一種紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的名稱為一種紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置。屬于紅外光學(xué)材料測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】。它主要解決現(xiàn)有不透可見(jiàn)光紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試問(wèn)題。它的主要特征是：由紅外光源、紅外光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)接收系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)采集處理顯示系統(tǒng)、測(cè)試平臺(tái)構(gòu)成。本實(shí)用新型是基于檢偏器角測(cè)量補(bǔ)償?shù)脑磉M(jìn)行測(cè)試，當(dāng)紅外起偏鏡和紅外檢偏鏡形成45°角度時(shí)（具有矢量應(yīng)力），產(chǎn)生的橢圓偏振光就會(huì)產(chǎn)生行程差，從而可以計(jì)算材料的應(yīng)力。該發(fā)明設(shè)備具有操作簡(jiǎn)單、測(cè)試便捷的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)不透可見(jiàn)光紅外材料的應(yīng)力測(cè)試，通過(guò)應(yīng)力的測(cè)試，指導(dǎo)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，制造出應(yīng)力較小的玻璃，進(jìn)一步提高該材料的成像質(zhì)量，為制造出高水平的紅外成像系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。
【專利說(shuō)明】一種紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于紅外光學(xué)材料測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置。本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)計(jì)紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置，使不透可見(jiàn)光的紅外光學(xué)材料應(yīng)力能夠可視并能測(cè)量，特別是透過(guò)波段在0.78~25μπι的不透可見(jiàn)光紅外材料的應(yīng)力測(cè)試。通過(guò)對(duì)該材料的應(yīng)力測(cè)試對(duì)材料的制造、加工、鍍膜和使用起到重要的作用。

【背景技術(shù)】
[0002]通常情況下，光學(xué)材料由于在制造過(guò)程中因降溫?zé)釟v史不同使得原本各向同性的玻璃材料產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)一束偏振光照射到有內(nèi)應(yīng)力存在的玻璃材料時(shí)，可將偏振光分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的O光和e光，因兩者折射率不同，且存在相位差(也稱:光程差)，故此現(xiàn)象稱為應(yīng)力雙折射現(xiàn)象。因此，目前都采用偏振光來(lái)測(cè)試玻璃材料的內(nèi)應(yīng)力。光程差的量值大小直接反映了光學(xué)材料內(nèi)部應(yīng)力存在的嚴(yán)重程度，應(yīng)力過(guò)大則不利于光學(xué)玻璃制品的冷加工，由應(yīng)力雙折射引起的光程差在光學(xué)玻璃通光面上各處都存在差異，顯示了光學(xué)材料內(nèi)部應(yīng)力分布的不均勻，從而可以影響光學(xué)成像質(zhì)量。
