红外探测器集成光学系统低温评价方法研究

红外探测器集成光学技术是将部分成像光学系统集成在杜瓦结构内部,以保证F数较小、探测目标信号能量大的同时,消除光学系统体积庞大和复杂带来的不便因素。本文研究的红外探测器集成光学低温评价技术是在不反复拆除杜瓦的前提下,直接评估集成光学系统低温MTF,缩短测试周期。进行集成光学透镜组精密装配,在此基础上开发独立的集成光学系统低温MTF评价装置,并搭建MTF测试光路,获得集成光学透镜组温度分布梯度,为集成光学透镜组的装配精度和光学性能提供可靠数据。     

空间红外大口径折射式低温镜头设计与验证

针对目标探测类空间红外相机大范围成像、高灵敏度探测、高精度定位等应用需求,文中提出采用像方远心光路和低温光学技术结合的解决方案,设计了物方视场角8°×8°、入瞳口径265 mm、工作温度200 K的像方远心折射式光学系统。镜头最大口径280 mm,采用多级分散的弹性支撑设计,解决大口径低温透镜装框、透镜组件支撑和镜头整体安装各环节的热应力卸载问题。在保证高刚度和低漏热的情况下,使低温下透镜的热应力对镜头能量集中度的影响降低到可接受范围内。镜头完成装调及室温下像质确认后,进行了力学振动试验,并将其制冷到200 K水平测试像质,测试结果表明,镜头能量集中度达到轴上75%,边缘视场72%。     

激光告警用红外鱼眼镜头的光学系统设计

介绍了获取超大空域物体热像信息的红外鱼眼镜头的光学系统设计,设计采用非制冷长波焦平面阵列探测器,视场为170°,像质得到了很好的矫正。     

中波红外无热化镜头的设计与制造

无热化技术是保证工作在非设计温度下光学仪器性能的关键所在。与主动无热化技术和光学被动无热化技术相比,机械被动无热化技术在红外光学系统消热设计中具有一定的优势。在光学、机械仿真的基础上,镜头采用高膨胀系数的塑形材料以及合理的结构设计实现了无热化设计与制造。测试与试验表明,该镜头在-40 ℃~+60 ℃工作温度范围内具有良好的成像质量。     

低温红外镜头柔性支撑结构的设计与分析

为了避免在低温环境(≤-40℃)下对红外镜头的成像的质量造成影响,设计一款径向的柔性支撑结构。基于ANSYS对整机结构进行热-结构耦合分析,得到整机结构的云图,通过matlab编程,利用zernike多项式拟合镜面面型,验证添加柔性支撑结构后的透镜性能。随后对柔性支撑结构的尺寸作进一步优化。从结果来看:以第一块透镜为例,当镜头处在-40℃温度时,安装柔性支撑结构后,透镜X、Y方向最大变形量降低了约28.6%和27.4%,等效应力降低了约22.6%,计算得到zernike多项式系数以及PV和RMS值的数据表明,透镜在安装柔性支撑结构后畸变程度有明显降低。最后对上述提出的柔性支撑结构进行尺寸优化后,优化后,X、Y径向变形量降低约10%和13%,等效应力降低约18%,满足设计红外镜头的设计要求。     

RTV566硅橡胶在航天红外低温镜头中的应用研究

为了验证RTV566硅橡胶用于航天红外低温镜头的可行性,测试了它的低温力学性能,并开展了基于该胶的试验透镜低温面形测试研究.首先,设计和制作了RTV566硅橡胶拉伸试验件,并通过静力拉伸试验获得了该胶与锗、钛合金的粘接强度及其弹性模量.然后设计并投产了低温透镜试验件.利用RTV566硅橡胶将透镜粘接到镜框内,并在镜框粘...     

折叠型超薄光学镜头设计

文章设计了一个环形孔径折叠型超薄相机的光学镜头.相机镜头的焦距为20 mm,视场为16°,等效入瞳直径为15 mm.设计的相机镜头具有较好的成像质量,其全视场调制传递函数(MTF)在奈奎斯特空间频率处达到0.4以上.整个相机仅采用了一个光学元件,光学结构占用的空间极小,总长为8.15 mm,仅为同性能的传统镜头的三分之...     

