用于星載大氣痕量氣體監測儀的數光譜測試系統技術方案

本發明專利技術公開了一種用于星載大氣痕量氣體監測儀的數光譜測試系統，在現有真空熱試驗設備基礎上研制載荷專用的光譜測試系統，解決測試光源無法更換、調整，測試光路與儀器不匹配的難題，實現試驗過程中實時、靈活、有效的光學性能監測。通過選擇特定光源和設置光源特性，滿足儀器多個波段、多種光學參數的光譜測試。光譜測試裝置易于安裝，適用范圍廣；不改動原有試驗設備，節省設備改造、定制費用，方便快捷；光源放置在真空熱設備外部，可以隨時調整、更換；通過更換測試光源、調整光源性能、參數，輔助儀器進行定標，可與在軌定標結果進行對比驗證和校正。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及真空熱試驗環境下光譜性能測試裝置領域，具體是一種用于星載大氣痕量氣體監測儀的數光譜測試系統。
技術介紹
星載大氣痕量氣體監測儀是某對地觀測衛星搭載的光學遙感載荷，探測地球大氣及表面反射、散射的紫外/可見光輻射，獲取紫外到可見波段的高光譜數據，從而反演氣體成分的分布和變化，實現對全球大氣，尤其是與環境相關的痕量氣體的定量監測。儀器在研制階段要完成多項可靠性與環境模擬試驗，在試驗中模擬載荷發射后在軌工作環境，監測產品在此環境中的工作狀態，考核產品設計的合理性，檢驗其可靠性和性能指標。其中比較重要的是真空熱試驗，包括低氣壓放電、熱真空、熱平衡、真空低溫保持試驗等，試驗時將產品放入真空熱試驗設備中，模擬在軌的高真空深冷空間環境，按照在軌工作模式工作，并實時監測其性能。作為高光譜遙感儀器，需要測試產品在不同光源下、不同波段的光學性能，如測量特征峰中心位置和半高寬等，從而得到其光譜范圍、光譜分辨率、光譜漂移等性能指標。為此，需配合試驗條件設計合適的光譜測試系統。真空熱試驗設備一旦啟動試驗即不能隨意中斷，因此試驗過程中試驗箱是不能開啟的。光譜測試系統若使用內置光源，即測試光源放置在真空熱設備內部，試驗過程中無法更換和調整光源。若將測試光源外置，光線只能通過真空設備觀察窗口照射進入，會遭遇兩個困難：一、真空設備標準的觀察窗口是鋼化玻璃材質制成，在可見光波段透過率較高，在紫外波段透過率很低，光源發出的紫外波段光線無法透入，不適用于光學載荷儀器的性能測試；二、由于儀器放置在真空設備內的導軌平臺上，其入光孔與真空設備窗口往往不在同一水平面上，且高度相差較大，外置光源光線無法進入儀器入光孔，也就無法進行測試。為解決測試光源無法更換、調整，測試光路與儀器不匹配的難題，實現試驗過程中實時、靈活、有效的光學性能監測，研制了載荷專用的多譜段、多參數、可調節的光譜測試系統，獲得載荷在多種光譜特征和光強的入射光條件下，多個波長的光學響應特性指標，從而檢驗、校準儀器光學系統性能。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種用于星載大氣痕量氣體監測儀的數光譜測試系統，通過針對性的設計，使測試系統具備良好的適用性、易用性，解決目前缺乏用于環境模擬試驗的光學性能測試系統、測試工具使用困難、功能無法滿足全面測試要求的難題。