹红外制导系统对红外强背景信号的抗干扰性能，必须对这些复杂的红外目标的红外辐射强度进行准确的定量测量。

此外，飞航武器及其它军事目标如军舰、飞机的红外隐身能力也越来越受到重视。对这些系统的隐身能力进行考核，主要是对其发射出的红外辐射强度进行定量的测量，比如对导弹武器系统中的发动机尾喷口辐射出的红外辐射强度分布、军舰动力系统发射出的强红外辐射能量、战斗机的发动机尾喷口发射出的红外辐射强度分布等进行精确的定量测量。根据测量出的红外特性数据，进行循环改进设计，以使武器系统的隐身性能达到设计要求。

然而，目前的红外辐射计大多针对实验室应用，对于外部应用条件具有较为严格的要求，而以上这些应用的条件大多为外场环境，针对实验室应用的红外辐射计适应外场应用的能力差，脱离了实验室环境后其测量精度也无法保证。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中红外辐射计测量精度低，不适用于外场环境的问题，提供了一种外场型红外辐射计可以实现高精度的红外测量，并且适用于场外多种复杂环境。

本实用新型实施例提供了一种外场型红外辐射计，包括，

包括被测红外目标，汇聚主镜，斩波器，标准参考黑体源，滤光片，中性衰减片，光谱校正片，红外探测器，信号采集部件；

所述汇聚主镜与所述斩波器相连接，所述斩波器与所述标准参考黑体源相连接，所述斩波器还与所述滤光片相连接，所述滤光片与所述中性衰减片相连接，所述中性衰减片与所述光谱校正片相连接，所述光谱校正片与所述红外探测器相连接，所述信号采集部件分别与所述红外探测器和所述斩波器相连接。

根据本实用新型所述一种外场型红外辐射计的一个进一步的方面，所述中性衰减片为多个，利用驱动机构根据不同的量程调整不同的中性衰减片位于主光路中。

根据本实用新型所述一种外场型红外辐射计的再一个进一步的方面，所述滤光片前后表面均为平面，厚度为2mm，直径为25mm，滤光片前后表面均镀增透膜。

根据本实用新型所述一种外场型红外辐射计的另一个进一步的方面，所述光谱校正片前后表面均为平面，厚度为2mm，直径为25mm。

根据本实用新型所述一种外场型红外辐射计的另一个进一步的方面，还包括复合瞄准系统，所述复合瞄准系统进一步包括激光器和成像部件，所述激光器和所述成像部件的光轴与所述汇聚主镜的光轴平行。

根据本实用新型所述一种外场型红外辐射计的另一个进一步的方面，所述斩波器直径为140mm，其上开有扇形孔。

根据本实用新型所述一种外场型红外辐射计的另一个进一步的方面，所述标准参考黑体源以具有高发射率的铜材料作为基底，其上覆有黑色钝化层，在所述黑色钝化层上具有喷砂层，所述喷砂层上还具有反射漆层。

根据本实用新型所述一种外场型红外辐射计的另一个进一步的方面，还具有控温部件和温度传感器，所述控温部件和所述温度传感器分别与所述标准参考黑体源相连接，所述控温部件用于对所述标准参考黑体源加热或者制冷，所述温度传感器对标准参考黑体源进行温度监测。

根据本实用新型所述一种外场型红外辐射计的另一个进一步的方面，所述信号采集部件进一步包括信号放大电路，锁相检测电路，斩波器控制电路，AD采集器，计算机，所述信号放大电路与所述红外探测器相连接，所述信号放大电路还与所述锁相检测电路相连接，所述锁相检测电路与所述斩波器控制电路相连接，所述斩波器控制电路与所述斩波器相连接，所述锁相环检测电路与所述AD采集器相连接，所述AD采集器与所述标准参考黑体源相连接，所述AD采集器与所述计算机相连接。

通过上述实施例，通过光谱校正片可以使整个系统在测量波段内的光谱相应曲线为一条平坦的曲线，提高了整个系统的线性度和测量精度，避免测量结构受被测目标辐射光谱的影响；采用不同衰减比的中性滤光片，扩展设备的动态范围，使设备具有多个量程，能够测量强辐射和微弱辐射目标。

附图说明

结合以下附图阅读对实施例的详细描述，本实用新型的上述特征和优点，以及额外的特征和优点，将会更加清楚。

图1给出了根据本实用新型的一个实施例一种外场型红外辐射计的结构示意图；

图2所示为本实用新型的一个详细实施例结构示意图。

具体实施方式

下面的描述可以使任何本领域技术人员利用本实用新型。具体实施例和应用中所提供的描述信息仅为示例。这里所描述的实施例的各种延伸和组合对于本领域的技术人员是显而易见的，在不脱离本实用新型的实质和范围的情况下，本实用新型定义的一般原则可以应用到其他实施例和应用中。因此，本实用新型不只限于所示的实施例，本实用新型涵盖与本文所示原理和特征相一致的最大范围。