用于大相对孔径红外镜头的衍射光学元件

将衍射光学元件应用于非制冷热像仪的大相对孔径红外镜头与传统设计相比,衍射光 学元件的引入,增强了此类镜头的色差校正能力,提高了镜头的成像质量,提高了镜头的透过率,减少了光学零件的数量,减轻了系统重量,为提高非制冷热像仪的性能奠定了坚实基础。本文在色差、成像质量、系统透过率与MRTD 方面比较了不同结构镜头的性能。     

拖曳式红外诱饵干扰仿真与使用方法

由于拖曳式红外诱饵的运动和辐射特性与载机密切相关,如何建立拖曳式红外诱饵的干扰仿真模型,以及如何有效使用拖曳式红外诱饵成为飞机红外对抗中的难题。采用拖曳线的等距约束模型,建立了拖曳式诱饵的运动模型。根据拖曳式红外诱饵的干扰机理,建立了其红外辐射模型。将拖曳式诱饵模型加入到飞行器红外对抗仿真平台之中,反映了由攻击机、导弹、拖曳式红外诱饵和目标机组成的复杂系统空中运动的物理特性和随机特性。密切结合诱饵性能和所干扰导弹的性能,经理论分析和仿真验证,得到了拖曳式红外诱饵技术与战术相融合的最佳使用方法。     

长波红外连续变焦光学系统的设计

红外探测具有环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强、能在一定程度上识别伪装目标的优点,在军事上被广泛应用于红外导航、红外侦察以及红外制导等方面。近年来,随着红外光学技术的长足发展,对红外连续变焦光学系统的需求日益增强。针对320×256凝视型焦平面阵列探测器,设计了长波红外连续变焦光学系统。其工作波长范围为8～12μm,F数为2.5,变倍比为10:1。并用光学设计软件CODE V进行了仿真计算和像质评价,系统在空间频率16 lp/mm处,全焦距范围内调制传递函数在0.35以上,接近衍射极限。设计结果表明,长波连续变焦红外光学系统具有变倍比大、分辨率高、体积小、像质好等特点,可应用于众多光电探测领域。     

可变温红外探测器中测杜瓦设计

介绍了一种中测变温杜瓦装置(简称变温杜瓦),可实现多个温度条件下(60～300 K)连续测试芯片性能.与传统的中测液氮杜瓦相比,变温杜瓦体积较小,可与制冷机耦合,从而实现多个温度可调.另外,将变温杜瓦的框架部件设计为可拆卸结构,既可以兼容多种规格的芯片,又提高了芯片性能的封装效率.通过试验测试,变温杜瓦组件芯片衬底区域...     

非制冷红外热像仪稳定性验证方法研究

非制冷红外热像仪随着环境温度、电源波动以及吸收红外辐射的增加,将会产生严重的温度漂移现象,这将影响到红外探测器的响应特性,从而导致输出信号受一定的影响。本文针对应用在测温检测方面的非制冷红外热像仪开展研究,提出了一种红外热像仪稳定性验证试验方法,并通过此方法对国内外多款非制冷红外热像仪进行了稳定性测试,绘制其输出信号随时间变化的曲线。根据稳定性情况确定针对热像仪温度漂移的温度补偿算法,提升应用产品的测温精度。     

红外高光谱成像系统光学设计及检测

为了建立一套星载红外精细分光光谱成像系统的地面实验装置,设计了一套红外高光谱推扫式成像光学系统.该系统由望远物镜和分光计两部分组成,选用锗和硒化锌两种红外材料,采用平面闪耀光栅分光,光机系统后接制冷型红外面阵探测器.其光谱覆盖7.7～9.3μm(根据红外焦平面阵列FPA的光谱响应范围而定),视场角达12°,光谱分辨率为54 nm,空阃分辨为0.75 mrad,光机模块尺寸为100min×300mm×100mm.整机的测试结果表明:光学系统成像质量完好,光谱分辨率SRF达到了预先设计的要求值,噪声等效温差NEDT接近300mK.该系统的设计及整机测试为红外高光谱成像系统的进一步实用化提供了技术基础.     

