CN206556768U

CN206556768U - 光学镜面用的红外测温装置

Info

Publication number: CN206556768U
Application number: CN201720060230.6U
Authority: CN
Inventors: 黄善杰; 许方宇; 金振宇; 袁沭; 张涛; 柳光乾; 付玉; 李正刚
Original assignee: Yunnan Astronomical Observatory of CAS
Current assignee: Yunnan Astronomical Observatory of CAS
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2017-10-13
Anticipated expiration: 2027-01-19

Abstract

本实用新型公开了一种测量精度更高的光学镜面用的红外测温装置，它包括探测模块、抛物面镜罩以及两个热敏红外探测器；所述抛物面镜罩的外壁顶点处设置与探测模块连接的连接部；两所述热敏红外探测器分别粘接于两连接环内；两连接环朝向热敏红外探测器引脚端的端面相互粘接构成一体，且该端面上均布设置有三个凹槽，构成引脚输出线通道；两热敏红外探测器的三根引脚输出线分别从三个引脚输出线通道穿出，并穿出抛物面镜罩后与探测模块电连接，所述引脚输出线上套装有导管；所述导管的两端分别与引脚输出线通道及抛物面镜罩固定连接；连接环的外缘面上镀有金膜层；所述热敏红外探测器的感光面设置有半球形透镜。

Description

光学镜面用的红外测温装置

技术领域

本实用新型涉及红外测温技术领域，尤其是涉及一种光学镜面用的红外测温装置。

背景技术

望远镜光学元件中微小的温度起伏都会影响望远镜的成像质量，需要保持镜体温度分布均匀且镜面温度与气温相差不大。准确获取镜面温度是望远镜主镜、副镜控温系统形成闭环控制的关键。目前镜面测温法有直接接触测温和间接测温两种，都有一定的局限性：镜面膜层和面形精度要求导致无法布置大量直接接触测温探头。间接测温的局限性是望远镜镜体周边复杂多变的热环境边界，导致难以通过镜体背部测温值，准确计算出镜面温度。

红外测温不影响望远镜光学镜面的金属膜层和面形精度，红外测温技术目前可对朗伯体表面进行精准测温，对望远镜光学镜面等高反射率表面的红外测温被认为是不准确的。传统红外测温技术无法实现常温镜面测温的原因主要体现在以下三个方面：

1）望远镜镜面自身热辐射远小于其反射的周边环境辐射。镜面红外波段的热发射率极低、反射率超高，传统红外测温设备进行镜面测温时，设备接受的红外辐射主要是反射的环境辐射而非镜面自身热辐射。

2）光学镜面热发射率低，常温镜面的自身热辐射弱，部分超高反射镜面的自身热辐射小于传统红外测温设备标定的辐射测量下限。

3）传统红外测温设备，只能收集与镜面法线成小夹角的镜面自身热辐射，多数镜面的与法线呈小夹角的定向热发射率较小，小于其大夹角定向热发射率。红外测温仪收集的镜面热辐射只占镜面总热辐射的一小部分。

为了实现望远镜光学镜面、金属表面等的红外测温，诸多科学技术人员做了各种研究，概括如下：

（1）科研人员包括Chayan Mitra，Norman Turnquist、Ayan Banerjee等人深入研究了测物体表面反射率获取温度的方法。反射率测量采用了直接测量入射/反射辐射强度、调制解调测和测量偏振分量计算反射率等方法。反射率测温法目前可用于高温金属表面测温，常温金属表面测量效果较差，不适合常温光学镜面测温。

（2）美国阿贡国家实验室材料科学部的W. A. Ellingson和弗罗里达大学的C. K.Hsieh提出了多波段红外成像测温的设计，多波段红外测温装置可应用于高温金属表面测温，但不适合具有超高反射率的常温镜面测温。

