CN207123378U - 一种红外成像场景模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种红外成像场景模拟装置，包括真空冷舱、电阻阵驱动器、电阻阵列芯片、红外光学系统、热控系统、图像生成系统、环境监控系统、循环制冷系统、电源系统和被测系统；所述热控系统和被测系统位于真空冷舱内部，所述电阻阵驱动器、电阻阵列芯片和红外光学系统位于热控系统内部，所述图像生成系统、环境监控系统、循环制冷系统和电源系统位于真空冷舱外部。本实用新型的红外成像场景模拟装置能够在低温100K环境下正常工作，能够将模拟红外场景的背景温度由零度以上，降到‑20℃。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种红外成像场景模拟装置，特别是一种红外成像场景模拟装置。
背景技术
由于能够实时动态模拟复杂的红外热辐射场景，红外成像场景模拟系统在近些年已得到广泛应用。随着应用需求的提高，红外成像场景模拟系统在帧频、分辨率、灰度级等方面也有了显著提高，不同的红外成像器件会在不同的技术指标上显出优势，但是没有一种器件能够同时拥有所有技术指标优势，在应用时根据使用的侧重点选择红外成像器件。以往的红外成像场景模拟系统是工作在常温环境下，模拟红外场景的背景温度通常高于零度，不能满足模拟低温背景的需求。
因此，需要提供一种能够模拟低温背景且能够在低冷环境下工作的红外成像场景模拟装置。
发明内容
本实用新型的一个目的在于提供一种红外成像场景模拟装置。
本实用新型的另一个目的在于提供一种红外成像场景模拟装置的工作方法。
作为本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种红外成像场景模拟装置，包括：真空冷舱、电阻阵驱动器、电阻阵列芯片、红外光学系统、热控系统、图像生成系统、环境监控系统、循环制冷系统、电源系统和被测系统；
所述热控系统和被测系统位于真空冷舱内部，所述电阻阵驱动器、电阻阵列芯片和红外光学系统位于热控系统内部，所述图像生成系统、环境监控系统、循环制冷系统和电源系统位于真空冷舱外部；
其中，
所述真空冷舱用于提供模拟工作要求的温度和气压；
所述图像生成系统用于产生红外场景图像数据，并发送至电阻阵驱动器；
所述电阻阵驱动器用于接收图像生成系统发出的图像数据，将图像数据转换为模拟控制数据，驱动电阻阵列芯片工作；
所述电阻阵列芯片用于在电阻阵驱动器的控制下产生红外辐射图像；
所述红外光学系统用于将电阻阵列芯片产生的红外图像准直后投射到被测系统中；
所述热控系统用于控制电阻阵驱动器、电阻阵列芯片和红外光学系统的温度；
所述循环制冷系统用于控制电阻阵列芯片的温度；
所述环境监控系统用于监控真空冷舱内部各个系统的电压、电流和温度；
所述电源系统用于为红外成像场景模拟装置中的用电负载提供工作电源。
优选地，所述电阻阵列芯片包括512×512电阻阵元。
优选地，所述红外光学系统包括准直光学系统和平面反射镜；其中所述准直光学系统用于将电阻阵列芯片产生的红外图像准直后辐射出平行光；所述平面反射镜与平行光的光轴成45°角设置，用于反射平行光后使光路平行于真空冷舱的罐体中心轴辐射，供被测系统接收。
优选地，所述红外光学系统还包括调焦系统，所述调焦系统上设置电阻阵列芯片，用于调整电阻阵列芯片的像面位置来保证整个红外光学系统的成像质量。
作为本实用新型的另一个方面，本实用新型还提供一种上述红外成像场景模拟装置的工作方法，包括如下步骤：
所述图像生成系统产生红外场景图像数据，并发送给电阻阵驱动器，电阻阵驱动器接收图像生成系统发送的图像数据，将图像数据转换为模拟控制数据，驱动电阻阵列芯片工作；电阻阵列芯片在电阻阵驱动器的控制下产生红外辐射图像，并传输至红外光学系统，所述红外光学系统将电阻阵列芯片产生的红外图像准直后投射到被测系统中；
在上述传输工作过程中，真空冷舱提供模拟工作要求的温度和气压；热控系统控制电阻阵驱动器、电阻阵列芯片和红外光学系统的温度；循环制冷系统控制电阻阵列芯片的温度；环境监控系统监控真空冷舱内部各个系统的温度、电压和电流；电源系统为红外成像场景模拟装置中的用电负载提供工作电源。
优选地，所述模拟工作要求热沉温度为100K且压力<1.3×10-3Pa时，真空冷舱热沉温度为100K，舱内压力<1.3×10-3Pa；热控系统将电阻阵驱动器、电阻阵列芯片和红外光学系统加热至243K；循环制冷系统控制电阻阵列芯片的温度为253K。