[0003]隨著社會(huì)的發(fā)展，紅外熱成像技術(shù)在天網(wǎng)監(jiān)視、安防、汽車及武器裝備中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，鍺單晶、硅單晶、硫系玻璃和多晶硅等紅外材料的應(yīng)用逐步向民用熱成像系統(tǒng)、紅外夜視儀的應(yīng)用擴(kuò)展，導(dǎo)致Ge單晶、硫系玻璃等不透可見(jiàn)光的光學(xué)元器件的用量飛速增長(zhǎng)，因此穩(wěn)定生產(chǎn)、加工成為降低成本制約因素。而該類材料具有較大的熱膨脹系數(shù)，較高的應(yīng)力就會(huì)使玻璃在冷加工過(guò)程中產(chǎn)生炸裂，此外元器件中有應(yīng)力存在，同樣影響熱成像質(zhì)量。由于該類材料屬于不透可見(jiàn)光的紅外光學(xué)材料，現(xiàn)有的偏光應(yīng)力儀(測(cè)試波長(zhǎng)為565nm)不能滿足該類材料的應(yīng)力測(cè)試。而隨著高性能光學(xué)系統(tǒng)對(duì)高均勻性紅外光學(xué)材料的需求，設(shè)計(jì)制作不透可見(jiàn)光紅外光學(xué)材料的應(yīng)力測(cè)試裝置顯得尤為重要，實(shí)現(xiàn)不透可見(jiàn)光的紅外光學(xué)材料內(nèi)應(yīng)力可視測(cè)試方法的設(shè)計(jì)并制造相應(yīng)裝置，不僅可以滿足不透可見(jiàn)光紅外光學(xué)材料的應(yīng)力測(cè)試要求，而且根據(jù)測(cè)試后的應(yīng)力值來(lái)調(diào)整退火工藝從而達(dá)到預(yù)期應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)，從而保證材料生產(chǎn)的穩(wěn)定和后續(xù)精密加工不炸裂，提高鍍膜的牢固性，有效解決高性能紅外系統(tǒng)的需求，達(dá)到快速推廣市場(chǎng)目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是設(shè)計(jì)并提供一種測(cè)量紅外光學(xué)材料的應(yīng)力測(cè)量裝置，特別適合不透可見(jiàn)光紅外光學(xué)材料的測(cè)試裝置，可以定量測(cè)定紅外光學(xué)材料的應(yīng)力大小。本實(shí)用新型具有操作方便、性能可靠、測(cè)試效率高等特點(diǎn)。本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)不透可見(jiàn)光的紅外光學(xué)材料的應(yīng)力測(cè)試，從而可以進(jìn)一步優(yōu)化該類材料的生產(chǎn)工藝，使硅、鍺晶體、硫系玻璃等不透可見(jiàn)光紅外光學(xué)材料批量生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)一步提高，為生產(chǎn)出更高品質(zhì)的產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)，滿足紅外成像系統(tǒng)高清晰成像質(zhì)量的需求。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:一種紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于:由紅外光源、紅外光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)接收系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)采集處理顯示系統(tǒng)、測(cè)試平臺(tái)五部分構(gòu)成；其中，紅外光源為發(fā)射光譜為近、中紅外的點(diǎn)光源、線光源或面光源；紅外光學(xué)系統(tǒng)由黑色玻璃、準(zhǔn)直透鏡、紅外起偏鏡、試樣平臺(tái)、1/4波片、紅外檢偏鏡組成；紅外光源、準(zhǔn)直透鏡、黑色玻璃、紅外起偏鏡依次固定在測(cè)試平臺(tái)一端的殼體內(nèi)，構(gòu)成信號(hào)發(fā)出裝置，準(zhǔn)直透鏡為凸透鏡，紅外光源位于準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)上，當(dāng)光源發(fā)出的光波經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡后將會(huì)準(zhǔn)直為平行光；試樣平臺(tái)間隔設(shè)置在信號(hào)發(fā)出裝置之后的測(cè)試平臺(tái)上；1/4波片、紅外檢偏鏡分別固定在標(biāo)有刻度的波片轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和檢偏鏡轉(zhuǎn)動(dòng)盤上，間隔設(shè)置在試樣平臺(tái)之后的測(cè)試平臺(tái)上，1/4波片面向試樣平臺(tái)，其主要作用是將通過(guò)存在應(yīng)力試樣后的橢圓偏振光轉(zhuǎn)換成線偏振光，紅外檢偏鏡需要能透過(guò)紅外光源發(fā)出的光線，當(dāng)待測(cè)紅外材料中存在應(yīng)力時(shí)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后的線偏振光會(huì)發(fā)生偏移，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)紅外檢偏鏡到一定位置后，會(huì)接受到1/4波片轉(zhuǎn)換后的線偏振光，這樣根據(jù)紅外檢偏鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的角度就可以計(jì)算所測(cè)紅外材料中存在的應(yīng)力大?。