红外通道式野外辐射计的光机设计及性能测试

为满足遥感器在轨辐射定标的需求,研制了用于现场测量的红外通道式野外辐射计（Infrared channel field radiometer, ICFR）,阐述了ICFR的整机工作原理、光学系统设计和机械结构设计,开展了ICFR实验室辐射定标和定标不确定度分析,结果表明ICFR各通道接收辐亮度与响应DN值具有较高的线性关系,辐射定标不确定度优于0.16 K。开展了ICFR抗热冲击性和工作环境温度适应性测试,结果表明ICFR具有较强的抗热冲击能力,能够适用于?20~50 ℃的工作环境。为检验验证ICFR测量数据的准确性和仪器的可靠性,在国家高分辨率遥感综合定标场开展了ICFR和CE312的外场比对实验,结果表明两台设备测量的地表亮温具有相同的变化趋势,二者对应通道测得的平均亮温偏差小于0.1 K,标准偏差小于0.3 K,验证了ICFR具有与CE312相近的测量精度和稳定性,在遥感器热红外波段场地定标方面具有重要应用前景。     

某型军用测试设备可测试性设计验证

在某型军用测试设备设计的初期就考虑可测试性要求,通过优化系统结构并以方便测试为目的进行系统设计,通过故障树的方法从系统层面对测试设备的可测试性进行分析并验证,可为其它测试设备的研制提供参考.     

透射式低温光学红外相机全光路冷链热设计

某透射式低温光学红外相机工作于倾斜地球同步轨道,所处空间热环境复杂多变,整个光学路径部组件属于低温光学系统,对温度梯度及温度稳定性要求较高,这对热控系统设计带来挑战。结合相机在轨成像温度需求及空间外热流特点,详细分析了相机热控设计的重点和难点,通过低温热管热量传输和辐射制冷的方式实现了低温光学系统的降温,通过高效热防护、热隔离及间接辐射控温技术实现了低温光学系统的高精度控温。热平衡试验温度数据表明:成像模式下,各光学部组件温度均满足指标要求,光学透镜温度均匀性和稳定性较高,光学透镜间最大温差小于1 K,最大温度波动小于±0.3 K,实现复杂内外热环境下光学透镜高精度控温;加热去污模式下,利用低温热管“热开关”的特点在常温下热阻增加,通过较小热控功耗实现光学透镜加热去污的需求。     

大面源红外定标器热适配结构优化设计与验证

针对红外定标器在定标试验过程中因异质材料线膨胀系数不匹配导致结构热失配,造成低温状态下螺栓松动、降温速率慢、温度均匀性差,高温状态下玻璃钢隔热垫压溃等问题,开展大面源、宽温区、多材料体系红外定标器热适配结构优化设计与验证。从法向预紧力调控和面内翘曲变形控制两方面,筛选关键材料,调整装配参数,优化结构参数。采用仿真与试验相结合的手段,探究高低温状态下异质多层结构螺栓预紧力变化规律,验证红外定标器结构安全性和稳定性。最后通过升降温试验验证红外定标器关键技术指标。研究结果表明,选用聚四氟乙烯作为隔热材料,配合不锈钢螺栓,施加初始拧紧力矩介于10～18 N·m之间,调整安装孔孔径为25 mm以上,可有效控制预紧力变化,减小面内翘曲变形。全系统仿真结果表明在高低温状态下,连接安全有效的螺栓比例均达到了90%以上。热适配结构设计与优化可显著提高红外定标器降温速率,改善辐射面低温状态温度均匀性,结构安全性与稳定性满足设计要求。热适配结构优化设计方法可作为同类产品的参考。     

航空相机光学镜头被动消热一体化设计与验证分析

航空相机的使用环境温度变化范围较大,温度的变化会在相机光学镜头中产生温度梯度,影响相机成像质量。为保证相机光学系统的成像质量,需要对镜头在一定温度范围内进行消热设计。运用ZEMAX光学设计软件对某航空相机光学系统进行了热分析,并根据分析结果运用ANSYS软件实现了多片式、大视场角光学镜头被动式消热光机一体化设计,通过镜头内部补偿环节沿轴向的微位移改变镜间距,实现对光学系统不同温度下像质的补偿。同时,研制消热补偿试验件,采用一种高精度光学非接触式在线直接检测微位移的方法,精度达到±1 μm,完成了消热补偿试验件微位移测试。结果表明:不同温度下的微位移量与分析数据一致,最后通过对采用该消热一体化设计的实际航空镜头在不同温度下的像质检测,验证了该设计的有效性,镜头在各温况下性能良好。