红外辐射测温仪的视场限制

    1前言

    红外辐射测温仪光学系统的红外视场是由其工作方式决定的。在调焦式测温仪中，因被测目标表面始终在探测器光敏面上成像，所以系统的视场与一般成像光学系统的视场定义相同。但对固定焦点式红外辐射测温仪，因其被测目标表面并不总是成像在探测器光敏面上，通常把它视为非成像系统。在这种系统中，红外视场与一般成像系统定义不同，一般用红外视场图表示，或给出目标距离系数。在使用测温仪测量时，要求被测目标表面要始终充满测温仪的红外视场，才能保证测量结果达到一定的测量精度，而且应使测量值与被测目标到测温仪的距离无关。所以，测温仪的红外视场是测温仪的重要参数之一。无论在测温仪光学系统的设计中，还是在测温仪的使用中，都要求具有确定的视场大小，因此，要求测温仪的实际红外视场应与设计视场大小一致。但是，通过对几种红外测温仪实际视场的测试，结果表明，实际视场较理论设计值有相应的扩展。本文由实验测量结果，分析测温仪红外视场的扩展及其原因，指出在视场光阑后面加人探测器光学系统，使接收器光敏面离开视场光阑，可使视场光阑严格限制红外视场，使测温仪的实际视场与设计值相一致。

    2测温仪红外视场的扩展

    我们研制的HW-O1型红外测温仪光学系统为固定焦点式，其结构为双球面反射系统，如图1所示。图中O₁，为主镜，O₂为次镜，A₁, A₂为孔径光阑，N₁,N_2、B1_B2、C₁C₂、分别为消杂光光阑，亦称渐晕光阑，D₁, D₂为探测器光敏面边框，也是系统的视场光阑。根据测温仪的使用要求，在距主镜1.5 m处被测目标表面的直径为}Φ 20 mm。设计要求边缘视场渐晕系数K=50%.

    测量红外视场的原理如图2所示。图2中，1为红外点光源，可用黑体炉前加一小孔光阑代替，该光源可沿导轨在视场内垂直光轴移动。2为被测光学系统，3为调制盘，4为窄带滤光片，5为探测器，6为信号处理及显示系统。为精确判断有无信号输出，6亦可为示波器。上述2, 3, 4, 5, 6即为已定标的测温仪。

    当把探测器光敏面边框作为视场光阑时，视场的测量结果如图3所示。图3中纵坐标为信号的相对输出，横坐标为系统的线视场(1.5m处)。相对输出50%处的实际视场与理论设计值大致相等，等输出信号强度线与设计视场形状相同。相对输出为15%处的实际视场约为设计视场的1.5倍。

    当把探测器前后离焦(0.2 mm)或改变点光源距主镜的距离时，测量结果与图3基本没有差别。