恍盘?hào)接收系統(tǒng)由紅外傳感器、低溫恒溫器，控制紅外傳感器的電子裝置，紅外傳感器輸出信號(hào)的模擬-數(shù)字處理的電子裝置，同步和數(shù)字信號(hào)處理的電子裝置和電源組成，位于測(cè)試平臺(tái)的另一端，用于接受通過(guò)紅外光學(xué)系統(tǒng)出射的紅外輻射能量，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)采集處理顯示系統(tǒng)顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，信號(hào)接收系統(tǒng)的作用是將紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)，從而觀察和記錄其表面上的溫度變化，轉(zhuǎn)換是通過(guò)行間轉(zhuǎn)換和間行掃描紅外傳感器，借助物鏡將觀察到的圖像投影顯示在成像傳感器表面上，當(dāng)紅外檢偏器接受的紅外線偏振光信號(hào)傳遞到紅外成像傳感器上，該紅外成像傳感器的作用是將紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)，根據(jù)所測(cè)試樣的通光波段選擇使用近、中紅外成像傳感器，信號(hào)接收系統(tǒng)的電子裝置對(duì)紅外傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行放大、處理，并將其轉(zhuǎn)換成電視視頻信號(hào)，以及用于輸送到電子計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信號(hào)，因此該紅外應(yīng)力測(cè)試裝置主要是借助紅外成像傳感器，將記錄的輻射分布信號(hào)轉(zhuǎn)化為溫度分布信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)中的軟件處理來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)力圖像可視的；計(jì)算機(jī)采集處理顯示系統(tǒng)通過(guò)光纜與信號(hào)接收系統(tǒng)連接，其中顯示器應(yīng)與紅外成像傳感器匹配，其對(duì)比度應(yīng)優(yōu)于1000:1，分辨率應(yīng)優(yōu)于1280X1024，將信號(hào)接收系統(tǒng)輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)和數(shù)字信號(hào)通過(guò)光纜輸入到電子計(jì)算機(jī)中，同時(shí)其圖像可以顯示在計(jì)算機(jī)顯示器上面，借助信號(hào)接收系統(tǒng)位移的螺旋機(jī)構(gòu)(對(duì)焦)，同時(shí)利用光學(xué)反差，借助glass, exe軟件程序，記錄輻射分布轉(zhuǎn)化為溫度分布的圖像，從而在顯示器屏幕上得到更加清晰的圖像。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的測(cè)試平臺(tái)表面平整，紅外光源、紅外光學(xué)裝置、試樣平臺(tái)和信號(hào)接收系統(tǒng)處于同一軸線上。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的紅外光源選用單一波長(zhǎng)的紅外激光二極管或紅外氦氖激光光源，其發(fā)射光譜λ=1300ηπι或λ=3390ηπι，輸出功率為50mW。
[0008]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的試樣平臺(tái)采用可以旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)結(jié)構(gòu)，這樣通過(guò)調(diào)整可以保證待測(cè)試樣處于測(cè)試光通面的中心。
