[發明專利]適應低溫真空冷艙環境的微弱紅外輻射度測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202110190177.2
• 申請日: 2021-02-18
• 公開（公告）號: CN112964714B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 王欣
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N21/01;G01V8/10
• 代理公司: 北京圣州專利代理事務所(普通合伙) 11818
• 代理人: 王振佳

1.一種適應低溫真空冷艙環境的微弱紅外輻射度測量裝置，包括低溫真空冷艙以及分別與所述低溫真空冷艙連接的抽真空機構和液氮制冷機構，其特征在于：所述低溫真空冷艙內部布置有光學探測設備，所述光學探測設備包括低溫控制反射式斬波器、低溫電機、液氮制冷輻射體、設定發射率控溫輻射體、被測紅外輻射體、紅外鏡頭、冷光闌和紅外探測器；

所述低溫真空冷艙外部布置有控制設備，所述控制設備包括信號處理機構、驅動控制機構和溫度控制機構；

對應所述低溫控制反射式斬波器的反射板的正面分別布置有所述設定發射率控溫輻射體和所述被測紅外輻射體，所述設定發射率控溫輻射體和所述被測紅外輻射體分別固定于平移臺的兩端，所述低溫控制反射式斬波器的反射板的反面與所述液氮制冷輻射體緊貼；

所述低溫控制反射式斬波器、所述紅外鏡頭、所述冷光闌與所述紅外探測器經光路依次連通，所述紅外探測器的信號輸出端與所述信號處理機構相連，所述低溫控制反射式斬波器還經所述低溫電機與所述驅動控制機構連接，所述低溫控制反射式斬波器、所述低溫電機、所述液氮制冷輻射體、所述設定發射率控溫輻射體和所述紅外探測器均與所述溫度控制機構相連；

所述低溫電機還與所述驅動控制機構相連，所述驅動控制機構包括電機驅動器和電機控制器；

適應低溫真空冷艙環境的微弱紅外輻射度測量裝置的方法，包括以下步驟：

S1、對低溫真空冷艙抽真空

首先經抽真空機構將低溫真空冷艙內的真空度抽至10^-3Pa，然后開啟液氮制冷機構，將低溫真空冷艙內的溫度降至100K；

S2、輻射體溫度設定

打開液氮制冷循環系統和溫度控制系統，將液氮制冷輻射體的溫度控制在80K，同時將設定發射率控溫輻射體的溫度控制在100K，在此過程中因低溫控制反射式斬波器緊貼液氮制冷輻射體，故依靠液氮制冷輻射體將其溫度控制在液氮溫度；

S3、對裝置進行標定

S31、開啟電機驅動器和電機控制器，將低溫控制反射式斬波器轉出探測視場，同時開啟高分辨率信號采集器對此時的背景信號進行采集，聚焦至冷光闌，而后經紅外探測器將采集的信號傳遞至信號處理機構的混沌系統；

S32、獲得僅有預處理后背景信號輸入情況下混沌系統的狀態變化閾值，并記為A₀；

S33、經平移臺將設定發射率控溫輻射體輻射移入低溫控制反射式斬波器的視場；

S34、開啟設定發射率控溫輻射體，并經溫度控制機構設置設定發射率控溫輻射體溫度為溫度T，此時控制低溫電機以固定轉速運動，通過高分辨率信號采集器對設定發射率控溫輻射體輻射并經過低溫控制反射式斬波器斬波調制的信號進行采集，然后經信號預處理系統和傳遞至混沌檢測系統；

S35、混沌系統獲得調制信號和背景信號同時輸入情況下混沌系統的狀態變化閾值，并記為A(T)；

S36、對兩次探測采集的輻射來源進行分析可得

A_d＝A(T)---A₀＝C·(P_s+P_m---P_b)

其中，A_d為調制信號和背景信號同時輸入情況下的信號幅值，P_s為設定發射率控溫輻射體的輻射功率，P_m為低溫控制反射式斬波器的輻射功率，P_b為液氮制冷輻射體的輻射功率，C為響應常數，由于低溫控制反射式斬波器和液氮制冷輻射體的溫度始終穩定控制在一固定值，因此為常數，由此當設定發射率控溫輻射體的溫度改變時，將得到A_d與設定發射率控溫輻射體的輻射功率之間的關系曲線；

S37、將設定發射率控溫輻射體輻射移出低溫控制反射式斬波器的視場；

S4、對被測目標進行測量

S41、將被測紅外輻射體移入低溫控制反射式斬波器的視場；

S42、控制低溫電機以固定轉速運轉，同時開啟高分辨率信號采集器對被測紅外輻射體的輻射進行采集，聚焦至冷光闌，而后經紅外探測器將采集的信號傳遞至信號處理機構的混沌系統；

S43、獲得被測調制信號和背景信號同時輸入情況下混沌系統的狀態變化閾值，并記為A₂；

S44、計算

A′_d＝A₂---A₀＝C·(P_w+P_m---P_b)

其中，A_d′為被測調制信號和背景信號同時輸入情況下的信號幅值；

S5、根據步驟S3獲得的A_d與P_s之間的關系曲線的對應關系，結合A_dˊ值，即可得到被測微弱紅外輻射體的輻射功率。