基于光机热集成的机械被动式消热差红外镜头设计
发布时间：2021-11-26 18:07
随着集成制造业的发展,人们对红外镜头提出了更高的设计要求。机械被动式消热差红外镜头在设计时,要综合考虑光学元件的折射率、镜片间隔和镜片中心厚度随温度变化而产生的影响,传统的设计方法很难在结构设计阶段兼顾其光学性能,也无法检验设计完成后的镜头是否满足使用要求。因此,为了保证机械被动式消热差红外镜头设计的合理性以及得到镜头相关光学性能指标,需要对其进行光机热集成设计。本文在机械被动式消热差红外镜头结构设计理论的基础上,利用ANSYS的结构分析模块,分析了三种热补偿材料的热变形位移。选择热膨胀过程相对稳定,光机热集成分析仿真性更好得POM（聚甲醛）作为热补偿材料,并运用Pro-e的结构设计模块,对机械被动式消热差红外镜头进行了结构设计。为了在设计阶段判断机械被动式消热差红外镜头是否满足使用要求,需要对其进行光机热集成分析。在ANSYS中,建立该红外镜头的有限元模型。以红外镜头正常使用温度区间内的最高和最低温度,作为载荷施加在红外镜头上,进行热应力分析,得到各个节点的等效位移数据和相关热应力数据。根据有限元分析结果判断在高低温时,镜头的理论补偿量是否满足要求以及镜片的自身变形情况。分离刚体位移...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?“哈勃”望远镜?图１．３?ＪＷＳＴ空间光学遥感器??
射及反射等现象，辐射强度会发生衰减。然而，并非所有波段的红外线都有明显??的强度减弱现象，研究表明３￣５＾ｍ的短波和８？１２ｐｍ的长波具有很好的穿透性，??我们通常称之为“大气窗口（如图２．１），目前市面上大部分的红外热像仪，主??要是针对两个波段的“大气窗口”进行检测，最后通过计算机软件计算并显示出目??标的表面温度场，形成红外热图。??１００??输??〇?１?２?３?４?￥?６?７?８?９?１０?１１?１２?１３?１４?１５??波长（ｐｕｎ?＞??ｉ?ｉｆｌ?Ｍ?；?＊?Ｉ?＼?ｉ?ｉｉ?ｉ?Ｉ?Ｉ??Ｏｉ?ＩｈＯ０?ＣＯ＾Ｈ，０?００，０，?曼收分子?Ｃ０，０，?Ｈｘ〇?Ｃ〇２?Ｃ〇ｉ??图２．１大气红外透射曲线⑷??Ｆｉｇ．?２．１?Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ?ｉｎｆｒａｒｅｄ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ??自然界的任何物质都处在在不断的运动的过程中，当物质从高能状态转向低??９??
外辐射差转变为物理量［３８］。通过测量分析及综合处理，就可以成功的将温度信息??转换为图像信息，呈现出目标不同部位的辐射差异，从而显示出目标的热分布特??征图（如图２．２），这就是红外成像技术的基本原理。??－?＾?ｉ??Ａｔ?Ｉ?电路处理??■?ｊ外辐射國?：—＾?］??体又?』（??１１?红外热图??＼胃—＞?麵器??％红外镜头??图２．２红外热成像原理图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｉｎｆｒａｒｅｄ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｉｍａｇｉｎｇ??２．１．２红外成像技术的发展概况及其优势??１８００年，“红外线之父”一一Ｈｅｒｓｃｈｅｌ，利用水银在不同温度下的热胀冷缩的??程度不同这一特性，发明了世界上第一只水银温度计，可谓是最早的“红外探测??器”。此后，红外探测技术的研究正式拉开了帷幕。１９３４年，德国的Ｈｏｌｓｔ等人研??制出世界上第一只红外变像管，将红外辐射图像转换为可见图像，实现了红外辐??射的光谱的可视性，红外夜视系统正式走上了历史的舞台，并在第二次世界大战??和随后的朝鲜战争中得到了广泛的运用。之后，美国德州仪器公司研制出了世界??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]中波红外镜头光机热集成设计分析研究[J]. 左腾,吴耀. 光学与光电技术. 2016(03)
[2]光机系统的一体化仿真分析[J]. 肖阳,徐文东,赵成强. 光学学报. 2016(07)