（3）德国国家计量院（PTB）的C.Monte、B.Gutschwager、J.Hollandt与全俄光学物理研究院（VNIIOFI）的S.P.Morozova联合设计了一种具备高精度红外测温和发射率测量的设备，代表着目前红外测温的前沿水平。为了消除周边环境的反射辐射干扰，设备关键部分和光路都进行了液氮冷却，光路和腔室处于真空环境。该设备可以对放置于其测量腔室内的光学镜面进行测温，不能测量运行状态下的镜面温度。

（4）中国计量科学研究院研制的真空红外温度标准设备（VRTSF），于2015年研制成功。设备内部采用液氮制冷和真空设计，内置有傅里叶红光光谱仪（BrukerVERTEX80V）。VRTSF代表着国内红外辐射测量的前沿水平，但只能测量放置于其测量腔内的镜面温度，不满足运行状态下的镜面测温要求。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术中的缺点，提供了一种辐射收集能力强，可以精准测量光学镜面温度的红外测温装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种光学镜面用的红外测温装置，包括探测模块、抛物面镜罩以及两个热敏红外探测器；所述抛物面镜罩的外壁顶点处设置与探测模块连接的连接部；两所述热敏红外探测器分别粘接于两连接环内；两连接环朝向热敏红外探测器引脚端的端面相互粘接构成一体，且该端面上均布设置有三个凹槽，构成引脚输出线通道；两所述热敏红外探测器的三根引脚输出线分别从三个引脚输出线通道穿出，并穿出抛物面镜罩后与探测模块电连接；三根引脚输出线位于抛物面镜罩内的长度相等，使两热敏红外探测器位于抛物面镜罩的焦点处；所述引脚输出线上套装有导管，且导管外壁上镀有金膜层；所述导管的两端分别与引脚输出线通道及抛物面镜罩固定连接；所述连接环的外缘面上镀有金膜层；所述热敏红外探测器的感光面设置有半球形透镜。

所述探测模块为热敏型红外探测器的探测模块。

所述抛物面镜罩材质为具有高导热系数的金属材质，抛物面镜罩的内表面镀有金膜。

所述抛物面镜罩的外侧表面设有基于半导体控温技术的控温层。

所述连接部与探测模块卡接或者螺接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

（1）本实用新型可提高红外测温时的镜面辐射收集能力。除了收集直接射向红外探测器的镜面辐射，通过抛物面镜罩内表面反射，配合两个相背设置的热敏红外探测器及设置于热敏红外探测器接收端的透镜，增加镜面辐射的接受范围，提高其测温的精度。

（2）本实用新型消除了镜面周边环境在镜面的反射辐射干扰。采用抛物面镜罩贴近镜面的测温设计，可有效屏蔽环境热辐射，保证红外探测器收集的辐射不受环境辐射干扰。测温时，装置的镜罩贴近被测镜面，在保证无触碰镜面风险的前提下，二者之间的距离应尽可能小，例如小于镜罩开口面直径的1/50。绝大部分环境热辐射被屏蔽在镜罩之外，极小部分环境辐射通镜罩与镜面之间的缝隙进入镜罩，经多次反射后被镜罩内表面吸收。

（3）本实用新型具有抑制装置自身热辐射杂散光干扰的能力。测温光路内的热辐射杂散光主要来源于抛物面镜罩内壁、探测器非感光面和探测器引线。为减弱热辐射杂散光，探测器的非感光表面、探测器引线和抛物面镜罩内壁表面镀有金膜。为了进一步抑制金膜自身热辐射对测温的干扰，采用半导体控温技术对镜罩外表面进行控温。镜罩被控温后，内表面膜层的温度和控温值基本相等且稳定不变。镜罩内表面膜层的热辐射强度和空间分布基本稳定。探测器收集的镜面内表面热辐射杂散光基本稳定不变，为一个常数，收集的望远镜光学镜面的辐射则随镜面温度而变。一个常数、一个变数，可以进一步提高本实用新型测温装置抑制热辐射杂散光干扰的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为连接环的结构示意图。