為了達到上述目的，本專利技術所采用的技術方案為：用于星載大氣痕量氣體監測儀的數光譜測試系統，其特征在于：包括設置在真空熱實驗設備外部的可調光源裝置、安裝在真空熱實驗設備側壁上的高透過率窗片，以及設置在真空熱實驗設備內的光路轉折裝置和具有入光孔的載荷儀器，其中：可調光源裝置包括三腳架，三腳架上轉動安裝有可調角度的轉動機構，該轉動機構上安裝有可上下升降的升降臺，升降臺上設有測試光源模塊，該測試光源模塊在轉動機構、升降臺調整下光出射端對準真空熱實驗設備側壁上的高透過率窗片；光路轉折裝置包括水平設置的轉接安裝板，轉接安裝板上轉動安裝有轉動調節機構，轉動調節機構上豎向安裝有支撐架，支撐架內設有兩個呈上下相對排列的棱鏡保持架，每個棱鏡保持架分別各自通過橫軸上下滑動及轉動安裝在支撐架內，每個棱鏡保持架上分別設有直角棱鏡，且直角棱鏡的側面分別被柔性裝夾裝置緊固在對應的棱鏡保持架上，兩直角棱鏡各自一個直角邊相對，其中下方的直角棱鏡的另一個直角邊對準真空熱實驗設備側壁上的高透過率窗片，上方的直角棱鏡的另一個直角邊對準載荷儀器的入光孔；測試光源模塊的出射光從高透過率窗片進入真空熱實驗設備內，并入射至光路轉折裝置中下方的直角棱鏡，測試光源模塊的出射光依次經過下方的直角棱鏡90度反射、上方的直角棱鏡90度反射后，從入光孔入射至載荷儀器，實現對載荷儀器光學性能的測試。所述的用于星載大氣痕量氣體監測儀的數光譜測試系統，其特征在于：可調光源裝置中，測試光源模塊的光出射端上設有光圈、衰減部件、濾光部件、準直部件，測試光源模塊的光源種類可更換，可選用汞燈、或鹵素燈、或氙燈、或全波段高亮度元素燈，光源功率、光圈大小、衰減系數、濾光參數、準直特性等皆可調節，更好的適應儀器光譜測試需求。所述的用于星載大氣痕量氣體監測儀的數光譜測試系統，其特征在于：高透過率窗片采用紫外熔融石英玻璃窗片，其厚度要求足夠承受真空試驗設備產生的負壓；高透過率窗片兩面邊緣倒角，在高透過率窗片正反兩面靠近邊緣處墊密封橡膠圈。所述的用于星載大氣痕量氣體監測儀的數光譜測試系統，其特征在于：光路轉折裝置是在真空熱實驗設備內部真空熱環境下工作的部件，所用材料皆為航天試驗許用材料。所述的用于星載大氣痕量氣體監測儀的數光譜測試系統，其特征在于：兩直角棱鏡分別使用紫外熔融石英，且在直角面分別鍍增透膜，滿足光譜測試要求；直角棱鏡熱膨脹系數很小，并通過柔性裝夾裝置柔性安裝在棱鏡保持架上，可減少溫度快速變化的影響。與已有技術相比，本專利技術的有益效果體現在：（1）在現有真空熱試驗設備基礎上研制載荷專用的光譜測試系統。將測試光源外置，利用升降及角度調節裝置調整光源的立體方位和視角，配合內置的光路轉折裝置，使得測試光源光線進入儀器入光孔，實現試驗中實時、靈活的光學性能監測。通過選擇特定光源和設置光源特性，滿足儀器多個波段、多種光學參數的光譜測試。（2）光譜測試裝置易于安裝，適用范圍廣；結構簡單穩固，安全可靠；不改動原有試驗設備，節省設備改造、定制費用，經濟性好；只需拆裝更換窗片，安裝輔助測試系統，無需進行其他改動，方便快捷；光源放置在真空熱設備外部，可以隨時調整、更換，靈活有效。（3）通過更換測試光源、調整光源性能、參數，輔助儀器進行定標，實現探測中心波長的周期性校準，校正探測器的光譜特性變化。可利用光譜測試系統與在軌定標結果進行對比驗證和校正。附圖說明圖1為本專利技術的裝置及光路側視示意圖。圖2為本專利技術的光路轉折裝置示意圖。具體實施方式如圖1、圖2所示，用于星載大氣痕量氣體監測儀的數光譜測試系統，包括有外置可調光源裝置、高透過率窗片14以及光路轉折裝置。測試時可調光源裝置放置在真空熱試驗設備外部，可調光源裝置包括作為支撐的三腳架9，三腳架9平臺上裝有可調角度的轉動機構10，轉動機構10上裝有升降臺11，升降臺11上放置測試光源模塊12。轉動機構10可調整光源的角度，升降臺11可調節光源的高度，使得光源發出的光線在合適的高度垂直于高透過率窗片14進入試驗箱內。測試光源模塊12的前端包括光圈、衰減、濾光、準直等部件。其光源種類可更換，可選用汞燈、鹵素燈、氙燈、以及定制的全波段高亮度元素燈。光源功率、光圈大小、衰減系數、濾光參數、準直特性等皆可調節，更好的適應儀器光譜測試需求。