[3]Thirty Meter Telescope Detailed Science Case:2015 Warren Skidmore on behalf of the TMT International Science Development Teams &TMT Science Advisory Committee[J]. Thirty Meter Telescope International Observatory;. Research in Astronomy and Astrophysics. 2015(12)
[4]透射式红外光学系统的光机热集成分析[J]. 姬文晨,张宇,李茂忠. 红外技术. 2015(08)
[5]温度对红外光学系统的影响分析及消热差设计[J]. 张发强,樊祥,孔辉,程正东,朱斌. 激光与红外. 2015(07)
[6]红外镜头消热结构间隙设计的仿真分析[J]. 王子威,张宇,郑宇鸣,陈骥. 计算机仿真. 2014(05)
[7]基于相位复原技术测试高数值孔径光学成像系统[J]. 邵晶,马冬梅. 应用光学. 2013(01)
[8]光机热集成分析中镜面刚体位移分离[J]. 张颖,丁振敏,赵慧洁,邹百英. 红外与激光工程. 2012(10)
[9]空间光学系统技术发展探讨[J]. 张新,付强. 航天返回与遥感. 2011(05)
[10]折衍混合车载红外镜头无热化设计[J]. 徐大维,向阳,王健,康福增,刘殿双,许文斌. 红外技术. 2011(08)
博士论文
[1]光学表面频段误差对成像质量的影响研究[D]. 曾雪锋.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[2]航空相机光机热分析与热控技术研究[D]. 樊越.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2013
硕士论文
[1]红外镜头的光机热集成分析方法的研究[D]. 姬文晨.昆明理工大学 2016
[2]128×128 InSb制冷型红外成像系统研究[D]. 黄以亮.南京理工大学 2015
[3]基于分形理论的光学表面误差评价方法研究[D]. 董之然.厦门大学 2014
[4]基于硫系玻璃的温度自适应车载夜视光学系统[D]. 芦雅静.宁波大学 2014
[5]红外成像系统的光机热集成分析及散热设计[D]. 朱承希.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
[6]机械被动式温度自适应红外镜头热补偿分析[D]. 王子威.昆明理工大学 2014
[7]温度自适应红外光学系统设计及测试方法研究[D]. 王远方舟.长春理工大学 2013
[8]红外成像系统关键技术研究与实现[D]. 尚磊.西安电子科技大学 2013
[9]三维六面体网格划分技术研究与实现[D]. 刘秀萍.东北大学 2010
[10]折/衍混合红外物镜的超宽温消热差研究[D]. 邹百英.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3520668
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?“哈勃”望远镜?图１．３?ＪＷＳＴ空间光学遥感器??
射及反射等现象，辐射强度会发生衰减。然而，并非所有波段的红外线都有明显??的强度减弱现象，研究表明３￣５＾ｍ的短波和８？１２ｐｍ的长波具有很好的穿透性，??我们通常称之为“大气窗口（如图２．１），目前市面上大部分的红外热像仪，主??要是针对两个波段的“大气窗口”进行检测，最后通过计算机软件计算并显示出目??标的表面温度场，形成红外热图。??１００??输??〇?１?２?３?４?￥?６?７?８?９?１０?１１?１２?１３?１４?１５??波长（ｐｕｎ?＞??ｉ?ｉｆｌ?Ｍ?；?＊?Ｉ?＼?ｉ?ｉｉ?ｉ?Ｉ?Ｉ??Ｏｉ?ＩｈＯ０?ＣＯ＾Ｈ，０?００，０，?曼收分子?Ｃ０，０，?Ｈｘ〇?Ｃ〇２?Ｃ〇ｉ??图２．１大气红外透射曲线⑷??Ｆｉｇ．?２．１?Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ?ｉｎｆｒａｒｅｄ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ??自然界的任何物质都处在在不断的运动的过程中，当物质从高能状态转向低??９??