[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的黑色玻璃是表面經(jīng)過(guò)精磨處理的并可濾除可見(jiàn)光的毛玻璃，為截止濾光毛玻璃，其作用:一是濾除可見(jiàn)光，提高紅外信號(hào)的敏感度，通常選用波截止波長(zhǎng)不小于0.78 μ m的截止濾光玻璃，這樣會(huì)將可見(jiàn)波段光輻射濾除；二是起到漫射屏的作用，將紅外點(diǎn)光源漫射成均勻的紅外面光源。
[0010]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的波片轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和檢偏鏡轉(zhuǎn)動(dòng)盤的最小刻度值為1°，最大可測(cè)量范圍為180°，并可分別帶動(dòng)1/4波片和檢偏鏡旋轉(zhuǎn)一定的角度。
[0011]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的紅外起偏鏡和紅外檢偏鏡為采用透紅外材料制成的光學(xué)鏡頭，這樣可以保證紅外光源發(fā)出的光線能夠通過(guò)。紅外起偏鏡主要作用是將紅外光源發(fā)出的光線轉(zhuǎn)換成線偏振光，當(dāng)線偏振光照射到待測(cè)試樣后，如果材料中存在應(yīng)力雙折射，光線就會(huì)變成橢圓偏振光。
[0012]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的紅外傳感器為近紅外InGaAs傳感器、硅矩陣感光片、InAsPSb, InAs, PbS, CdS, CdSe可接受光源透過(guò)波長(zhǎng)的探測(cè)器。
[0013]本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)是基于檢偏器角測(cè)量的補(bǔ)償，當(dāng)起偏鏡和分檢偏鏡形成45°角度時(shí)(具有矢量應(yīng)力)，橢圓偏振光就會(huì)產(chǎn)生行程差，從而就能對(duì)材料的應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)。本實(shí)用新型紅外光源設(shè)計(jì)采用發(fā)射光譜為近、中紅外的點(diǎn)光源，主要是考慮到被測(cè)試樣是透過(guò)波段0.78-25 μ m的紅外光學(xué)材料，該材料不透可見(jiàn)光，無(wú)法采用現(xiàn)有光學(xué)玻璃偏振光應(yīng)力儀的可見(jiàn)光源(發(fā)射波長(zhǎng)為565nm)進(jìn)行測(cè)試，而本實(shí)用新型紅外光源所發(fā)射的光譜應(yīng)在材料的通光光譜區(qū)域內(nèi)，光源單位面積的輻射通量應(yīng)滿足紅外成像系統(tǒng)響應(yīng)要求。
[0014]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:可以實(shí)現(xiàn)不透可見(jiàn)光紅外光學(xué)材料的應(yīng)力測(cè)試，設(shè)備具有操作方便、性能可靠、測(cè)試效率高等特點(diǎn)，生產(chǎn)過(guò)程中能根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)優(yōu)化退火工藝，避免產(chǎn)品生產(chǎn)中出現(xiàn)炸裂，提高了生產(chǎn)良品率，保證了后續(xù)加工工序的要求，提高了成像質(zhì)量，保證了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。本實(shí)用新型主要適合不透可見(jiàn)光紅外光學(xué)材料的主要應(yīng)力測(cè)試。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置中信號(hào)接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖3是紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試圖。
[0018]圖中:1、紅外光源；2、準(zhǔn)直透鏡；3、黑色玻璃；4、紅外起偏鏡；5、信號(hào)發(fā)出裝置；6、試樣平臺(tái)；7、測(cè)試平臺(tái)；8、1/4波片；9、波片轉(zhuǎn)動(dòng)裝置；10、紅外檢偏鏡；11、檢偏鏡轉(zhuǎn)動(dòng)盤；12信號(hào)接收系統(tǒng)；13、光纜；14、計(jì)算機(jī)采集處理顯示系統(tǒng)；15、紅外傳感器；16、低溫恒溫器；17、控制紅外傳感器的電子裝置；18、紅外傳感器輸出信號(hào)的模擬-數(shù)字處理的電子裝置；19、同步和數(shù)字信號(hào)處理的電子裝置；20、圖像數(shù)字輸出；21、模擬輸出視頻信號(hào)；22、電子計(jì)算機(jī)互換信息；23、電源。