測試光源模塊12發出的光通過安裝在真空熱試驗設備側壁13上的窗片14進入試驗設備內部。高透過率窗片14使用高質量的紫外熔融石英玻璃窗片替換試驗設備原有觀察窗片，在深紫外波段有很高的透過率，滿足光譜測試要求；幾乎沒有激光誘導熒光，適于采用激光光源作光路調試；窗片厚度為20mm，足夠承受真空試驗設備產生的負壓；高透過率窗片14兩面邊緣倒角，在窗片正反兩面靠近邊緣處墊密封橡膠圈，減少應力集中；高透過率窗片14材料熱膨脹系數低，耐熱震性能良好，試驗環境溫度變化對其影響不大。光路轉折裝置由轉接安裝板1、轉動調節機構2、支撐架3、直角棱鏡4、直角棱鏡5、高度本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于星載大氣痕量氣體監測儀的數光譜測試系統，其特征在于：包括設置在真空熱實驗設備外部的可調光源裝置、安裝在真空熱實驗設備側壁上的高透過率窗片，以及設置在真空熱實驗設備內的光路轉折裝置和具有入光孔的載荷儀器，其中：可調光源裝置包括三腳架，三腳架上轉動安裝有可調角度的轉動機構，該轉動機構上安裝有可上下升降的升降臺，升降臺上設有測試光源模塊，該測試光源模塊在轉動機構、升降臺調整下光出射端對準真空熱實驗設備側壁上的高透過率窗片；光路轉折裝置包括水平設置的轉接安裝板，轉接安裝板上轉動安裝有轉動調節機構，轉動調節機構上豎向安裝有支撐架，支撐架內設有兩個呈上下相對排列的棱鏡保持架，每個棱鏡保持架分別各自通過橫軸上下滑動及轉動安裝在支撐架內，每個棱鏡保持架上分別設有直角棱鏡，且直角棱鏡的側面分別被柔性裝夾裝置緊固在對應的棱鏡保持架上，兩直角棱鏡各自一個直角邊相對，其中下方的直角棱鏡的另一個直角邊對準真空熱實驗設備側壁上的高透過率窗片，上方的直角棱鏡的另一個直角邊對準載荷儀器的入光孔；測試光源模塊的出射光從高透過率窗片進入真空熱實驗設備內，并入射至光路轉折裝置中下方的直角棱鏡，測試光源模塊的出射光依次經過下方的直角棱鏡90度反射、上方的直角棱鏡90度反射后，從入光孔入射至載荷儀器，實現對載荷儀器光學性能的測試。...

【技術特征摘要】
1.用于星載大氣痕量氣體監測儀的數光譜測試系統，其特征在于：包括設置在真空熱實驗設備外部的可調光源裝置、安裝在真空熱實驗設備側壁上的高透過率窗片，以及設置在真空熱實驗設備內的光路轉折裝置和具有入光孔的載荷儀器，其中：可調光源裝置包括三腳架，三腳架上轉動安裝有可調角度的轉動機構，該轉動機構上安裝有可上下升降的升降臺，升降臺上設有測試光源模塊，該測試光源模塊在轉動機構、升降臺調整下光出射端對準真空熱實驗設備側壁上的高透過率窗片；光路轉折裝置包括水平設置的轉接安裝板，轉接安裝板上轉動安裝有轉動調節機構，轉動調節機構上豎向安裝有支撐架，支撐架內設有兩個呈上下相對排列的棱鏡保持架，每個棱鏡保持架分別各自通過橫軸上下滑動及轉動安裝在支撐架內，每個棱鏡保持架上分別設有直角棱鏡，且直角棱鏡的側面分別被柔性裝夾裝置緊固在對應的棱鏡保持架上，兩直角棱鏡各自一個直角邊相對，其中下方的直角棱鏡的另一個直角邊對準真空熱實驗設備側壁上的高透過率窗片，上方的直角棱鏡的另一個直角邊對準載荷儀器的入光孔；測試光源模塊的出射光從高透過率窗片進入真空熱實驗設備內，并入射至光路轉折裝置中下方的直角棱鏡，測試光源模塊的出射光依次經過下方的直角棱鏡90度反射、上方的直角棱...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曾議，劉鳳壘，代海山，楊勇，司福祺，韓雪冰，
申請(專利權)人：中國科學院合肥物質科學研究院，
類型：發明
國別省市：安徽;34