衛星定標積分球面均勻性檢測裝置的制作方法

本實用新型涉及衛星定標積分球面均勻性檢測裝置，具體涉及一種遙感衛星上使用的光譜輻射定標積分球面均勻性檢測裝置。

背景技術：

衛星發射對于星上所使用的儀器要求非常嚴格，根據衛星的用途，要嚴格挑選衛星上使用的儀器。對于遙感衛星來說，星上定標積分球是最基本的，必不可少的儀器。這是因為衛星上使用的儀器所處的工作環境非常惡劣，極端的高溫，極端的低溫，各種儀器的參數會不斷發生變化，這就需要不斷校準儀器，對于遙感衛星來說，需要有星上定標積分球，不斷地對遙感儀器進行星上定標。然而，衛星這種航天器，其本身的特殊性，決定了積分球必須具有體積小，重量輕，可靠性高。因此，航天積分球往往設計得很小，只有3 -- 5厘米，其出光口非常小，一般直徑在1厘米以下。積分球的光學性能優劣對于星上定標積分球來說，直接影響遙感衛星對地觀測成像的質量。衛星在發射前要對積分球的各項參數作最后的檢測，以便獲得各項參數的數據作為備份和依據。其中面均勻性的檢測歷來都是一個難題，其一，航天積分球出光口小，要求光電探測器的探頭微小，技術上很難實現。其二，用探測器進入發光區域測量，勢必會影響發光區域的發光均勻度，測量會不準確，誤差非常大，失去測量的可靠性。因此，要進行不影響積分球發光狀態下無接觸地測量發光口面均勻性是非常困難的。本實用新型衛星定標積分球面均勻性檢測裝置巧妙地運用光學成像的原理進行測量否，設計了一套方便，高效的檢測裝置，解決了這一難題，用此方法對遙感衛星的星上定標積分球，進行面均勻性檢測，取得了很好的效果。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術難題在于,提供一種衛星定標積分球面均勻性檢測裝置，要求該裝置測量精度高，操作簡單，能實現自動化測量。

為解決上述技術問題，本實用新型衛星定標積分球面均勻性檢測裝置，采用光學成像的方法，運用計算機技術，自編軟件實現了無接觸自動化測量。由測量底座，二維數控平移臺，光學成像部分，光學系統調整臺，高精度光電探測器，6位半高精度電壓表，計算機等組成；其特征是：所述系統測量底座設有底板，在底板上設有X方向燕尾導軌和Y方向的燕尾導軌。在Y導軌上設有平移臺固定支架，所述平移臺固定支架上固定有二維數控平移臺，所述的二維數控平移臺固定在可以沿Y方向移動的平移臺支架上，所述二維數控平移臺的步進電機與平移臺驅動控制器連接，從而使得二維數控平移臺的移動可被程序控制。所述二維數控平移臺上一對水平方向輔助導軌設置有水平輔助支架，所述輔助支架之間還設置有水平方向移動的步進電機，水平方向移動的步進電機主軸上的驅動絲桿組成了水平方向輔助驅動裝置。所述的水平輔助支架上設置有豎直方向移動的步進電機，所述豎直方向移動的步進電機主軸上設置有豎直方向移動的驅動絲桿，輔助支架上經豎直方向移動的驅動絲桿和一對豎直方向移動的導軌活動連接，所述豎直方向移動的導軌上設有輔助夾板支架，所述的輔助夾板支架上活動的設置有一對輔助夾板。所述輔助夾板兩板之間放置待測積分球，所述待測積分球設有出光口，出光口正對著光電探測器鏡筒。所述底板上X導軌上設有可以沿X方向移動的光學探測器調整支架，所述支架上經Y方向導軌活動設置有工作平臺，所述工作平臺上方設置有光學探測器鏡筒固定架，所述鏡筒固定支架，內固定有鏡筒，所述工作平臺四角設置有四根穿過光學探測器鏡筒固定架的導柱，所述光學探測器鏡筒固定架下方的中部設置有可調節固定架升降的調節螺桿和螺母，可以調光學探測器鏡筒固定架升降。

采用上述技術方案后，測量時，在輔助夾板上固定待測積分球，在控制器的驅動下，水平方向移動的步進電機和豎直方向移動的步進電機配合，待測積分球沿水平和豎直方向逐點移動，形成一個方形逐點采光面，鏡筒內凸透鏡采光點聚焦于積分球出光口平面上。測量前，鏡筒移動到合適位置后固定不動，調節好成像點，使得成像點恰好落在高精度光電探測器（陷阱探測器）的采光面上。依次采集到一系列的光電信號，采集到的光電信號送人高精度電壓表進行測量，測量數據進入計算機進行存儲，經過相應軟件處理，便可得到積分球出光口的輻亮度面均勻性的立體函數圖像，可以直觀地反應待測積分球面均勻性。

