【摘要】：隨著紅外熱成像技術(shù)的不斷發(fā)展,紅外熱成像儀已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)中。對(duì)于安防用紅外熱成像儀,由于其常年工作在室外,環(huán)境溫度的擾動(dòng)將對(duì)引起其內(nèi)部紅外光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量發(fā)生變化。因此,需要研究紅外熱成像儀在環(huán)境溫度與其內(nèi)部熱源疊加時(shí)其內(nèi)部的溫度場(chǎng)的分布情況,以及由此引起的光機(jī)元件的熱變形及熱應(yīng)力對(duì)紅外光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響。根據(jù)分析結(jié)果為紅外熱成像儀設(shè)計(jì)相應(yīng)的熱控措施,對(duì)提高紅外熱成像儀的工作穩(wěn)定性具有重要意義。本文主要利用光機(jī)熱集成分析方法對(duì)處于各環(huán)境溫度場(chǎng)下的紅外熱成像儀整機(jī)進(jìn)行分析。首先建立了紅外熱成像儀整機(jī)有限元模型,并利用熱分析軟件ANSYS ICEPAK分析得到了紅外熱成像儀在各環(huán)境溫度下的溫度分布。利用分析得到的結(jié)果,在ANSYS WORKBENCH中對(duì)紅外熱成像儀進(jìn)行了熱—結(jié)構(gòu)耦合分析,分析得到了紅外熱成像儀在非均勻溫度場(chǎng)下光機(jī)元件的熱變形及熱應(yīng)力,以及光學(xué)系統(tǒng)中鏡片中心厚度、鏡片間隔的變化。其次,為了分析紅外鏡頭中鏡片面形的變化對(duì)紅外光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響,利用Zernike多項(xiàng)式作為有限元軟件與光學(xué)軟件的接口。在有限元分析結(jié)果中提取了鏡面節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù),通過(guò)Zernike多項(xiàng)式擬合得到了前37項(xiàng)Zernike系數(shù)。最后,將得到的鏡片中心厚度、間隔變化以及各面的Zernike系數(shù)帶入到光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX中對(duì)紅外光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量變化進(jìn)行了分析。根據(jù)成像質(zhì)量分析的結(jié)果,有針對(duì)性的對(duì)紅外熱像儀進(jìn)行了熱控設(shè)計(jì),保證了紅外熱成像儀在外界環(huán)境溫度變化時(shí)內(nèi)部的溫度。為了驗(yàn)證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性,對(duì)紅外光熱成像儀進(jìn)行了整機(jī)高低溫成像實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,紅外熱成像儀在高低溫情況下的成像質(zhì)量與仿真分析得到的結(jié)果相一致,證明了分析方法的準(zhǔn)確性。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH744.1
【圖文】：

波段為 0.38~0.78μm。波長(zhǎng)小于 0.38μm的電磁波稱為紫外線，波長(zhǎng)電磁波稱為紅外線，這兩種光線人眼都無(wú)法感知。紅外線又稱為紅在 0.75~1000μm的電磁波。紅外電磁波譜的發(fā)現(xiàn)是從近紅外(0.78(1~2.5μm)逐步擴(kuò)展到中波紅外(3~5μm)、長(zhǎng)波紅外(8~14μm)的[7]。著三個(gè)重要的紅外“窗口”，分別為 1~3μm、3~5μm 和 8~13μm 三也就是說(shuō)這三個(gè)波段的紅外輻射光線不會(huì)被大氣吸收[8]。 1800 年英國(guó)天文學(xué)家郝謝耳(Herschel)發(fā)現(xiàn)紅外線的熱效應(yīng)以來(lái)，射做了大量研究。一般而言，溫度高于絕對(duì)零度(-273℃)的物體，其空間中不停的向外輻射著紅外線。在我們生活的環(huán)境中，天空、太等都是紅外輻射源，道路上行駛的汽車、海上的船舶等同樣也是紅類自身以及其它動(dòng)物也是紅外輻射源�？傊t外輻射無(wú)處不在，間[9]。

建立紅外熱成像儀的三維模型，然后通過(guò)集成在PRO/E 與 ANSYS Workbench的接口將三維模型導(dǎo)入到 ANSYS Workbench中進(jìn)行熱分析和結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析。紅外熱成像儀的整機(jī)三維模型如圖3.1 所示，其外形尺寸約為360 × φ172，其防水防塵等級(jí)為 IP66，整機(jī)密封。紅外熱成像儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3.2 所示。紅外熱成像儀主要由法蘭盤、紅外鏡頭組件、紅外探測(cè)器、內(nèi)部電路組件、支撐板、殼體、后板、頂板、安裝座以及航空插頭組成。紅外鏡頭以及內(nèi)部電路組件安裝在支撐板上，再將支撐板放入殼體中。紅外熱成像儀前端通過(guò)密封墊和法蘭盤進(jìn)29

紅外熱成像儀中紅外鏡頭二維結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。光學(xué)元件為鏡片1和鏡片2，機(jī)械元件主要為壓圈、鏡筒、電機(jī)、電機(jī)座、導(dǎo)釘、調(diào)焦環(huán)、調(diào)焦筒、探測(cè)器接口等。壓圈 1 通過(guò)壓緊密封圈使鏡片 1 緊靠在鏡筒上，密封圈可以起到防水防塵的作用，鏡片 2 由壓圈直接壓緊與調(diào)焦筒中。調(diào)焦環(huán)和調(diào)焦筒之間通過(guò)導(dǎo)釘連接，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，調(diào)焦環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)導(dǎo)釘在鏡筒的凸輪槽移動(dòng)，從而使調(diào)焦筒實(shí)現(xiàn)沿軸向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。接口主要用于與紅外探測(cè)器相連接。該紅外鏡頭屬于定焦紅外鏡頭，其光學(xué)系統(tǒng)如圖 3.4 所示，其光學(xué)性能如表 3.1 所示。該紅外光學(xué)系統(tǒng)有兩30

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2797359