【具體實(shí)施方式】
[0019]為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，現(xiàn)列舉以下實(shí)例，并結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下。
[0020]本實(shí)用新型提供一種紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置，由紅外光源1、紅外光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)接收系統(tǒng)12、計(jì)算機(jī)采集處理顯示系統(tǒng)、測(cè)試平臺(tái)7五部分構(gòu)成。
[0021]考慮到被測(cè)試樣是透過(guò)波段0.78-25 μ m的紅外光學(xué)材料，紅外光源I設(shè)計(jì)采用發(fā)射光譜為近、中紅外的點(diǎn)光源、線光源或平面光源。一般選擇單波長(zhǎng)紅外激光二極管LF0-450、紅外氦氖激光光源，其發(fā)射光譜λ=1300ηπι或λ =3390nm ;該光源I的輸出功率一般為50mW左右，光線散度為25X40°。紅外光源I所發(fā)射的光譜應(yīng)在測(cè)試材料的通光光譜區(qū)域內(nèi)，光紅外光源I單位面積的輻射通量應(yīng)滿足紅外成像系統(tǒng)響應(yīng)要求。試紅外光源I位于準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)上。
[0022]紅外光學(xué)系統(tǒng)由黑色玻璃3、準(zhǔn)直透鏡2、紅外起偏鏡4、試樣平臺(tái)6、1/4波片8、紅外檢偏鏡10組成。紅外光源1、準(zhǔn)直透鏡2、黑色玻璃3、紅外起偏鏡4依次固定在測(cè)試平臺(tái)7—端的殼體內(nèi)，構(gòu)成信號(hào)發(fā)出裝置5。準(zhǔn)直透鏡2為凸透鏡，透過(guò)紅外光源發(fā)出的光線，而且光源位于透鏡的焦點(diǎn)上，這樣光源發(fā)出的電光源會(huì)準(zhǔn)直為均勻的平行光?？筛鶕?jù)光源選用透過(guò)波長(zhǎng)0.4-1.6 μ m的標(biāo)準(zhǔn)DCX透鏡、0.2-2.2 μ m的熔石英DCX透鏡、2.0-7.0ym的氟化鈣DCX透鏡等。
[0023]黑色玻璃3位于準(zhǔn)直透鏡2后，是表面經(jīng)過(guò)精磨處理的并可濾除可見(jiàn)光的毛玻璃，長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)不小于0.78 μ m,主要是透過(guò)所需紅外光，濾掉可見(jiàn)光，從而保持紅外信號(hào)的敏感度。一般對(duì)于λ=1300ηπι的近紅外光源會(huì)選用普通的截止濾光玻璃，如HB850等；對(duì)于λ =3390nm的光源會(huì)選用單晶Si或單晶Ge ;這樣保證所選紅外光源的光線透過(guò)外，將可見(jiàn)波段光輻射濾除，黑色玻璃兩大面精磨，其作用是起到漫射屏的作用，將紅外光源發(fā)射出的光色散成均勻的漫射光。
[0024]紅外起偏鏡4和紅外檢偏鏡10使用透紅外光線的材料制備成鏡頭，且必須能夠透射紅外光源I發(fā)射出紅外波段的光譜。紅外起偏鏡4主要作用是將光源I發(fā)出的光線轉(zhuǎn)換成線偏振光。當(dāng)線偏振光照射到待測(cè)試樣后，如果試樣中存在應(yīng)力，就會(huì)產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，使線偏振光變換成橢圓偏振光。紅外檢偏鏡10固定在標(biāo)有刻度的檢偏鏡轉(zhuǎn)動(dòng)盤11上，最小刻度值為1°，最大測(cè)量范圍為180°，當(dāng)檢偏鏡轉(zhuǎn)動(dòng)盤11轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)紅外檢偏鏡10轉(zhuǎn)動(dòng)，即可測(cè)量旋轉(zhuǎn)的角度。紅外起偏鏡4和紅外檢偏鏡10選用線柵偏振片、全息偏振片或中波紅外偏振片。線柵偏振片基片材料為熔融石英，波長(zhǎng)范圍250nm~8ym,按照MIL-PRF-13830B的標(biāo)準(zhǔn)，要求偏振片表面質(zhì)量10/5。全息偏振片的波長(zhǎng)范圍為2 μ m~30 μ m，可選用BaF2晶體、ZnSe晶體、溴化鉈以及Ge單晶材料制造，在3 μ m的消光系數(shù)為150:1。近紅外波段還可選用透過(guò)波段350~2300nm的光學(xué)級(jí)方解石。中波紅外偏振片波長(zhǎng)范圍1.5-5 μ m，采用鈉鈣硅作為基片材料，厚度5mm，表面質(zhì)量60/40。