图1给出了根据本实用新型的一个实施例一种外场型红外辐射计的结构示意图。

包括被测红外目标101，汇聚主镜102，斩波器103，标准参考黑体源104，滤光片105，中性衰减片106，光谱校正片107，红外探测器108，信号采集部件109。

所述汇聚主镜102与所述斩波器103相连接，所述斩波器103与所述标准参考黑体源104相连接，所述斩波器103还与所述滤光片105相连接，所述滤光片105与所述中性衰减片106相连接，所述中性衰减片106与所述光谱校正片107相连接，所述光谱校正片107与所述红外探测器108相连接，所述信号采集部件109分别与所述红外探测器108和所述斩波器103相连接。

所述汇聚主镜102将所述被测红外目标101发出的红外辐射传送给所述斩波器103，所述斩波器103将斩波后的红外辐射发送给滤波片105，所述滤波片105将特定波段内的红外辐射发送给所述中性衰减片106，所述中性衰减片106将特定能量的红外辐射进行衰减后发送给所述光谱校正片107，所述光谱校正片107使得所述特定波段内的光谱响应度恒定。所述红外探测器108接收所述红外辐射，所述信号采集部件109根据偶数红外探测器108接收到的红外辐射对所述斩波器103进行反馈控制。

其中所述红外探测器108和信号采集部件109均属于现有技术中的内容，其如何接收红外辐射、如何处理红外辐射，如何利用接收到的红外辐射对斩波器进行反馈控制均可以参考现有技术中的内容，在本申请中不再赘述。

作为本实用新型的一个实施例，所述中性衰减片106为多个，利用驱动机构根据不同的量程调整不同的中性衰减片位于主光路中，对高能量的红外辐射进行衰减。

作为本实用新型的一个实施例，所述滤光片105前后表面均为平面，厚度为2mm，直径为25mm，滤光片前后表面均镀增透膜，使其在3μm～5μm波段内具有80％以上的透过率，在3μm～5μm波段以外的波段透过率接近于0。

作为本实用新型的一个实施例，所述光谱校正片107前后表面均为平面，厚度为2mm，直径为25mm，滤光片前后表面均镀膜，使其在3μm～5μm波段内具有特定的光谱透过率曲线，使得整个红外辐射测量系统在3μm～5μm波段内的光谱响应度为一恒定值。

作为本实用新型的一个实施例，还包括复合瞄准系统，所述复合瞄准系统进一步包括激光器和成像部件，所述激光器和所述成像部件的光轴与所述汇聚主镜的光轴平行，所述激光器发射用于瞄准的激光，所述成像部件将激光及红外被测目标成像用于检测者观察。

作为本实用新型的一个实施例，所述斩波器103为圆形的金属片，直径为140mm，其上开有扇形孔，供光线透过，不透光部分在3μm～5μm波段内具有很高的反射率，其反射率大于95％。

作为本实用新型的一个实施例，所述标准参考黑体源104以具有高发射率的铜材料作为基底，其上覆有黑色钝化层，在所述黑色钝化层上具有喷砂层，所述喷砂层上还具有反射漆层。

作为本实用新型的一个实施例，还具有控温部件和温度传感器，所述控温部件和所述温度传感器分别与所述标准参考黑体源104相连接，所述控温部件用于对所述标准参考黑体源104加热或者制冷，所述温度传感器对标准参考黑体源104进行温度监测。

作为本实用新型的一个实施例，所述信号采集部件109进一步包括信号放大电路，锁相检测电路，斩波器控制电路，AD采集器，计算机，所述信号放大电路与所述红外探测器108相连接，所述信号放大电路还与所述锁相检测电路相连接，所述锁相检测电路与所述斩波器控制电路相连接，所述斩波器控制电路与所述斩波器103相连接，所述锁相环检测电路与所述AD采集器相连接，所述AD采集器与所述标准参考黑体源104相连接，所述AD采集器与所述计算机相连接，所述信号放大电路用于放大所述红外探测器108采集的红外辐射信号，所述锁相检测电路接收所述红外辐射信号和斩波器控制电路的同步信号，输出与所述红外辐射信号成比例的采集信号，所述斩波器控制电路控制所述斩波器103的斩波频率，所述AD采集器采集所述标准参考黑体源104和锁相环检测电路输出的采集信号，所述计算机接收所述AD采集器采集的信号显示所述测量结果。

