一种红外辐射遮挡装置、红外探测器标定方法及自检方法与流程

1.本发明涉及红外测试领域，具体涉及一种红外辐射遮挡装置、红外探测器标定方法及自检方法。


背景技术：

2.利用红外探测器对材料的红外发射率进行测量时，红外探测器在使用时自身产生的热辐射会以红外线的形式辐照到红外探测器的探测敏感元件上，进而对红外探测器的输出响应产生不良影响，严重时会导致所输出的电压数据产生漂移，使得红外探测器的探测精度降低而且难以使用。因此，如何在红外探测器固有的使用环境下最大程度地发挥红外探测器自身的性能优势，提升其输出电压的稳定性和准确性，需要对红外探测器本身进行标定。
3.现有的标定方法一般采用改变黑体温度的方式来对探测器进行标定，同时因为黑体的发射率只是接近于1，导致现有的标定方式在使用时带来的非线性影响比较凸出，使得标定不准确、不稳定。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种红外辐射遮挡装置、红外探测器标定方法及自检方法，用以解决现有标定方法不稳定、标定精度低的问题。
5.一方面，本发明提供了一种红外辐射遮挡装置，包括支架、多个遮挡件和多组遮挡件角度调节组件；所述遮挡件角度调节组件用于线性调节遮挡件的旋转角度。
6.进一步地，所述遮挡件角度调节组件包括驱动电机、轴承、联轴器和连接件；驱动电机通过联轴器与轴承连接，连接件固定连接在轴承的轴心位置。
7.进一步地，所述连接件为柱状，连接件沿轴向设置有安装槽，遮挡件插入安装槽中与连接件。
8.进一步地，支架为圆环安装架，圆环安装架内设置有多个轴承安装孔。
9.进一步地，两个相邻轴承安装孔之间呈90度角周向设置于圆环安装架内。
10.进一步地，连接件位于圆环安装架的内侧壁以内，轴承位于轴承安装孔内，驱动电机和联轴器位于圆环安装架的外侧壁以外。
11.进一步地，圆环安装架的外侧壁上对应于轴承安装孔的位置还设置有保护壳。
12.进一步地，联轴器设置于保护壳内。
13.另一方面，本发明还提供了一种基于前述遮挡装置的红外探测器的标定方法，所述方法包括如下步骤：
14.将遮挡装置的支架轴心正对黑体出光孔，并将红外探测器窗口正对遮挡装置的支架轴心；使得多个遮挡件所在平面与红外辐射出射方向平行；
15.设定黑体标定温度，等待黑体辐射稳定后，获取初始红外辐射量l0和红外探测器初始输出响应值v0；根据初始红外辐射量l0与红外探测器初始输出响应值v0计算初始标定
系数r0；
16.启动步进电机，使得多个遮挡件以相同的速度逐渐旋转，形成不同的扇形遮挡面积，红外辐射从没有被遮挡件遮挡的扇形穿透面射出，则红外探测器接收到不同红外辐射量li的照射，获取不同红外辐射量li照射时红外探测器输出响应vi；
17.根据上述各个不同红外辐射量li、以及各个不同红外辐射量li对应的红外探测器输出响应值vi计算不同红外辐射量li对应的标定系数ri；
18.将所述标定系数r0、ri与红外探测器输出响应值v0、vi进行插值拟合获取红外探测器输出响应值v与标定系数r之间的关系式。
19.同时，本发明还提供了一种基于前述遮挡装置的自检方法，所述方法包括如下步骤：
20.将遮挡装置的支架轴心正对黑体出光孔，并将红外探测器窗口正对遮挡装置的支架轴心；使多个扇形遮挡件所在平面与红外辐射出射方向垂直；
21.设定黑体的标定温度，等待黑体辐射稳定后，开启多组遮挡件角度调节组件中的第1组，使得对应的遮挡件转动θ1；获取红外探测器的输出响应值v1；