[0025]試樣平臺(tái)6設(shè)計(jì)位于紅外起偏鏡4和1/4波片8之間位置，該試樣平臺(tái)6采用螺旋式升降結(jié)構(gòu)。這樣可以根據(jù)放在試樣平臺(tái)6上待測(cè)試樣的規(guī)格不同進(jìn)行位置調(diào)整，保證待測(cè)試樣處于光面的中部位置。
[0026]在試樣的后面設(shè)計(jì)了 1/4波片8，即偏振分光鏡，1/4波片8應(yīng)透射紅外光源I發(fā)射的紅外光譜，且1/4波片8放置在紅外起偏鏡4和紅外檢偏鏡10之間。其主要作用是將通過(guò)存在應(yīng)力試樣后的橢圓偏振光轉(zhuǎn)換成線偏振光。一般1/4波片8可選用近紅外波段分光片，材料選用石英晶片，表面質(zhì)量60/40。紅外波段可選用通光波段2~8 μ m的CaF2分光片，要求平行度3弧分，表面質(zhì)量60/40，表面精度2 λ (λ=632.8ηπι)。1/4波片8的快軸與所述起偏鏡4的透光軸所成的角度為45°。
[0027]當(dāng)試樣中存在應(yīng)力時(shí)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后的線偏振光會(huì)發(fā)生偏移，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)紅外檢偏鏡10到一定位置后，會(huì)接受到1/4波片8轉(zhuǎn)換后的線偏振光。這樣根據(jù)紅外檢偏鏡10轉(zhuǎn)動(dòng)的角度就可以計(jì)算玻璃中存在的應(yīng)力大小。
[0028]信號(hào)接收系統(tǒng)12由紅外傳感器15、低溫恒溫器16，控制紅外傳感器的電子裝置17，紅外傳感器輸出信號(hào)的模擬-數(shù)字處理的電子裝置18，同步和數(shù)字信號(hào)處理的電子裝置19和電源23組成，位于測(cè)試平臺(tái)7的另一端。信號(hào)接收系統(tǒng)12即為信號(hào)接收處理裝置，其作用是目標(biāo)的紅外輻射轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)，從而觀察和記錄其表面上的溫度變化。轉(zhuǎn)換是通過(guò)行間轉(zhuǎn)換和間行掃描紅外傳感器15，借助物鏡將觀察到的圖像投影顯示在成像傳感器15表面上。當(dāng)紅外檢偏器10接受的紅外線偏振光信號(hào)傳遞到紅外成像傳感器15上，該紅外成像傳感器15的作用是將紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)，根據(jù)所測(cè)試樣的通光波段選擇可使用近、中紅外成像傳感器。一般接受近紅外光線的選用可見(jiàn)-近紅外InGaAs傳感器，光敏波段500nm~1700nm，可接受波長(zhǎng)1300nm的信號(hào)。接受中紅外光線的選用帶電荷耦合的硅矩陣感光片、InAsPSb, InAs、PbS、CdS、CdSe等可接受波長(zhǎng)3390nm的信號(hào)的探測(cè)器。信號(hào)接收系統(tǒng)12的電子裝置對(duì)紅外傳感器15輸出信號(hào)進(jìn)行放大、處理，并將其轉(zhuǎn)換成電視視頻信號(hào)，以及用于輸送到計(jì)算機(jī)采集處理顯示系統(tǒng)14中的數(shù)字信號(hào)。因此紅外應(yīng)力測(cè)試裝置主要是借助紅外成像傳感器15，將記錄的輻射分布信號(hào)轉(zhuǎn)化為溫度分布信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)中的圖像處理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其信號(hào)接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，紅外傳感器15安裝到低溫恒溫器16上，低溫恒溫器16保證將紅外傳感器冷卻至工作溫度，并在傳送箱不間斷工作的時(shí)間內(nèi)維持該溫度。觀察對(duì)象的圖像，形成物鏡，經(jīng)過(guò)低溫恒溫器16窗口，投影到紅外傳感器15的感光區(qū)域，該感光區(qū)域可以產(chǎn)生相關(guān)圖像。當(dāng)同步和數(shù)字信號(hào)處理的電子裝置19媒介形成積累時(shí)間結(jié)束時(shí)，積累電荷在從控制紅外傳感器工作的電子裝置17輸送到紅外傳感器15電極的電子脈沖作用下，逐行傳遞到讀數(shù)記錄器，之后進(jìn)行輸出信號(hào)的單項(xiàng)輸出。在脈沖和直流電壓作用下進(jìn)行紅外傳感器15的工作控制，脈沖和直流電壓由位于控制紅外傳感器工作的電子裝置17上的專門系統(tǒng)(激勵(lì)器)形成。
