双波段扫描辐射计的研制

　　1　引　言

　　在对红外成像设备进行静态参数测试时,需要温差目标发生器来提供具有一定形状及温差的红外目标,而扫描辐射计就是用以标定温差目标发生器的设备,所以其精度的高低关系到对红外成像设备参数测试的精度。扫描辐射计采用红外测温原理,本质上就是扫描式红外测温仪,但比起传统的红外测温仪,扫描辐射计视场小,温度分辨率高,因此其结构要复杂得多。近年来,红外成像设备更新换代的速度很快,本文介绍的双波段扫描辐射计就是为满足红外成像设备测试的需要而研制的。

　　2　设备特点

　　测量温度范围大。扫描辐射计的测温范围一般在常温至200℃,而该扫描辐射计的测温范围指标则要求达到常温至1000℃。

　　视场小。仅1mrad,比英国Ealing公司的指标(1.7mrad)还要小。

　　测量光谱范围宽。一般的辐射计只能做单一波段的辐射参量测量,而该扫描辐射计测试的光谱范围则要求覆盖3~5μm、8~14μm两个波段。

　　测温精度高。测温精度指标要求达到国家二级计量标准。

　　温度分辨率高。指标与英国Ealing公司扫描辐射计的指标相当。

　　功能强。该扫描辐射计不仅要能够测量靶标温差及面源目标的温度均匀性,而且还要能够测量高温的调制与非调制光源的辐射特性。

　　3　研制方案

　　3.1　工作原理

　　辐射计由光学系统、斩波器、探测器、前放、锁相放大器、A/D转换器、扫描机构、微机等部分组成,其工作原理图如图1所示。

　　辐射源发出的红外辐射,经过光学系统会聚并由斩波器斩波后进入到3~5μm、8~12μm的红外探测器上,探测器将经过调制的光能转化为交流的电信号,经前放、锁相放大器等信号处理电路对交流信号放大、整形和滤波处理变为相应的直流信号,再经A/D卡转换成数字信号到达微机并换算成温度信号。系统可通过扫描平台的一维转动实现逐点测量。微机控制扫描平台的转动,并对输入的数字信号进行采集、处理和储存,最后通过显示器显示或打印机输出得到辐射源的一维温度分布结果。

　　从工作原理可以看出,研制中没有采用传统的内置参考黑体、探测器交替接收目标和参考黑体辐射的方案。这是因为内置参考黑体体积小,其控温稳定性不可能像大型腔式黑体那样可以达到0·01℃,所以参考黑体的温度抖动使得扫描辐射计很难达到0.01℃的稳定性(也就是温度分辨率)。而在实验室里,环境温度不会有瞬时抖动,只可能有缓慢漂移,因此将斩波器面向探测器的一侧表面涂上高发射率涂层,并垂直于光路放置,使探测器交替接收辐射源和斩波器本身的辐射。并通过铂电阻检测斩波器的温度,用软件进行温度补偿,从而使得系统达到所要求的温度分辨率成为可能。