22.将第1组遮挡件角度调节组件中的遮挡件归位到所在平面与红外辐射出射方向垂直；开启多组遮挡件角度调节组件中的第2组，使得对应的遮挡件转动θ2；获取红外探测器的输出响应值v2；
23.重复上述步骤，获取其他的不同组遮挡件角度调节组件对应区域的遮挡件转动θn以后，红外探测器的输出响应值vn；其中，θ1＝θ2＝θn；
24.将得到的多个区域输出响应值v1、v2、vn进行比较，若得到的值相等或相近，则红外辐射遮挡装置没有故障，若得到的值差值较大，则红外辐射遮挡装置出现故障，需要校准。
25.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
26.1.相较于传统的通过改变黑体的温度从而改变黑体的出射能量来对红外探测器进行标定的方法，本发明的红外辐射遮挡装置无需改变黑体的温度就可改变黑体的出射能量，进而实现对红外探测器的线性标定，是一种简单易行的方法。
27.2.本发明的红外辐射遮挡装置不用改变初始标定的黑体的温度，这样就使得黑体的出射能量保持恒定，这样的好处就是可以避免黑体不断变化的出射能量对黑体自身发射率的影响，从而可以避免在用黑体辐射能量和黑体发射率计算探测器的标定系数时二者无规律的变化对探测器标定系数的影响，得到稳定的探测器标定系数。
28.3.本发明标定方法不用改变初始标定的黑体的温度，这就避免了传统标定方法在改变了黑体温度后长时间的等待，由于黑体的稳定时间很长，这就会造成标定周期太长，花费大量时间，本发明在设定标定初始值后就不再改变黑体温度，无需等待后续的黑体稳定，大大地缩短了探测器的标定周期，节省了时间。
29.4.本发明的红外辐射遮挡装置进行标定时，多个遮挡件同时改变旋转角度，同时参与遮挡面积的调整，能够提高标定效率；另外，由于遮挡面积为扇形调整区域，红外辐射的调整也是扇形调整，能够减小辐射能量变化的非线性，使得红外辐射的调整趋于线性化调整，提高了标定的准确性。
30.5.本发明的红外辐射遮挡装置的多个遮挡件可以分开控制驱动转动，能够实现红外辐射遮挡装置的自检过程，简化了结构设置的同时能够随时实现自检过程，方便操作。
31.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
32.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
33.图1为本发明红外辐射遮挡装置整体示意图；
34.图2为本发明遮挡件角度调节组件的示意图；
35.图3为本发明四个遮挡件在圆心端相抵接时的示意图；
36.图4为本发明红外探测器标定方法流程图。
37.附图标记：
38.1-支架；2-驱动电机；3-遮挡件；4-轴承；5-联轴器；6-连接件；7-扇形穿透面。
具体实施方式
39.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
40.实施例1：
41.本发明的一个具体实施例，公开了一种红外辐射遮挡装置，如图1-4所示，包括支架1、多个遮挡件3和多组遮挡件角度调节组件；所述遮挡件角度调节组件用于线性调节遮挡件3的旋转角度。优选地，遮挡件角度调节组件设置4组，遮挡件3设置4个。
42.与现有技术相比，本实施例提供的红外辐射遮挡装置通过线性调节遮挡件的旋转角度，能够线性地形成不同大小的遮挡面和穿透面，使得到达红外探测器探测敏感元件的光敏面接收的红外辐射能量线性可调，因此可以获取在线性变化的红外辐射能量下的标定系数，使得标定结果的更加稳定和精确。
