[发明专利]一种高真空低温环境下的光学斩波器

说明书

本发明公开了一种高真空低温环境下的光学斩波器，包括低温斩波片、腔内转轴、双轴输出伺服电机、腔外转轴、常温斩波片、U型光电开关和控制器，经过通光孔的弱辐射光信号被均匀地调制成交变的辐射光信号，此时通过固定在常温斩波片周边的U型光电开关实时读取出常温斩波片的转动频率即低温斩波片的转动频率，并输入控制器转化成能够被锁相放大器识别的交变参考电信号，从而使锁相放大器完成对待测目标辐射信号的识别和放大。本发明可以在高真空低温环境下将微弱的辐射光信号调制为频率已知的交变的辐射光信号，从而进行识别和放大。

技术领域

本发明属于低温及信号调制技术领域，具体涉及一种高真空低温环境下的光学斩波器。

背景技术

在用直接法测量材料的辐射特性，尤其是测量低温辐射特性时，由于材料自身的热辐射能量比较弱，通常测量信号很容易淹没在噪声信号里，导致无法得到真实有效的测量值。目前实验室在测量过程中一般采用斩波器和锁相放大器将辐射弱信号从噪声信号中提取出来，并做放大处理。这种方法广泛应用于常温和中高温的材料辐射特性测量，然而在温度较低的测量过程中，如果斩波器不处于低温环境下，那么斩波片的温度就会比要测量的目标还要高，此时斩波片本身就成为了一个直接的热干扰源，会严重影响目标辐射的测量精度。想要减小斩波片自身的热辐射对测量信号的影响，目前有两种方法：1、尽可能减小斩波片的发射率；2、降低斩波片的温度，使其在较大程度上低于待测目标的温度。第一种方法实现较为简单，但减小斩波片的发射率就意味着增大其反射率，而反射率的增加会增大杂散光的影响，为测量系统增加多个难以评估的干扰源。第二种方法理论上能够很好地解决低温辐射信号测量的问题，但目前市场上还找不到能够适用于高真空低温的光学斩波器，同时找不到能够在高真空低温环境下高速运行的私服电机，无法搭建低温下的斩波调制系统。

发明内容

本发明在低温辐射测量需求的基础上提出了一种成本低廉且易于实现的高真空低温环境下的光学斩波器。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种高真空低温环境下的光学斩波器，其特征在于包括低温斩波片、腔内转轴、双轴输出伺服电机、腔外转轴、常温斩波片、U型光电开关和控制器，其中低温斩波片处于真空腔内，该低温斩波片与伺服电机一侧输出轴通过腔内转轴同轴连接，低温斩波片安装于两个相对设置的内部布有液氮管道的制冷外壳之间，两个制冷外壳与低温斩波片之间通过热辐射达到热平衡状态，以实现对低温斩波片的降温，相对设置的制冷外壳上设有通光孔，通过制冷外壳通光孔的微弱辐射光信号经旋转的低温斩波片被均匀地调制成交变的辐射光信号；伺服电机、常温斩波片和U型光电开关均处于真空腔外，该常温斩波片与伺服电机另一侧输出轴通过腔外转轴同轴连接，常温斩波片周边设有用于实时监测常温斩波片转动频率的U型光电开关，由于低温斩波片与常温斩波片同轴连接，故低温斩波片与常温斩波片具有相同的转动频率，通过将U型光电开关采集的低温斩波片的转动频率输入控制器并转化成能够被锁相放大器识别的交变参考电信号，从而使得锁相放大器完成对待测目标辐射信号的识别和放大。

进一步优选，所述伺服电机的转速能够达到3000r/s。

进一步优选，所述腔内转轴与高真空腔的连接处通过磁流体密封。

进一步优选，所述低温斩波片与常温斩波片同轴连接且结构一致，其厚度均为1mm，两个制冷外壳的相对侧分别设有与低温斩波片相配的深度为1.5mm的圆形凹槽，低温斩波片设置于两个制冷外壳相对扣合组装形成的厚度为3mm的圆柱型腔体内以实现低温斩波片在圆柱型腔体内自由转动，该低温斩波片的温度低于-100℃。

进一步优选，所述制冷外壳上开有直径为25mm的通光孔，制冷外壳以及低温斩波片上均喷涂有高发射率的黑漆，用于增加制冷外壳与低温斩波片之间的热辐射且不增加杂散光的影响。

本发明现有技术相比的优势在于：

1、本发明提出的高真空低温环境下的光学斩波器可以在高真空低温环境下将微弱的辐射光信号调制为频率已知的交变的辐射光信号，从而进行识别和放大。