作为本实用新型的一个实施例，所述计算机还与所述复合瞄准系统的成像部件相连接，用于显示成像结果。

通过上述实施例，通过光谱校正片可以使整个系统在测量波段内的光谱相应曲线为一条平坦的曲线，提高了整个系统的线性度和测量精度，避免测量结构受被测目标辐射光谱的影响；采用不同衰减比的中性滤光片，扩展设备的动态范围，使设备具有多个量程，能够测量强辐射和微弱辐射目标；通过对所述标准参考黑体源104进行加热或者制冷使内部校准黑体温度可控，且控制模式可选为温度和温差模式，提高了外场条件下的测量精度；通过复合瞄准系统极大的提高了使用便利性，使其在亮背景和暗背景条件下都能够方便的对被测目标进行瞄准。

如图2所示为本实用新型的一个详细实施例结构示意图。

在图2中包括被测红外目标201，汇聚主镜202，斩波器203，标准参考黑体源204，滤光片205，中性衰减片206，光谱校正片207，光阑208，红外探测器209，信号放大电路210，锁相检测电路211，信号采集电路212，斩波器控制电路213，瞄准系统214，计算机215。

其中汇聚主镜202两个表面半径依次131.810mm，189.306mm，厚度为6mm，镜片外缘直径为76mm，该镜片有效通光口径为70mm，镜片焦距为133mm，镜片前后两表面均镀工作波段的增透膜，使其在该波段的透过率大于97％，光学镜片使用材料为锗晶体。

滤光片205，该滤光片前后表面均为平面，厚度为2mm，直径为25mm，滤光片前后表面均镀以设计合理的膜系，使其在3μm～5μm波段内具有80％以上的透过率，在3μm～5μm波段以外的波段透过率接近于0。

所述中性衰减片206，该中性衰减片在3μm～5μm波段内具有平坦的透过率曲线，并且有多片具有不同透过率的中性衰减片，可以针对不同的检测需要将高能量的红外辐射衰减为合适能量的红外辐射，可以扩展辐射计的测量范围。

所述光谱校正片207，该光谱校正片前后表面均为平面，厚度为2mm，直径为25mm，滤光片前后表面均镀以设计合理的膜系，使其在3μm～5μm波段内具有特定的光谱透过率曲线，使得整个红外辐射测量系统在3μm～5μm波段内的光谱响应度为一恒定值。

所述的光阑208，为环形的金属片，其中心开孔直径可变，为孔径可调光阑孔(或者将其安装在光阑轮盘上，通过轮盘转动调整光阑孔径)，处于斩波器203之后，红外探测器209之前，其表面喷涂高发射率的哑光漆使其具有高的发射率，能够起到消除杂光的作用。

瞄准系统214，由可见光CCD成像系统和激光器组成，可见光CCD成像系统的分辨率为1280*1024，视场角为6°，图像采集总线为USB串行总线，激光器采用半导体激光器，其体积小，且具有小于1mrad的发散角，经过精密调整，保证可见光CCD光轴、激光器光轴、汇聚主镜光轴严格平行。

斩波器203，圆形的金属片，其材料可以为超硬铝，直径为140mm，其上开有扇形孔，供光线透过，该斩波器203的一面采用阳极化工艺使其呈黑色，以免发射杂散光，另一面抛光成镜面，且镀金，使其具有高反射率，其在3μm～5μm波段内具有很高的反射率，其反射率大于95％。

标准参考黑体源204，采用高稳定的标准参考黑体作为系统的测量基准，该标准参考黑体源204采用具有高发射率的铜材料作为基底，表面具有钝化成黑色的涂层，在该涂层之上还具有喷砂层，而后喷涂高发射率漆层，保证参考黑体具有高发射率，同时使用高精度温度传感器Pt100和热电制冷及加热器件帕尔贴，可以实现温度的实时采集和控制，控制方式包括温度控制和温差控制模式，标准参考黑体源保证了测量量基准的稳定性，作为最终辐射计算的一个参数，消除了背景不稳定带来的不利影响。

红外探测器209，该红外探测器在3μm～5μm波段范围内具有高的响应度，且具有较高的探测率，较好的线性和稳定性，作为一个实施例可以采用Judson公司的J10D系列InSb探测器。