外辐射差转变为物理量［３８］。通过测量分析及综合处理，就可以成功的将温度信息??转换为图像信息，呈现出目标不同部位的辐射差异，从而显示出目标的热分布特??征图（如图２．２），这就是红外成像技术的基本原理。??－?＾?ｉ??Ａｔ?Ｉ?电路处理??■?ｊ外辐射國?：—＾?］??体又?』（??１１?红外热图??＼胃—＞?麵器??％红外镜头??图２．２红外热成像原理图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｉｎｆｒａｒｅｄ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｉｍａｇｉｎｇ??２．１．２红外成像技术的发展概况及其优势??１８００年，“红外线之父”一一Ｈｅｒｓｃｈｅｌ，利用水银在不同温度下的热胀冷缩的??程度不同这一特性，发明了世界上第一只水银温度计，可谓是最早的“红外探测??器”。此后，红外探测技术的研究正式拉开了帷幕。１９３４年，德国的Ｈｏｌｓｔ等人研??制出世界上第一只红外变像管，将红外辐射图像转换为可见图像，实现了红外辐??射的光谱的可视性，红外夜视系统正式走上了历史的舞台，并在第二次世界大战??和随后的朝鲜战争中得到了广泛的运用。之后，美国德州仪器公司研制出了世界??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]中波红外镜头光机热集成设计分析研究[J]. 左腾,吴耀. 光学与光电技术. 2016(03)
[2]光机系统的一体化仿真分析[J]. 肖阳,徐文东,赵成强. 光学学报. 2016(07)
[3]Thirty Meter Telescope Detailed Science Case:2015 Warren Skidmore on behalf of the TMT International Science Development Teams &TMT Science Advisory Committee[J]. Thirty Meter Telescope International Observatory;. Research in Astronomy and Astrophysics. 2015(12)
[4]透射式红外光学系统的光机热集成分析[J]. 姬文晨,张宇,李茂忠. 红外技术. 2015(08)
[5]温度对红外光学系统的影响分析及消热差设计[J]. 张发强,樊祥,孔辉,程正东,朱斌. 激光与红外. 2015(07)
[6]红外镜头消热结构间隙设计的仿真分析[J]. 王子威,张宇,郑宇鸣,陈骥. 计算机仿真. 2014(05)
[7]基于相位复原技术测试高数值孔径光学成像系统[J]. 邵晶,马冬梅. 应用光学. 2013(01)
[8]光机热集成分析中镜面刚体位移分离[J]. 张颖,丁振敏,赵慧洁,邹百英. 红外与激光工程. 2012(10)
[9]空间光学系统技术发展探讨[J]. 张新,付强. 航天返回与遥感. 2011(05)
[10]折衍混合车载红外镜头无热化设计[J]. 徐大维,向阳,王健,康福增,刘殿双,许文斌. 红外技术. 2011(08)
博士论文
[1]光学表面频段误差对成像质量的影响研究[D]. 曾雪锋.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[2]航空相机光机热分析与热控技术研究[D]. 樊越.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2013
硕士论文
[1]红外镜头的光机热集成分析方法的研究[D]. 姬文晨.昆明理工大学 2016
[2]128×128 InSb制冷型红外成像系统研究[D]. 黄以亮.南京理工大学 2015
[3]基于分形理论的光学表面误差评价方法研究[D]. 董之然.厦门大学 2014
[4]基于硫系玻璃的温度自适应车载夜视光学系统[D]. 芦雅静.宁波大学 2014
[5]红外成像系统的光机热集成分析及散热设计[D]. 朱承希.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
[6]机械被动式温度自适应红外镜头热补偿分析[D]. 王子威.昆明理工大学 2014
[7]温度自适应红外光学系统设计及测试方法研究[D]. 王远方舟.长春理工大学 2013
[8]红外成像系统关键技术研究与实现[D]. 尚磊.西安电子科技大学 2013
[9]三维六面体网格划分技术研究与实现[D]. 刘秀萍.东北大学 2010
[10]折/衍混合红外物镜的超宽温消热差研究[D]. 邹百英.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3520668
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