43.可选地，所述遮挡件角度调节组件包括驱动电机2、轴承4、联轴器5和连接件6；驱动电机2通过联轴器5与轴承4连接，连接件6固定连接在轴承4的轴心位置；所述连接件6为柱状，连接件6沿轴向设置有安装槽，遮挡件3插入安装槽中与连接件6固定连接；轴承4、联轴器5和连接件6三者依次同轴设置；优选地，驱动电机2为步进电机。
44.可选地，支架1为圆环安装架，圆环安装架的圆环壁内设置有多个轴承安装孔，轴承安装孔用于安装轴承；优选地，轴承安装孔设置有4个，两个相邻轴承安装孔之间呈90度角周向设置于圆环安装架内，4组遮挡件角度调节组件分别通过轴承安装孔部分地从圆环安装架的外侧穿入圆环安装架的内侧，具体地，连接件6位于圆环安装架的内侧壁以内，轴承位于轴承安装孔内，驱动电机2和联轴器5位于圆环安装架的外侧壁以外。
45.进一步地，为了保护结构件，圆环安装架的外侧壁上对应于轴承安装孔的位置还设置有保护壳，联轴器5设置于保护壳内；驱动电机2位于保护壳外。
46.可选地，所述遮挡件3为扇形遮挡片，扇形遮挡片的扇形圆心角为90度，扇形遮挡片的半径与圆环安装架内侧圆的半径相同，即：当4个扇形遮挡片的扇形面均与圆环安装架
的轴线垂直时，4个扇形遮挡片组成的圆形将圆环安装架内侧圆布满；扇形遮挡片的弧长边的中间位置与连接件6固定连接；参见附图3，扇形遮挡片的圆心端设置有锥度，4个扇形遮挡片的圆心端通过锥度相互抵接，用于实现各个扇形遮挡片之间的接触和相对旋转。
47.进一步地，扇形遮挡片的圆心端设置有朝向连接件6方向设置的安装孔；还包括稳定支架(图中未示出)，稳定支架设置有多根对称设置的支杆，多根支杆位于同一水平面，多根支杆的一端以同一个圆心点向外呈散射状设置；使用时，扇形遮挡片通过安装孔穿设于对应的稳定支架的支杆上，多个扇形遮挡片旋转时，稳定支架能够起到辅助稳定作用；优选地，支杆数量为4根。
48.进一步地，为了便于安装，圆环安装架的设置有轴承安装孔区域的端面设置为可活动装卸块；可活动装卸块的内端面设置有凹槽，所述凹槽组成轴承安装孔的一部分，外端面能够与圆环安装架的端面锁合。使用时，先将扇形遮挡片、稳定支架与多组遮挡件角度调节组件安装好，然后打开可活动装卸块，将安装好的扇形遮挡片、稳定支架与多组遮挡件角度调节组件放入圆环安装架，关闭可活动装卸块并锁合好。
49.为保证遮挡效果，优选的，遮挡件3由对红外辐射反射率高的材料制成，反射率不低于0.9。
50.进一步地，为了增加遮挡件3旋转时的稳定性，在轴承安装孔对应的圆环安装架内侧壁设置有圆形滑槽，连接件6相对于圆环安装架内侧壁的一端设置有滑环，滑环与圆形滑槽滑动配合，能够在圆形滑槽中周向转动，提高了连接件6转动时的稳定性进而增加了遮挡件3旋转时的稳定性。
51.值得注意的是，当设置有可活动装卸块时，可活动装卸块的内侧壁上也设置有滑槽，所述滑槽为圆环安装架内侧壁的圆形滑槽的一部分。
52.本发明的红外辐射遮挡装置，通过4组遮挡件角度调节组件各自的驱动电机2带动各自的遮挡件3同步转动，能够形成不同大小的扇形遮挡面，通过控制4组遮挡件角度调节组件各自的驱动电机2的转速，能够使得到达红外探测器光敏面的红外辐射能量线性可调，因此可以获取在线性变化的红外辐射能量下的标定系数，使得标定系数的更加稳定和精确。另外，还可以通过4组遮挡件角度调节组件各自的驱动电机2带动各自的遮挡件3依次转动，实现红外辐射遮挡装置的自检过程，简化了结构设置的同时能够随时实现自检过程，方便操作。
53.示例性的，实施时，红外辐射遮挡装置为初始状态时，4个扇形遮挡片的扇形平面与红外辐射出射方向平行，开启4组遮挡件角度调节组件，4个遮挡件3以相同方向、相同的速度转动，线性地形成不同大小的扇形遮挡面和扇形穿透面7。即本技术可以实现四向同时调节遮挡面积，使得遮挡面积调节迅速，有利于实现不同辐射能量时的标定系数的快速、线性地获取。