[0029]信號(hào)接收系統(tǒng)12，控制紅外傳感器的電子裝置17，對(duì)紅外傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行放大、處理。其位于紅外傳感器輸出信號(hào)的模擬-數(shù)字處理的電子裝置18上面。紅外傳感器15的輸出信號(hào)進(jìn)入電子裝置18，通過(guò)兩次抽樣選擇對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大、處理。得到電子裝置18輸出的圖像數(shù)字流，進(jìn)入同步和數(shù)字信號(hào)處理的電子裝置19，在同步和數(shù)字信號(hào)處理的電子裝置19中進(jìn)行圖像處理，從而對(duì)紅外傳感器黑色信號(hào)的不均勻性所引起的結(jié)構(gòu)干擾起到補(bǔ)償作用。被處理的圖像轉(zhuǎn)化為掃描的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器形成圖像數(shù)字輸出20和模擬輸出視頻信號(hào)21，然后將信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)采集處理顯示系統(tǒng)14中。
[0030]計(jì)算機(jī)采集處理顯示系統(tǒng)14將信號(hào)接收系統(tǒng)12輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬輸出視頻信號(hào)21和圖像數(shù)字輸出20輸入到電子計(jì)算機(jī)中，同時(shí)其圖像可以顯示在計(jì)算機(jī)顯示器上面。借助信號(hào)接收系統(tǒng)位移的螺旋機(jī)構(gòu)(對(duì)焦)，同時(shí)利用光學(xué)反差，借助glass, exe軟件程序，記錄輻射分布轉(zhuǎn)化為溫度分布的圖像，從而在顯示器屏幕上得到更加清晰的圖像。其中顯示器應(yīng)與紅外傳感器15匹配，其對(duì)比度應(yīng)優(yōu)于1000:1，分辨率應(yīng)優(yōu)于1280X1024。
[0031]測(cè)試平臺(tái)7表面平整，且保證紅外光源1、紅外光學(xué)裝置、試樣平臺(tái)6和信號(hào)接收系統(tǒng)12處于同一軸線上。
[0032]紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置的測(cè)試方法以下例進(jìn)行說(shuō)明:
[0033]打開設(shè)備開關(guān)，待設(shè)備預(yù)熱30分鐘后，開始進(jìn)行檢測(cè)。不放置待測(cè)試樣時(shí)，通過(guò)信號(hào)接收系統(tǒng)12將紅外傳感器15接收到的信號(hào)反映在計(jì)算機(jī)采集處理顯示系統(tǒng)14的顯示器上視野范圍是黑色。將待測(cè)試樣放在試樣平臺(tái)6上，并旋轉(zhuǎn)試樣平臺(tái)6至處于光面的中部位置，旋轉(zhuǎn)紅外檢偏鏡10的檢偏鏡轉(zhuǎn)動(dòng)盤11零位與刻度盤零位對(duì)齊，觀測(cè)計(jì)算機(jī)采集處理顯示系統(tǒng)14的顯示器上視野最亮點(diǎn)即為應(yīng)力最大點(diǎn)。然后旋轉(zhuǎn)紅外檢偏鏡10上的檢偏鏡旋轉(zhuǎn)盤11，直至計(jì)算機(jī)采集處理顯示系統(tǒng)14的顯示器上視野內(nèi)最亮點(diǎn)變成黑色，記錄此時(shí)刻度盤旋轉(zhuǎn)的角度，測(cè)試出該待測(cè)試樣的厚度，即可用公式換算出應(yīng)力值。
[0034]計(jì)算公式:應(yīng)力雙折射nm/cm= ( λ /180 nmX檢偏鏡旋轉(zhuǎn)角度)/被測(cè)試樣厚度(cm)。
[0035]其中λ為光源波長(zhǎng)。
[0036]取經(jīng)10°C /小時(shí)降溫退火的硫系玻璃(IRG203 )作為測(cè)試樣品，得到應(yīng)力測(cè)試結(jié)果見(jiàn)附圖3所示，計(jì)算的應(yīng)力雙折射如下:
[0037]附圖3中點(diǎn)I處應(yīng)力雙折射為:426 nm/cm
[0038]附圖3中點(diǎn)2處應(yīng)力雙折射為:515 nm/cm
[0039]附圖3中點(diǎn)3處應(yīng)力雙折射為:414 nm/cm
[0040]附圖3中點(diǎn)4處應(yīng)力雙折射為:458 nm/cm。