优选地，所述模拟工作要求为室温大气条件时，真空冷舱的温度为室温，压力为大气压；热控系统不工作；循环制冷系统控制电阻阵列芯片的温度为 273K。
本实用新型的有益效果如下：
本实用新型提供了一种红外成像场景模拟装置，能够在低温100K环境下正常工作，能够将模拟红外场景的背景温度由零度以上，降到-20℃。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本实用新型的红外成像场景模拟装置示意图；其中，1-图像生成系统、2-电阻阵驱动器、3-电阻阵列芯片、4-调焦系统、5-准直光学系统、 6-平面反射镜、7-真空冷舱、8-热控系统、9-环境监控系统、10-电源系统、11- 循环制冷系统、12-被测系统。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。
为解决现有技术中红外成像场景模拟系统无法满足模拟低温背景需求的问题，本实用新型提供了一种能够模拟低温背景且能够在低冷环境下工作的红外成像场景模拟装置。
具体结合图1所示，一种红外成像场景模拟装置，包括：真空冷舱7、电阻阵驱动器2、电阻阵列芯片3、红外光学系统、热控系统8、图像生成系统 1、环境监控系统9、循环制冷系统11、电源系统10和被测系统12；
所述热控系统8和被测系统12位于真空冷舱7内部，所述电阻阵驱动器 2、电阻阵列芯片3和红外光学系统位于热控系统8内部，所述图像生成系统 1、环境监控系统9、循环制冷系统11和电源系统10位于真空冷舱7外部；位于真空冷舱内部和外部的设备通过真空冷舱上的法兰接口进行连接；
其中，
所述真空冷舱7用于提供模拟工作要求的温度和气压；
所述图像生成系统1用于产生红外场景图像数据，并发送至电阻阵驱动器2；
所述电阻阵驱动器2用于接收图像生成系统1发出的图像数据，将图像数据转换为模拟控制数据，驱动电阻阵列芯片3工作；
所述电阻阵列芯片3用于在电阻阵驱动器2的控制下产生红外辐射图像；进一步地，所述电阻阵列芯片3包括512×512电阻阵元。
所述红外光学系统用于将电阻阵列芯片3产生的红外图像准直后投射到被测系统12中；在图1所示结构中，所述红外光学系统包括准直光学系统5 和平面反射镜6，所述准直光学系统5用于将电阻阵列芯片3产生的红外图像准直后辐射出平行光；所述平面反射镜6与平行光的光轴成45°角设置，用于反射平行光后使光路平行于真空冷舱7的罐体中心轴辐射，供被测系统12 接收；为进一步提高红外光学系统的成像质量，作为本实用新型的优选实施方式，如图1所示，所述红外光学系统还可以包括调焦系统4，所述电阻阵列芯片3负载于调焦系统4之上，可通过调焦系统4调整电阻阵列芯片3的像面位置来保证整个光学系统的成像质量。
所述热控系统8用于控制电阻阵驱动器2、电阻阵列芯片3和红外光学系统的温度；本实用新型中热控系统将电阻阵驱动器、电阻阵列芯片和红外光学系统包覆起来，当设备工作在低温100K时，热控系统通过加热使这些光机电设备工作在-30℃，不仅保证了电路电机的可靠工作，而且保证了光学元件的形变在可控的范围之内。
所述循环制冷系统11用于控制电阻阵列芯片的温度，即控制模拟红外场景的背景温度；所述循环制冷系统通过向真空冷舱中的电阻阵列芯片输送循环冷源，例如循环冷却液等，带走芯片工作时产生的大量热量并降低其温度，实现对模拟红外场景的背景温度控制。
所述环境监控系统9用于监控真空冷舱内部各个系统的电压、电流和温度；所述环境监控系统通过收集各种传感器反馈的监测数据来监控真空冷舱内部各个系统的电压、电流和温度。
所述电源系统10用于为红外成像场景模拟装置中的用电负载提供工作电源，即为红外成像场景模拟装置中需要用电的设备提供电源。
作为本实用新型的另一方面，本实用新型还公开了上述红外成像场景模拟装置的工作方法，该方法如下：
所述图像生成系统1产生红外场景图像数据，并发送给电阻阵驱动器2，电阻阵驱动器2接收图像生成系统1发送的图像数据，将图像数据转换为模拟控制数据，驱动电阻阵列芯片3工作；电阻阵列芯片3在电阻阵驱动器2 的控制下产生红外辐射图像，并传输至红外光学系统，所述红外光学系统将电阻阵列芯片3产生的红外图像准直后投射到被测系统中；
在上述传输工作过程中，真空冷舱7提供模拟工作要求的温度和气压；热控系统8控制电阻阵驱动器2、电阻阵列芯片3和红外光学系统的温度；循环制冷系统11控制电阻阵列芯片的温度；环境监控系统9监控真空冷舱内部各个系统的温度、电压和电流；电源系统10为红外成像场景模拟装置中的用电负载提供工作电源。