54.实施例2：
55.本发明实施例还提供了一种基于实施例1中遮挡装置的红外探测器的标定方法，如图1-4所示，该方法包括如下步骤：
56.s1、将遮挡装置的支架轴心正对黑体出光孔，并将红外探测器窗口正对遮挡装置的支架轴心；使得多个遮挡件所在平面与红外辐射出射方向平行；
57.s2、设定黑体标定温度，等待黑体辐射稳定后，获取红外探测器初始输出响应值
v0；根据初始红外辐射量l0与红外探测器初始输出响应值v0计算初始标定系数r0；
58.s3、启动驱动电机，使得多个遮挡件以相同的速度逐渐旋转，形成不同的扇形遮挡面积，红外辐射从没有被遮挡件3遮挡的扇形穿透面7射出，则红外探测器接收到不同红外辐射量li的照射，获取不同红外辐射量li照射时红外探测器输出响应值vi；
59.s4、根据上述各个不同红外辐射量li、以及各个不同红外辐射量li对应的红外探测器输出响应值vi计算不同红外辐射量对应的标定系数ri；
60.s5、将所述标定系数r0、ri与红外探测器输出响应值v0、vi进行插值拟合获取红外探测器输出响应与标定系数之间的关系式。
61.本发明的红外探测器的标定方法，通过保持黑体温度不变保证了黑体辐射能量始终恒定，而通过遮挡装置改变入射到红外探测器的辐射量，可以避免黑体不断变化的出射能量对黑体自身发射率的影响，从而可以避免在用黑体辐射能量和黑体发射率获得探测器的标定系数时二者无规律的变化对探测器标定系数的影响，得到稳定的探测器标定系数。同时，由于黑体温度保持不变，其辐射能量一直是稳定的，因而在标定过程中无需像现有技术中每改变一次温度均需要等待黑体辐射稳定，大大缩短了标定周期，节省了时间。
62.具体的，在步骤s1中，为保证红外探测器对辐射能量的接收效率，黑体出光孔、遮挡装置的支架的轴心和探测器窗口正对，即：黑体出光孔、遮挡装置的支架的轴心和探测器窗口三者的轴心重合；三者轴线对准后，即可将上述各个装置进行固定安装。
63.为保证遮挡装置对黑体辐射能量的有效遮挡，所述遮挡装置的4个遮挡件3的总面积略大于黑体出光孔面积。
64.在步骤s2中，仅需要设置一个标定温度，在整个标定过程中，黑体保持该温度不变，具体的，设置的黑体初始温度t能够保证探测器输出电压为探测器本身最大或接近最大的电压响应；
65.等待黑体辐射稳定后，可测量红外探测器初始输出响应值v0；
66.实施时，红外探测器的输出信号经过电路信号处理后得到的输出响应为电压信号；
67.此时测量的红外探测器初始输出响应值v0对应的红外辐射量为初始红外辐射量l0，即此时遮挡装置中的电机未启动，各遮挡件3所在平面与红外辐射出射方向平行。因此初始红外辐射量l0为：
68.l0＝t4εσ
69.其中t为黑体温度，ε为黑体发射率，σ为玻尔兹曼常数。
70.所述初始标定系数r0为：
71.r0＝v0/l072.在步骤s3中，为获取红外探测器在不同红外辐射能量下的标定系数，需要开启步进电机，使得多个遮挡件3以相同的速度逐渐旋转，形成不同的扇形遮挡面积，进而使得通过遮挡装置到达红外探测器的辐射能量产生变化；
73.当一个遮挡件3旋转角度为θ0时，其投影在与红外出射方向垂直的面上的区域的夹角θ
阴影
满足以下关系：
[0074][0075]
为便于后期数据插值拟合，设置红外辐射能量按照同一步长递增或递减；示例性
的，设置待标定的红外辐射能量为l1、l2、
…
ln，其中，
[0076]
li＝l
0-i
·
