[发明专利]红外辐射计

摘要

本发明公开了一种红外辐射计，属于光学计量测试领域，用于测量红外热像仪测试设备辐射温度。其主要技术特点是，红外辐射计采用双光路设计，使得红外辐射计中探测器分别接收来自红外热像仪测试设备的辐射和红外辐射计内部参考黑体的辐射，参考黑体温度由计算机控制到与红外辐射计内部的温度及环境温度保持一致，通过限制光阑组的设计及各限制光阑安装位置的确定，使得两条光路对探测器所张立体角相同且两条光路重合。本发明不但具有小型化、智能化的特色，而且具有测量准确度高、应用前景广的特点。

主权项

一种红外辐射计，包括含有前置放大器(8‑1)、锁相放大器(8‑2)、A/D转换器(8‑3)和计算机(8‑5)的信号采集、处理与控制系统(8)，依次放置的光学系统(1)、斩波器(2)、参考黑体(3)、滤光片组(5)、限制光阑组(6)和红外探测器(7)；所述光学系统(1)由多片透镜组成，斩波器(2)由驱动电机(2‑1)和调制盘(2‑2)组成，调制盘(2‑2)为中间厚边缘薄且盘面分为镂空部分和叶片部分，叶片部分正面镀高反射率铝膜，反面均匀涂制黑漆，调制盘(2‑2)的中心轴孔与驱动电机(2‑1)的转轴固连且调制盘(2‑2)的正面与光学系统(1)的光轴呈45°夹角，驱动电机(2‑1)的驱动电路与所述计算机(8‑5)相连；参考黑体(3)带有测温电路且测温电路的输出送给所述计算机，参考黑体(3)在计算机的控制下以恒温工作；滤光片组(5)含有3μm～5μm带通滤光片和8μm～12μm的带通滤光片，两个滤光片对称安装在滤光片轮上，滤光片轮由受所述计算机(8‑5)控制的电机驱动；其特征在于：所述限制光阑组(6)由三个光阑组成，各光阑的两个表面分别涂制高吸收率的黑漆，第一光阑(6‑1)紧贴所述参考黑体(3)且正对所述红外探测器(7)的端面垂直于所述光学系统(1)的光轴，第一光阑(6‑1)的口径为R1＝100x1/250，x1表示第一光阑(6‑1)与红外探测器(7)之间的距离；第二光阑(6‑2)为滤光片轮上未安装滤光片的部分，第二光阑(6‑2)与所述红外探测器(7)之间的距离为x2＝250R2/100，R2表示滤光片的口径；第三光阑(6‑3)垂直于所述光学系统(1)的光轴，第三光阑(6‑3)的口径为R3＝100x3/250，x3表示第三光阑(6‑3)与所述红外探测器(7)之间的距离；当所述调制盘(2‑2)的镂空部分进入光路时，来自被测红外热像仪测试设备的准直辐射通过所述光学系统(1)会聚并经过滤光片组(5)和限制光阑组(6)形成3μm～5μm或8μm～12μ.m波段的红外辐射并到达红外探测器(7)，红外探测器(7)将经过调制的辐射测量信号转化为电信号输出；当所述调制盘(2‑2)的叶片部分进入光路时，所述参考黑体(3) 的辐射由所述叶片反面反射后经过滤光片组(5)和限制光阑组(6)也到达红外探测器(7)，红外探测器(7)将红外辐射背景信号转化为电信号输出；所述红外探测器(7)的输出信号经所述前置放大器(8‑1)进行电压放大，再经所述锁相放大器(8‑2)的同步放大电路中的信号输入通道放大，并经过低通、高通或带通滤波器滤波处理后，由A/D转换器(8‑3)转换成数字信号并输入计算机(8‑5)；所述计算机(8‑5)内置有测控软件，其功能是：控制调制盘(2‑2)的转动频率达到所需要的值；对参考黑体(3)进行温度控制并使参考黑体(3)的工作温度与红外辐射计内部温度和环境温度保持一致；控制滤光片轮的转动以使所需波段的滤光片移入光路；根据以下一组公式计算出红外热像仪测试设备中面源黑体或靶标的光谱辐射出射度M(λ，TBB)及辐射温度T： V = K × G × ( π 2 4 ) × ( D 10 × FOV ) 2 × ∫ λ 1 λ 2 ϵ BB × τ Collimator ( λ ) × τ IO ( λ ) × [ M ( λ , T BB ) - M ( λ , T En ) ] dτ - - - ( 1 ) T = C 3 . [ ∫ λ 1 λ 2 ϵ BB M ( λ , T BB ) dλ ] 3 + C 2 . [ ∫ λ 1 λ 2 ϵ BB M ( λ , T BB ) dλ ] 2 + C 1 . ∫ λ 1 λ 2 ϵ BB M ( λ , T BB ) dλ + C 0 - - - ( 2 ) 式中，V表示红外探测器输出的电压值，K表示红外辐射计比例因子，G表示红外辐射计电子增益，D10表示红外辐射计探测器有效入瞳直径，FOV表示红外辐射计探测器的视场，εBB表示红外热像仪测试设备中靶标或面源黑体的发射率，τCollimator(λ)表示红外热像仪测试设备中准直光管的红外光谱传输比，τIO(λ)表示红外辐射计入瞳透射比，M(λ，TEn)表示环境的光谱辐射出射度，C3、C2、C1、C0为方程系数，以上参量均为已知量。