低溫紅外目標(biāo)源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、低溫紅外目標(biāo)源系統(tǒng)是對紅外探測器的線性響應(yīng)度和非均勻性進(jìn)行標(biāo)定和校正的關(guān)鍵設(shè)備。應(yīng)用于空間探測紅外光學(xué)系統(tǒng)中的紅外探測器在發(fā)射和工作過程中需要經(jīng)歷嚴(yán)酷的空間環(huán)境，因而需要其具有更高的分辨能力、線性度、靈敏度、響應(yīng)度、均勻性和更寬的動(dòng)態(tài)范圍。目前，國內(nèi)對低溫紅外探測器的研制和開發(fā)水平與國外有很大差距，國外的技術(shù)限制使得空間探測和軍事武器的研制遇到了技術(shù)瓶頸，因而對于低溫紅外目標(biāo)源的研制顯得尤為迫切。作為低溫紅外探測器標(biāo)定和校正實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵設(shè)

2、備，低溫紅外目標(biāo)源需要具有較寬的溫度變化范圍，在較大的面源區(qū)域里具有更穩(wěn)定和均勻的溫度場，較高的控溫精度及較快的變溫速率等優(yōu)異的性能。
　　本文根據(jù)有關(guān)紅外光學(xué)、傳熱學(xué)、低溫及真空技術(shù)原理對低溫紅外目標(biāo)源系統(tǒng)的溫度均勻性、穩(wěn)定性、發(fā)射率、控溫速率、控溫精度等性能進(jìn)行分析。主要對低溫目標(biāo)源的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)、測溫控溫系統(tǒng)、雜散光影響等進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析和較為系統(tǒng)的研究。
　　本文首先通過對透射式結(jié)構(gòu)和反射式結(jié)構(gòu)比較和分析，確定了低溫黑體輻

3、射源系統(tǒng)—控溫系統(tǒng)—真空系統(tǒng)組合的透射式整體結(jié)構(gòu)方案。在此基礎(chǔ)上，對于該設(shè)備的關(guān)鍵系統(tǒng)——低溫黑體輻射源系統(tǒng)，本論文設(shè)計(jì)了四種制冷結(jié)構(gòu)，并在制冷條件下對這四種結(jié)構(gòu)的黑體溫度場的均勻性以及制冷效率進(jìn)行了分析和對比。最后對制冷效果最好的腔內(nèi)凹槽式結(jié)構(gòu)的升溫功率和溫度場分布進(jìn)行了計(jì)算和分析。結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到指標(biāo)要求。
　　本文分析了數(shù)字PID控溫技術(shù)，并分別從硬件和軟件兩個(gè)方面對所設(shè)計(jì)的低溫紅外目標(biāo)源的控溫系統(tǒng)

4、進(jìn)行了設(shè)計(jì)。首先，對基于PLC控溫系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，分析了本控溫系統(tǒng)控溫原理；其次，基于上述設(shè)計(jì)和分析對控溫電路的器件進(jìn)行了選擇和端口分配；最后，本文給出了控溫系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了控溫系統(tǒng)的主程序流程圖和子程序流程圖。
　　本文闡述了雜散光的分析方法，并對低溫目標(biāo)源的雜散光影響進(jìn)行了研究。應(yīng)用光線追跡法，對紅外探測器接收到的實(shí)際輻射和理想輻射進(jìn)行了計(jì)算和對比，并最終以輻射校正表的形式對部分溫度點(diǎn)的輻射溫度進(jìn)行了校正