【權(quán)利要求】
1.一種紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于:由紅外光源(I)、紅外光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)接收系統(tǒng)(12)、計(jì)算機(jī)采集處理顯示系統(tǒng)、測(cè)試平臺(tái)(7)五部分構(gòu)成；其中，紅外光源(O為發(fā)射光譜為近、中紅外的點(diǎn)光源、線光源或面光源；紅外光學(xué)系統(tǒng)由黑色玻璃(3)、準(zhǔn)直透鏡(2)、紅外起偏鏡(4)、試樣平臺(tái)(6)、1/4波片(8)、紅外檢偏鏡(10)組成；紅外光源(I)、準(zhǔn)直透鏡(2 )、黑色玻璃(3 )、紅外起偏鏡(4)依次固定在測(cè)試平臺(tái)(7 ) —端的殼體內(nèi)，構(gòu)成信號(hào)發(fā)出裝置(5)，準(zhǔn)直透鏡(2)為凸透鏡，紅外光源(I)位于準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)上；試樣平臺(tái)(6)間隔設(shè)置在信號(hào)發(fā)出裝置(5)之后的測(cè)試平臺(tái)(7)上；1/4波片(8)、紅外檢偏鏡(10)分別固定在標(biāo)有刻度的波片轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(9)和檢偏鏡轉(zhuǎn)動(dòng)盤(11)上，間隔設(shè)置在試樣平臺(tái)(6)之后的測(cè)試平臺(tái)(7)上，1/4波片(8)面向試樣平臺(tái)(6);信號(hào)接收系統(tǒng)(12)由紅外傳感器(15)、低溫恒溫器(16)，控制紅外傳感器的電子裝置(17)，紅外傳感器輸出信號(hào)的模擬-數(shù)字處理的電子裝置(18)，同步和數(shù)字信號(hào)處理的電子裝置(19)和電源(23)組成，位于測(cè)試平臺(tái)(7)的另一端；計(jì)算機(jī)采集處理顯示系統(tǒng)(14)通過(guò)光纜(13)與信號(hào)接收系統(tǒng)(12)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于:所述的測(cè)試平臺(tái)(7)表面平整，紅外光源(I)、紅外光學(xué)裝置、試樣平臺(tái)(6)和信號(hào)接收系統(tǒng)(12)處于同一軸線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于:所述的紅外光源(I)選用單一波長(zhǎng)的紅外激光二極管或紅外氦氖激光光源，其發(fā)射光譜λ=1300ηπι 或 λ =3390nm，輸出功率為 50mW。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于:所述的試樣平臺(tái)(6)采用可以旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于:所述的黑色玻璃(3)是表面經(jīng)過(guò)精磨處理的并可濾除可見(jiàn)光的毛玻璃，其長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)不小于0.78 μ mD
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于:所述的波片轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(9)和檢偏鏡轉(zhuǎn)動(dòng)盤(11)的最小刻度值為1°，最大可測(cè)量范圍為180°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于:所述的紅外起偏鏡(4)和紅外檢偏鏡(10)為采用透紅外材料制成的光學(xué)鏡頭。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種紅外光學(xué)材料應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于:所述的紅外傳感器(15)為近紅外InGaAs傳感器、硅矩陣感光片、InAsPSb、InAs、PbS、CdS、CdSe可接受光源透過(guò)波長(zhǎng)的探測(cè)器。
【文檔編號(hào)】G01L1/24GK204255542SQ201420689263
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】胡向平, 段曉濤, 唐雪瓊, 徐光以, 徐華峰 申請(qǐng)人:湖北新華光信息材料有限公司