图3为抛物面镜罩镀金膜和控温层的示意图。

图4为热敏红外探测器与半球形透镜的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1-4所示光学镜面用的红外测温装置，包括探测模块1、抛物面镜罩2以及两个热敏红外探测器3；所述抛物面镜罩2的外壁顶点处设置与探测模块1连接的连接部4；两所述热敏红外探测器3为圆锥台型，感光面为较小的端面，分别粘接于两连接环5内；两连接环5朝向热敏红外探测器3引脚端的端面相互粘接构成一体，且该端面上均布设置有三个凹槽10，构成引脚输出线通道；两所述热敏红外探测器3的三根引脚输出线（图中未示出）分别从三个引脚输出线通道穿出，并穿出抛物面镜罩2后与探测模块1电连接；三根引脚输出线位于抛物面镜罩2内的长度相等，使两热敏红外探测器3位于抛物面镜罩2的焦点处；所述引脚输出线上套装有导管6，且导管6外壁上镀有金膜层（图中未示出）；所述导管6的两端分别与引脚输出线通道及抛物面镜罩2固定连接；所述连接环5的外缘面上镀有金膜层（图中未示出）；所述热敏红外探测器3的感光面设置有半球形透镜9。所述半球型透镜的工作波段覆盖热敏性红外探测器的工作波段。

所述探测模块1为热敏型红外探测器的探测模块。所述红外测温仪为红外点测温仪，是一种广泛使用的非接触测温产品，所述探测模块1是指红外点测温仪中扣除光学成像镜头和热敏红外探测器的剩余组件。抛物面镜罩和探测模块通过连接部相连接，抛物面镜罩为探测模块的聚辐射镜头。

所述抛物面镜罩2材质为具有高导热系数的金属材质，抛物面镜罩2的内表面镀有金膜7。

所述抛物面镜罩2的外侧表面设有基于半导体控温技术的控温层8，根据抛物面镜罩2外形尺寸定制半导体控温层。

所述连接部4与探测模块1卡接或者螺接。

本实用新型可提高红外测温时的镜面辐射收集能力。除了收集直接射向红外探测器的镜面辐射，通过抛物面镜罩内表面反射，配合两个相背设置的热敏红外探测器及设置于热敏红外探测器接收端的半球形透镜，增加辐射的接受范围，提高其测温的精度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种光学镜面用的红外测温装置，包括探测模块、抛物面镜罩以及两个热敏红外探测器；其特征在于：所述抛物面镜罩的外壁顶点处设置与探测模块连接的连接部；两所述热敏红外探测器分别粘接于两连接环内；两连接环朝向热敏红外探测器引脚端的端面相互粘接构成一体，且该端面上均布设置有三个凹槽，构成引脚输出线通道；两所述热敏红外探测器的三根引脚输出线分别从三个引脚输出线通道穿出，并穿出抛物面镜罩后与探测模块电连接；三根引脚输出线位于抛物面镜罩内的长度相等，使两热敏红外探测器位于抛物面镜罩的焦点处；所述引脚输出线上套装有导管，且导管外壁上镀有金膜层；所述导管的两端分别与引脚输出线通道及抛物面镜罩固定连接；所述连接环的外缘面上镀有金膜层；所述热敏红外探测器的感光面设置有半球形透镜。

2.根据权利要求1所述光学镜面用的红外测温装置，其特征在于：所述探测模块为热敏型红外探测器的探测模块。

3.根据权利要求1或2所述光学镜面用的红外测温装置，其特征在于：所述抛物面镜罩材质为具有高导热系数的金属材质，抛物面镜罩的内表面镀有金膜。

4.根据权利要求1或2所述光学镜面用的红外测温装置，其特征在于：所述抛物面镜罩的外侧表面设有基于半导体控温技术的控温层。

5.根据权利要求1或2所述光学镜面用的红外测温装置，其特征在于：所述连接部与探测模块卡接或者螺接。