本實用新型衛星定標積分球面均勻性檢測裝置的創新點在于，1.將待測積分球的發光面經過凸透鏡一比一地成像，投射進入鏡筒內陷阱探測器的受光面上，將光學量轉化成電學量進行測量，由探測器輸出的光電信號進入高精度電壓表進行測量，測量結果進入計算機進行存儲和處理，解決了無接觸地精確測量航天積分球面均勻性的難題。2.采用二維數控平移臺掃描的方式采集積分球均勻性的測量數據，實現了測量的自動化。

附圖說明

圖1 是本實用新型衛星定標積分球面均勻性檢測裝置工作原理示意圖。

圖2是本實用新型衛星定標積分球面均勻性檢測裝置結構示意圖。

圖3是本實用新型衛星定標積分球面均勻性檢測裝置測量光路示意圖。

圖4是本實用新型衛星定標積分球面均勻性檢測裝置測量軟件流程圖。

圖5是本實用新型衛星定標積分球面均勻性檢測裝置步進電機運行路線示意圖。

圖6是利用本實用新型測量HJY20-1-A衛星超光譜成像儀星上定標積分球面均勻性所得立體函數效果圖。

具體實施方式

下面結合附圖進一步說本實用新型衛星定標積分球面均勻性檢測裝置的測量原理與控制過程。

如圖1，圖2，圖3所示，由測量底座，二維數控平移臺，光學成像部分，光學系統調整臺，高精度光電探測器，6位半高精度電壓表，計算機等組成；其特征是：所述系統測量底座設有底板24，在底板24上設有X方向燕尾導軌19和Y方向的燕尾導軌25，在Y導軌25上設有平移臺固定支架29，所述平移臺固定支架29上固定有二維數控平移臺，所述的二維平移臺固定在可以沿Y方向移動的平移臺支架29上，所述二維數控平移臺的步進電機與平移臺驅動控制器連接，從而使得二維數控平移臺的移動可被程序控制；所述二維平移臺上一對水平方向輔助導軌27設置有水平輔助支架28，所述輔助支架28之間還設置有水平方向移動的步進電機26、水平方向移動的步進電機26主軸上的驅動絲桿33組成了水平方向輔助驅動裝置；所述的水平輔助支架28上設置有豎直方向移動的步進電機32，所述豎直方向移動的步進電機32主軸上設置有豎直方向移動的驅動絲桿30，輔助支架28上經豎直方向移動的驅動絲桿30和一對豎直方向移動的導軌37活動連接，所述豎直方向移動的導軌37上設有輔助夾板支架23，所述的輔助夾板支架23上活動的設置有一對輔助夾板22。所述輔助夾板22兩板之間放置待測積分球34，所述待測積分球34設有出光口35，出光口35正對著光電探測器鏡筒14；所述底板上X導軌19上設有可以沿X方向移動的光學探測器調整支架，所述支架上經Y方向導軌活動設置有工作平臺18，所述工作平臺18上方設置有光學探測器鏡筒固定架15、36，所述鏡筒固定支架15、36內固定有鏡筒14，所述工作平臺18四角設置有四根穿過光學探測器鏡筒固定架15、36的導柱20，所述光學探測器鏡筒固定架15、36下方的中部設置有可調節固定架15、36升降的調節螺桿17和螺母16，可以調光學探測器鏡筒固定架15、36升降。

光學成像部分，由鏡筒10，凸透鏡7，第一光欄8，第二光欄9，高精度光電探測器（陷阱探測器）12、13組成。所述光學部分系統的設置方式是，鏡筒的前端設有凸透鏡7，被車有螺紋的壓圈6壓住，凸透鏡7的后面設有第一道光欄8，所述第一道光欄8的后面設有第二道光欄9，所述鏡筒10的后端車有螺紋，用此螺紋和高精度光電探測器（陷阱探測器）12、13相連接。

采用上述技術方案后，在輔助夾板22上固定待測積分球34，所述積分球由外殼1，反射層2，光線反射腔3，和工作燈5組成。在控制器的驅動下，水平方向移動的步進電機26和豎直方向移動的步進電機32配合，待測積分球34沿水平和豎直方向逐點移動，形成一個方形逐點采光面，鏡筒10采光點聚焦于積分球34出光口平面上。測量前，鏡筒10移動到合適位置后固定不動，調節好成像點，使得成像點恰好落在高精度光電探測器（陷阱探測器）12的采光面上。依次采集到一系列的光電信號，經軟件處理，便可得到積分球出光口的輻亮度面均勻性的立體函數圖像。測量軟件應用C語言編寫。