信号放大电路210，该信号放大电路可以为运算放大器OPA111组成的反相放大电路，将红外探测器209输出的红外辐射信号进行放大，以供后续电路处理。

锁相检测电路211，以相敏检测器为核心，实现调制信号的解调过程。信号放大电路的输出信号作为锁相检测电路的输入信号，斩波器控制电路213的输出信号作为锁相检测电路的同步信号，经处理后最终得到与输入的红外辐射信号成比例的直流输出信号。

斩波器控制电路213，采用负反馈的方式控制斩波器的斩波频率，同时向锁相检测电路211提供特定频率同步信号。

信号采集电路212，为AD采集设备，该设备采集锁相检测电路211的输出信号和标准参考黑体源204的温度值，上传至所述单片机或者具有高可靠性的计算机215。

计算机215，由测量信号得出被测目标的红外辐射量值，并且能够显示和存储测量数据，对于瞄准系统214来说还可以将获得的被测红外目标和激光器射出的激光显示在计算机的屏幕上。

本实用新型可实现的技术性能为：光学镜头视场角为3°，焦距133mm，光谱范围覆盖3μm～5μm测试频率大于100Hz，辐射强度测量范围：0.8W/sr～80W/sr，测量不确定度：5％。

通过上述实施例，通过光谱校正片可以使整个系统在测量波段内的光谱相应曲线为一条平坦的曲线，提高了整个系统的线性度和测量精度，避免测量结构受被测目标辐射光谱的影响；采用不同衰减比的中性滤光片，扩展设备的动态范围，使设备具有多个量程，能够测量强辐射和微弱辐射目标；通过对所述标准参考黑体源104进行加热或者制冷使内部校准黑体温度可控，且控制模式可选为温度和温差模式，提高了外场条件下的测量精度；通过复合瞄准系统极大的提高了使用便利性，使其在亮背景和暗背景条件下都能够方便的对被测目标进行瞄准。

本领域技术人员还可以了解到本实用新型实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrative components)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本实用新型实施例保护的范围。

本实用新型实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本实用新型实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本实用新型实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电脑、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种外场型红外辐射计，其特征在于包括，

被测红外目标，汇聚主镜，斩波器，标准参考黑体源，滤光片，中性衰减片，光谱校正片，红外探测器，信号采集部件；

所述汇聚主镜与所述斩波器相连接，所述斩波器与所述标准参考黑体源相连接，所述斩波器还与所述滤光片相连接，所述滤光片与所述中性衰减片相连接，所述中性衰减片与所述光谱校正片相连接，所述光谱校正片与所述红外探测器相连接，所述信号采集部件分别与所述红外探测器和所述斩波器相连接。

2.根据权利要求1所述的一种外场型红外辐射计，其特征在于，所述中性衰减片为多个，利用驱动机构根据不同的量程调整不同的中性衰减片位于主光路中。

3.根据权利要求1所述的一种外场型红外辐射计，其特征在于，所述滤光片前后表面均为平面，厚度为2mm，直径为25mm，滤光片前后表面均镀增透膜。

4.根据权利要求1所述的一种外场型红外辐射计，其特征在于，所述光谱校正片前后表面均为平面，厚度为2mm，直径为25mm。

5.根据权利要求1所述的一种外场型红外辐射计，其特征在于，还包括复合瞄准系统，所述复合瞄准系统进一步包括激光器和成像部件，所述激光器和所述成像部件的光轴与所述汇聚主镜的光轴平行。

6.根据权利要求1所述的一种外场型红外辐射计，其特征在于，所述斩波器直径为140mm，其上开有扇形孔。

7.根据权利要求1所述的一种外场型红外辐射计，其特征在于，所述标准参考黑体源以具有高发射率的铜材料作为基底，其上覆有黑色钝化层，在所述黑色钝化层上具有喷砂层，所述喷砂层上还具有反射漆层。

8.根据权利要求1所述的一种外场型红外辐射计，其特征在于，还具有控温部件和温度传感器，所述控温部件和所述温度传感器分别与所述标准参考黑体源相连接，所述控温部件用于对所述标准参考黑体源加热或者制冷，所述温度传感器对标准参考黑体源进行温度监测。

9.根据权利要求1或5所述的一种外场型红外辐射计，其特征在于，所述信号采集部件进一步包括信号放大电路，锁相检测电路，斩波器控制电路，AD采集器，计算机，所述信号放大电路与所述红外探测器相连接，所述信号放大电路还与所述锁相检测电路相连接，所述锁相检测电路与所述斩波器控制电路相连接，所述斩波器控制电路与所述斩波器相连接，所述锁相环检测电路与所述AD采集器相连接，所述AD采集器与所述标准参考黑体源相连接，所述AD采集器与所述计算机相连接。

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