所述模拟工作要求热沉温度为100K且压力<1.3×10-3Pa时，真空冷舱7 热沉温度为100K，舱内压力<1.3×10-3Pa；热控系统8将电阻阵驱动器2、电阻阵列芯片3和红外光学系统加热至243K；循环制冷系统11控制电阻阵列芯片的温度为253K。
所述工作要求为室温大气条件时，真空冷舱7的温度为室温，压力为大气压；热控系统8不工作；循环制冷系统11控制电阻阵列芯片的温度为273K。
真空冷舱内设备工作期间，由环境监控系统为位于冷舱内的相关装置提供必要的电源、散热、热控等工作条件，收集各种传感器反馈的监测数据，进行分析处理和控制。当冷舱工作于真空100K条件时，通过热控系统和循环制冷系统，一方面热控系统将冷舱内的电阻阵列芯片、电阻阵驱动器和红外光学系统等装置加热至-30℃，使得这些装置在此时仍能够正常工作，另一方面循环制冷系统带走芯片工作时产生的大量热量并降低其温度，使得红外成像场景的背景等效黑体温度达到-20℃的水平。当真空冷舱内工作于室温大气条件时，热控系统不工作，真空冷舱内的电阻阵驱动器、红外光学系统等装置基本保持室温状态，电阻阵列芯片则由循环制冷系统冷却至0℃左右。
与现有红外模拟装置相比，本实用新型的红外成像场景模拟装置，不仅能在室温大气条件工作，而且能够在低温100K环境下正常工作，此外还能够将模拟红外场景的背景温度由零度以上，降到-20℃。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。
Claims (4)
1.一种红外成像场景模拟装置，其特征在于，所述装置包括：真空冷舱、电阻阵驱动器、电阻阵列芯片、红外光学系统、热控系统、图像生成系统、环境监控系统、循环制冷系统、电源系统和被测系统；
所述热控系统和被测系统位于真空冷舱内部，所述电阻阵驱动器、电阻阵列芯片和红外光学系统位于热控系统内部，所述图像生成系统、环境监控系统、循环制冷系统和电源系统位于真空冷舱外部；
其中，
所述真空冷舱用于提供模拟工作要求的温度和气压；
所述图像生成系统用于产生红外场景图像数据，并发送至电阻阵驱动器；
所述电阻阵驱动器用于接收图像生成系统发出的图像数据，将图像数据转换为模拟控制数据，驱动电阻阵列芯片工作；
所述电阻阵列芯片用于在电阻阵驱动器的控制下产生红外辐射图像；
所述红外光学系统用于将电阻阵列芯片产生的红外图像准直后投射到被测系统中；
所述热控系统用于控制电阻阵驱动器、电阻阵列芯片和红外光学系统的温度；
所述循环制冷系统用于控制电阻阵列芯片的温度；
所述环境监控系统用于监控真空冷舱内部各个系统的电压、电流和温度；
所述电源系统用于为红外成像场景模拟装置中的用电负载提供工作电源。
2.根据权利要求1所述的红外成像场景模拟装置，其特征在于，所述电阻阵列芯片包括512×512电阻阵元。
3.根据权利要求1所述的红外成像场景模拟装置，其特征在于，所述红外光学系统包括准直光学系统和平面反射镜；其中所述准直光学系统用于将电阻阵列芯片产生的红外图像准直后辐射出平行光；所述平面反射镜与平行光的光轴成45°角设置，用于反射平行光后使光路平行于真空冷舱的罐体中心轴辐射，供被测系统接收。
4.根据权利要求3所述的红外成像场景模拟装置，其特征在于，所述红外光学系统还包括调焦系统，所述调焦系统上设置电阻阵列芯片，用于调整电阻阵列芯片的像面位置。
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| CN201721204276.7U CN207123378U (zh) | 2017-09-19 | 2017-09-19 | 一种红外成像场景模拟装置 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN107367374A (zh) * | 2017-09-19 | 2017-11-21 | 北京仿真中心 | 一种红外成像场景模拟装置及其工作方法 |
| CN109580693A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-04-05 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 红外显微成像系统 |
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2017
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