[发明专利]适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置及方法

权利要求书

1.一种适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置，包括低温真空冷舱以及分别与所述低温真空冷舱连接的抽真空机构和液氮制冷机构，其特征在于：所述低温真空冷舱内部布置有光学探测设备，所述光学探测设备包括低温控制反射式斩波器、低温电机、液氮制冷辐射体、设定发射率控温辐射体、被测红外辐射体、红外镜头、冷光阑和红外探测器；

所述低温真空冷舱外部布置有控制设备，所述控制设备包括信号处理机构、驱动控制机构和温度控制机构；

对应所述低温控制反射式斩波器的反射板的正面分别布置有所述设定发射率控温辐射体和所述被测红外辐射体，所述设定发射率控温辐射体和所述被测红外辐射体分别固定于平移台的两端，所述低温控制反射式斩波器的反射板的反面与所述液氮制冷辐射体紧贴；

所述低温控制反射式斩波器、所述红外镜头、所述冷光阑与所述红外探测器经光路依次连通，所述红外探测器的信号输出端与所述信号处理机构相连，所述低温控制反射式斩波器还经所述低温电机与所述驱动控制机构连接，所述低温控制反射式斩波器、所述低温电机、所述液氮制冷辐射体、所述设定发射率控温辐射体和所述红外探测器均与所述温度控制机构相连；

所述低温电机还与所述驱动控制机构相连，所述驱动控制机构包括电机驱动器和电机控制器；

适应低温真空冷舱环境的微弱红外辐射度测量装置的方法，包括以下步骤：

S1、对低温真空冷舱抽真空

首先经抽真空机构将低温真空冷舱内的真空度抽至10^-3Pa，然后开启液氮制冷机构，将低温真空冷舱内的温度降至100K；

S2、辐射体温度设定

打开液氮制冷循环系统和温度控制系统，将液氮制冷辐射体的温度控制在80K，同时将设定发射率控温辐射体的温度控制在100K，在此过程中因低温控制反射式斩波器紧贴液氮制冷辐射体，故依靠液氮制冷辐射体将其温度控制在液氮温度；

S3、对装置进行标定

S31、开启电机驱动器和电机控制器，将低温控制反射式斩波器转出探测视场，同时开启高分辨率信号采集器对此时的背景信号进行采集，聚焦至冷光阑，而后经红外探测器将采集的信号传递至信号处理机构的混沌系统；

S32、获得仅有预处理后背景信号输入情况下混沌系统的状态变化阈值，并记为A₀；

S33、经平移台将设定发射率控温辐射体辐射移入低温控制反射式斩波器的视场；

S34、开启设定发射率控温辐射体，并经温度控制机构设置设定发射率控温辐射体温度为温度T，此时控制低温电机以固定转速运动，通过高分辨率信号采集器对设定发射率控温辐射体辐射并经过低温控制反射式斩波器斩波调制的信号进行采集，然后经信号预处理系统和传递至混沌检测系统；

S35、混沌系统获得调制信号和背景信号同时输入情况下混沌系统的状态变化阈值，并记为A(T)；

S36、对两次探测采集的辐射来源进行分析可得

A_d＝A(T)---A₀＝C·(P_s+P_m---P_b)

其中，A_d为调制信号和背景信号同时输入情况下的信号幅值，P_s为设定发射率控温辐射体的辐射功率，P_m为低温控制反射式斩波器的辐射功率，P_b为液氮制冷辐射体的辐射功率，C为响应常数，由于低温控制反射式斩波器和液氮制冷辐射体的温度始终稳定控制在一固定值，因此为常数，由此当设定发射率控温辐射体的温度改变时，将得到A_d与设定发射率控温辐射体的辐射功率之间的关系曲线；

S37、将设定发射率控温辐射体辐射移出低温控制反射式斩波器的视场；

S4、对被测目标进行测量

S41、将被测红外辐射体移入低温控制反射式斩波器的视场；

S42、控制低温电机以固定转速运转，同时开启高分辨率信号采集器对被测红外辐射体的辐射进行采集，聚焦至冷光阑，而后经红外探测器将采集的信号传递至信号处理机构的混沌系统；

S43、获得被测调制信号和背景信号同时输入情况下混沌系统的状态变化阈值，并记为A₂；

S44、计算

A′_d＝A₂---A₀＝C·(P_w+P_m---P_b)

其中，A_d′为被测调制信号和背景信号同时输入情况下的信号幅值；

S5、根据步骤S3获得的A_d与P_s之间的关系曲线的对应关系，结合A_dˊ值，即可得到被测微弱红外辐射体的辐射功率。