光學鏡面用的紅外測溫裝置的制作方法

本實用新型涉及紅外測溫技術領域，尤其是涉及一種光學鏡面用的紅外測溫裝置。

背景技術：

望遠鏡光學元件中微小的溫度起伏都會影響望遠鏡的成像質量，需要保持鏡體溫度分布均勻且鏡面溫度與氣溫相差不大。準確獲取鏡面溫度是望遠鏡主鏡、副鏡控溫系統形成閉環控制的關鍵。目前鏡面測溫法有直接接觸測溫和間接測溫兩種，都有一定的局限性：鏡面膜層和面形精度要求導致無法布置大量直接接觸測溫探頭。間接測溫的局限性是望遠鏡鏡體周邊復雜多變的熱環境邊界，導致難以通過鏡體背部測溫值，準確計算出鏡面溫度。

紅外測溫不影響望遠鏡光學鏡面的金屬膜層和面形精度，紅外測溫技術目前可對朗伯體表面進行精準測溫，對望遠鏡光學鏡面等高反射率表面的紅外測溫被認為是不準確的。傳統紅外測溫技術無法實現常溫鏡面測溫的原因主要體現在以下三個方面：

1）望遠鏡鏡面自身熱輻射遠小于其反射的周邊環境輻射。鏡面紅外波段的熱發射率極低、反射率超高，傳統紅外測溫設備進行鏡面測溫時，設備接受的紅外輻射主要是反射的環境輻射而非鏡面自身熱輻射。

2）光學鏡面熱發射率低，常溫鏡面的自身熱輻射弱，部分超高反射鏡面的自身熱輻射小于傳統紅外測溫設備標定的輻射測量下限。

3）傳統紅外測溫設備，只能收集與鏡面法線成小夾角的鏡面自身熱輻射，多數鏡面的與法線呈小夾角的定向熱發射率較小，小于其大夾角定向熱發射率。紅外測溫儀收集的鏡面熱輻射只占鏡面總熱輻射的一小部分。

為了實現望遠鏡光學鏡面、金屬表面等的紅外測溫，諸多科學技術人員做了各種研究，概括如下：

（1）科研人員包括Chayan Mitra，Norman Turnquist、Ayan Banerjee等人深入研究了測物體表面反射率獲取溫度的方法。反射率測量采用了直接測量入射/反射輻射強度、調制解調測和測量偏振分量計算反射率等方法。反射率測溫法目前可用于高溫金屬表面測溫，常溫金屬表面測量效果較差，不適合常溫光學鏡面測溫。

（2）美國阿貢國家實驗室材料科學部的W. A. Ellingson和弗羅里達大學的C. K. Hsieh提出了多波段紅外成像測溫的設計，多波段紅外測溫裝置可應用于高溫金屬表面測溫，但不適合具有超高反射率的常溫鏡面測溫。

（3）德國國家計量院（PTB）的C.Monte、B.Gutschwager、J.Hollandt與全俄光學物理研究院（VNIIOFI）的S.P.Morozova聯合設計了一種具備高精度紅外測溫和發射率測量的設備，代表著目前紅外測溫的前沿水平。為了消除周邊環境的反射輻射干擾，設備關鍵部分和光路都進行了液氮冷卻，光路和腔室處于真空環境。該設備可以對放置于其測量腔室內的光學鏡面進行測溫，不能測量運行狀態下的鏡面溫度。

（4）中國計量科學研究院研制的真空紅外溫度標準設備（VRTSF），于2015年研制成功。設備內部采用液氮制冷和真空設計，內置有傅里葉紅光光譜儀（BrukerVERTEX80V）。VRTSF代表著國內紅外輻射測量的前沿水平，但只能測量放置于其測量腔內的鏡面溫度，不滿足運行狀態下的鏡面測溫要求。

技術實現要素：

本實用新型克服了現有技術中的缺點，提供了一種輻射收集能力強，可以精準測量光學鏡面溫度的紅外測溫裝置。

為了解決上述技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的：

一種光學鏡面用的紅外測溫裝置，包括探測模塊、拋物面鏡罩以及兩個熱敏紅外探測器；所述拋物面鏡罩的外壁頂點處設置與探測模塊連接的連接部；兩所述熱敏紅外探測器分別粘接于兩連接環內；兩連接環朝向熱敏紅外探測器引腳端的端面相互粘接構成一體，且該端面上均布設置有三個凹槽，構成引腳輸出線通道；兩所述熱敏紅外探測器的三根引腳輸出線分別從三個引腳輸出線通道穿出，并穿出拋物面鏡罩后與探測模塊電連接；三根引腳輸出線位于拋物面鏡罩內的長度相等，使兩熱敏紅外探測器位于拋物面鏡罩的焦點處；所述引腳輸出線上套裝有導管，且導管外壁上鍍有金膜層；所述導管的兩端分別與引腳輸出線通道及拋物面鏡罩固定連接；所述連接環的外緣面上鍍有金膜層；所述熱敏紅外探測器的感光面設置有半球形透鏡。