本實施例工作過程如下，將待測積分球夾持在輔助夾板的兩板之間，接通積分球工作燈電源，讓積分球正常發光。將光電探測器鏡筒放置于鏡筒固定架內，沿X方向移動的光學探測器調整支架，調整其X方向位置，使其對準積分球出光口，再調整工作平臺升降螺母，使得光電探測器鏡筒的軸線和積分球出光口的中心點重合，再調整平移臺支架在Y方向上的位置，使得鏡筒的凸透鏡的采光點基本聚焦于積分球出光口平面，再微調工作平臺在Y方向上的位置，使得積分球發光面精確地聚焦于鏡筒內陷阱探測器的受光面上。啟動計算機設定工作程序，1.設定采集區域的大小尺寸，水平方向長度和豎直方向長度。2.設定采集掃描的步進距離大小。3.設定掃描方式，先水平（豎直）方向，還是先豎直（水平）掃描。打開探測器電源和高精度電壓表電源，準備就緒啟動采集程序，進行自動采集測量。整個測量過程應該放在光學實驗室內進行，為了防止雜散光的進入，實驗室內不能有任何其它光源。

本實施例檢測的典型例子是，運用本積分球均勻性檢測系統，對安徽光機所研制的HJY20-1-A衛星超光譜成像儀星上定標積分球的面均勻性進行的測量。

其測量過程如下：該積分球直徑3厘米，出光口直徑為3.5mm。為了使掃描區域覆蓋整個出光口，選取的區域面積需要大于出光口的面積，選取掃描區域為 的正方形。掃描的步進要根據出光口的面積大小來確定，出光口小，步進就要小一點，密一點，反之就可以大一點。選取掃描步進為0.3mm，掃描點為30*30=900個點。為了調整掃描區域，打開計算機和平移臺控制器，輸人X軸，Y軸起始位置數據和步進參數，試運行之，調整距離使出光口落在掃描區域中央，保證掃描區域中心和出光口中心重合。

積分球面均勻性的測量結果如下，測試條件：采樣區域9mm X 9mm，采樣步進0.3mm，積分球燈泡電流1.58A，燈泡電壓8.46伏。測量結果如下：出光口部分區域探測器實測數據（典型值）。探測器輸出電壓單位：伏特。

2.226261 2.233494 2.235188 2.235052 2.233753 2.231586 2.228724

2.235029 2.238894 2.239630 2.238936 2.237289 2.234941 2.232127

2.240852 2.243778 2.244079 2.242846 2.240906 2.238639 2.235998

2.245677 2.248451 2.248519 2.246966 2.244673 2.242229 2.239678

2.249636 2.252669 2.252979 2.251392 2.248719 2.245804 2.243015

2.252445 2.256147 2.256981 2.255815 2.253293 2.250029 2.246588

2.253896 2.258514 2.260041 2.259613 2.257686 2.254748 2.251082

2.252886 2.259457 2.261817 2.262371 2.261249 2.258826 2.255312

2.244291 2.258238 2.262223 2.263755 2.263537 2.261893 2.258687

利用計算機軟件對存儲的積分球實測數據進行處理，得到HJY20-1-A衛星超光譜成像儀星上定標積分球面均勻性實測數據的立體函數效果圖，如圖6所示。

對測量數據進行分析，均勻性計算：

（1）直徑3.5mm之內

（2）直徑3.0mm之內

由以上計算可以看出，出光口面不均勻度在百分之零點五以內，滿足星上定標要求。

本實施例如圖4所示，用前面實測例子說明測量軟件工作流程如下：開始，初始化，設定水平電機運行的步進長度，每步0.3mm，設定水平電機每行總步數n=30。設定豎直電機運行的步進長度，每步0.3mm，設定豎直電機總行數m = 30。啟動水平步進電機正轉，光電信號采集電路采集每步的光電信號，第一行運行完畢，光電信號采集結束，存儲第一行信號數據，啟動豎直電機正轉，運行一個步進長度。啟動第二行運行程序，啟動水平步進電機反轉，光電信號采集電路采集每步的光電信號，第二行運行完畢，光電信號采集結束，將采集的光電信號倒序排列，并存儲第二行信號數據，再啟動豎直電機正轉，運行一個步進長度。再啟動啟動第三行運行程序，后面繼續運行循環程序，直到第三十運行結束，光電信號采集結束，將采集的光電信號倒序排列，并存儲第三十行信號數據，豎直步進電機停轉。處理全部數據，檢測結束。

如圖5所示，在整個步進電機運行采集過程中，奇數行水平步進電機正轉運行，偶數行水平步進電機反轉運行，往回移動。采集的數據需要排列成四方陣列，便于數據處理。因此，必須對偶數行的數據，進行倒序排列后，再存儲。第三十行后運行結束，豎直步進電機不再轉動。