δl，其中i＝1,2,...,n，n为自然数，δl为红外辐射能量变化步长；
[0077]
例如，δl可设置为ml0，m为线性递增或递减的数列，设置的步长越小，标定探测器系数时分辨率越高，实施时可以根据实际需要进行设置，示例性地，m为等；
[0078]
设定驱动电机2的旋转角速度为ω，
[0079]
根据转动角速度和红外辐射量计算与红外辐射量li相对应的转动时间ti，当到达ti时，控制电机停止转动，测量红外探测器输出响应值vi；
[0080]
其中，ti可由以下公式给出：
[0081][0082][0083]
θi＝4ωti，
[0084]
由上式得到：
[0085][0086]
将上述不同红外辐射量对应的时间ti存入控制器中，到达该时间ti时，说明遮挡件转动形成的遮挡面积使得入射至红外探测器的辐射能量达到设定的值，此时控制器控制电机停止运行，测量红外探测器的输出响应vi，对于每个红外辐射能量，均进行上述操作后得到对应的输出响应vi；
[0087]
在步骤s4中，同样根据公式ri＝vi/li，将设定的红外辐射量li、以及各个不同红外辐射量li对应的红外探测器输出响应vi带入，得到不同红外辐射量对应的标定系数ri。
[0088]
在步骤s5中将所述标定系数r0、ri与红外探测器输出响应v0、vi进行插值拟合获取红外探测器输出响应与标定系数之间的关系，如下所示：r＝-0.1811v
1.243
+232.5。
[0089]
在得到上述关系式之后，实现了对红外探测器非线性度的标定。
[0090]
以后若再使用该红外探测器进行测试时，若得到探测器输出响应值v，则根据该输出响应值v和上述关系式可计算出对应的标定系数r，利用公式可反推出准确的红外辐射量，在计算材料发射率时就可用修正这后的辐射能量进行计算，可以避免探测器接收能量与输出电压值不是线性关系时所计算出来的发射率不准确。
[0091]
实施例3：
[0092]
本发明实施例还提供了一种基于实施例1中红外辐射遮挡装置的自检方法，该方法包括如下步骤：
[0093]
s10、将遮挡装置的支架轴心正对黑体出光孔，并将红外探测器窗口正对遮挡装置的支架轴心；使多个扇形遮挡片的扇形平面与红外辐射出射方向垂直；
[0094]
s20、设定黑体的标定温度，等待黑体辐射稳定后，开启多组遮挡件角度调节组件中的第1组，使得对应的遮挡件转动角度θ1；获取红外探测器的输出响应值v1；
[0095]
s30、将第1组遮挡件角度调节组件中的遮挡件归位到其扇形平面与红外辐射出射方向垂直；开启多组遮挡件角度调节组件中的第2组，使得对应的遮挡件转动角度θ2；获取红外探测器的输出响应值v2；
[0096]
s40、重复上述操作，获取其他的不同组遮挡件角度调节组件对应区域的遮挡件转动角度θ3、θ4……
θn以后，红外探测器的输出响应值v3、v4……vn
；其中，θ1＝θ2＝θ3＝θ4＝θn；
[0097]
s50、将得到的多个区域输出响应值v1、v2、v3、v4……vn
进行比较，若得到的值相等或相近，则红外辐射遮挡装置没有故障，若得到的值差值较大，则红外辐射遮挡装置出现故障，需要校准；
[0098]
s60、重复s20-s50的步骤，获取多组四个区域输出响应值v1、v2、v3、v
44
……vn
的平均值进行比较，提高自检准确性。
[0099]
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
[0100]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。