所述探測模塊為熱敏型紅外探測器的探測模塊。

所述拋物面鏡罩材質為具有高導熱系數的金屬材質，拋物面鏡罩的內表面鍍有金膜。

所述拋物面鏡罩的外側表面設有基于半導體控溫技術的控溫層。

所述連接部與探測模塊卡接或者螺接。

與現有技術相比，本實用新型具有如下優點：

（1）本實用新型可提高紅外測溫時的鏡面輻射收集能力。除了收集直接射向紅外探測器的鏡面輻射，通過拋物面鏡罩內表面反射，配合兩個相背設置的熱敏紅外探測器及設置于熱敏紅外探測器接收端的透鏡，增加鏡面輻射的接受范圍，提高其測溫的精度。

（2）本實用新型消除了鏡面周邊環境在鏡面的反射輻射干擾。采用拋物面鏡罩貼近鏡面的測溫設計，可有效屏蔽環境熱輻射，保證紅外探測器收集的輻射不受環境輻射干擾。測溫時，裝置的鏡罩貼近被測鏡面，在保證無觸碰鏡面風險的前提下，二者之間的距離應盡可能小，例如小于鏡罩開口面直徑的1/50。絕大部分環境熱輻射被屏蔽在鏡罩之外，極小部分環境輻射通鏡罩與鏡面之間的縫隙進入鏡罩，經多次反射后被鏡罩內表面吸收。

（3）本實用新型具有抑制裝置自身熱輻射雜散光干擾的能力。測溫光路內的熱輻射雜散光主要來源于拋物面鏡罩內壁、探測器非感光面和探測器引線。為減弱熱輻射雜散光，探測器的非感光表面、探測器引線和拋物面鏡罩內壁表面鍍有金膜。為了進一步抑制金膜自身熱輻射對測溫的干擾，采用半導體控溫技術對鏡罩外表面進行控溫。鏡罩被控溫后，內表面膜層的溫度和控溫值基本相等且穩定不變。鏡罩內表面膜層的熱輻射強度和空間分布基本穩定。探測器收集的鏡面內表面熱輻射雜散光基本穩定不變，為一個常數，收集的望遠鏡光學鏡面的輻射則隨鏡面溫度而變。一個常數、一個變數，可以進一步提高本實用新型測溫裝置抑制熱輻射雜散光干擾的能力。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本實用新型的結構示意圖。

圖2為連接環的結構示意圖。

圖3為拋物面鏡罩鍍金膜和控溫層的示意圖。

圖4為熱敏紅外探測器與半球形透鏡的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

圖1-4所示光學鏡面用的紅外測溫裝置，包括探測模塊1、拋物面鏡罩2以及兩個熱敏紅外探測器3；所述拋物面鏡罩2的外壁頂點處設置與探測模塊1連接的連接部4；兩所述熱敏紅外探測器3為圓錐臺型，感光面為較小的端面，分別粘接于兩連接環5內；兩連接環5朝向熱敏紅外探測器3引腳端的端面相互粘接構成一體，且該端面上均布設置有三個凹槽10，構成引腳輸出線通道；兩所述熱敏紅外探測器3的三根引腳輸出線（圖中未示出）分別從三個引腳輸出線通道穿出，并穿出拋物面鏡罩2后與探測模塊1電連接；三根引腳輸出線位于拋物面鏡罩2內的長度相等，使兩熱敏紅外探測器3位于拋物面鏡罩2的焦點處；所述引腳輸出線上套裝有導管6，且導管6外壁上鍍有金膜層（圖中未示出）；所述導管6的兩端分別與引腳輸出線通道及拋物面鏡罩2固定連接；所述連接環5的外緣面上鍍有金膜層（圖中未示出）；所述熱敏紅外探測器3的感光面設置有半球形透鏡9。所述半球型透鏡的工作波段覆蓋熱敏性紅外探測器的工作波段。

所述探測模塊1為熱敏型紅外探測器的探測模塊。所述紅外測溫儀為紅外點測溫儀，是一種廣泛使用的非接觸測溫產品，所述探測模塊1是指紅外點測溫儀中扣除光學成像鏡頭和熱敏紅外探測器的剩余組件。拋物面鏡罩和探測模塊通過連接部相連接，拋物面鏡罩為探測模塊的聚輻射鏡頭。

所述拋物面鏡罩2材質為具有高導熱系數的金屬材質，拋物面鏡罩2的內表面鍍有金膜7。

所述拋物面鏡罩2的外側表面設有基于半導體控溫技術的控溫層8，根據拋物面鏡罩2外形尺寸定制半導體控溫層。

所述連接部4與探測模塊1卡接或者螺接。

本實用新型可提高紅外測溫時的鏡面輻射收集能力。除了收集直接射向紅外探測器的鏡面輻射，通過拋物面鏡罩內表面反射，配合兩個相背設置的熱敏紅外探測器及設置于熱敏紅外探測器接收端的半球形透鏡，增加輻射的接受范圍，提高其測溫的精度。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。