专利摘要

本发明公开了一种阵列式中低温热目标模拟器，它是由若干块热目标模拟单元以阵列形式固连在支架上构成的。其主要技术特点是，每块热目标模拟单元都是在易于拼接形状的基板上通过印刷电路板工艺，绘制加工出均匀分布的敷铜图案，在基板上安装温度传感器和高辐射率金属板，并将敷铜图案和温度传感器的引线通过接插件与外部的温度控制系统相连，通过对不同热目标模拟单元的温度进行相应的控制，就可以获得所需的红外热图形。本发明的主要优点是，组成形式灵活，既可室内使用，也可野外使用；能生成的热图形种类繁多，辐射率高，应用范围广；结构组成简单，批量加工成品率高、成本低。

权利要求

1.一种阵列式中低温热目标模拟器，包括若干块热目标模拟单元，其特征在于：还包括支架[11]，所述的若干块目标模拟单元以阵列形式排列并通过相应的绝缘连接件[12]固连在所述的支架[11]上；所述的热目标模拟单元含有基板[3]、金属薄板[10]、温度传感器[8]、至少带有四针的引线插接件[7]，所述的基板[3]采用易于拼接的形状，其上带有数个安装通孔[2]且正面通过印制电路板加工工艺绘制加工出由单根铜线条均匀排列出的敷铜图案[1]，所述引线插接件[7]固连在所述基板[3]的背面且其两针分别与所述敷铜图案[1]的铜线条两端连接，所述温度传感器[8]焊接在所述基板[3]的正面且其敏感头位于基板[3]的中心位置，温度传感器[8]的两条引线分别与所述引线插接件[7]的另两针连接；所述的金属薄板[10]为表面黑色氧化板且金属薄板[10]的形状和大小与所述基板[3]的形状和大小相同，金属薄板[10]背面中央带有凹槽且边缘带有相应数量的安装通孔；所述金属薄板[10]与所述基板[3]通过相应的绝缘连接件固连且金属薄板[10]的凹槽正好容纳温度传感器[8]及其引线。

2.根据权利要求1所述的阵列式中低温热目标模拟器，其特征在于：所述基板[3]的形状可以是正方形，或者是矩形，所述的敷铜图案[1]是单个矩形波序列，或是两个矩形波序列。

3.根据权利要求1所述的阵列式中低温热目标模拟器，其特征在于：所述基板[3]的形状是三角形，所述的敷铜图案[1]是波幅上下对称递增的单个矩形波序列。

4.根据权利要求1或2或3所述的阵列式中低温热目标模拟器，其特征在于：在所述基板[3]的背面绘制敷铜图案[1]，且所述基板[3]正面敷铜图案[1]和背面敷铜图案[1]的铜线条一端通过基板[3]上的过孔连接，两个敷铜图案[1]的另一端则分别与所述的两个插针连接；或者是，所述正面敷铜图案[1]和背面敷铜图案[1]的铜线条两端均分别与所述的两个插针对应连接。

说明书

技术领域

本发明涉及一种中低温热目标模拟器，尤其涉及一种适用于室内或野外模拟真实热目标的阵列式热目标模拟器。

技术背景

模拟真实物体热特性的中低温(0℃以上环境温度至180℃)热目标源在各种红外目标探测、跟踪、导引头制导、红外辐射特性的测试等领域广泛应用。目前用于模拟真实目标的热目标源多数采用简单的点辐射源、辐射率和精度较低的面源，或者是由昂贵的热电阻构成面积很小的阵列，这些辐射源均不能满足大面积、远距离、高辐射率、低成本的红外面辐射源应用的需求。

英国PritchardAP，LakeSP，SturlandIM等人在1995年的SPIE第2469卷100～108页发表的论文《DevelopmentintheUseandDesignofasuspendedResistorIRSceneProjectorTechnology》中介绍了由BritishAerospaceSowerbyResearchCentre研制的悬挂式电阻红外场景投射器TPS4系统，它是一个256×256热电阻阵列，其工作原理是将红外场景信息转换成适当的控制信号，通过一个复杂的电子控制系统，对热电阻阵列的加热量进行控制，电阻阵列中的每一个电阻均可以单独加热，从而产生红外热图，用于模拟空中目标的红外场景。该系统还包括热汇、光学瞄准器和驱动电路等部分。美国HanCJ，ColeB，HigashiRE等人在1995年的SPIE第2469卷157～167页发表的论文《512×512CryovacuumResistorInfraredSceneProject》中介绍了由HoneywellTechnologyCenter，MissionResearchCorporation，WrightLaboratory，ScienceApplicationsInternationalCorporation等机构共同研制的512×512点阵的低温真空电阻红外场景投射器，它可模拟具有77K～538K等效黑体温度的实际物体的红外图像，它适合于模拟在低温空间背景下的目标。以上两种热电阻阵列整体尺寸在几十厘米的范围内，不适合在野外等实地环境下进行测试，整个系统成本为数百万美元。

由宣益民、韩玉阁编著，国防工业出版社2004年1月第一版出版《地面目标与背景的红外特征》一书第217～218页介绍了国内在红外制导武器研制的最后阶段提供的红外特征靶标(目标)，通常是利用一个简单的热电阻(如大功率的红外灯，电热丝绕制的面源等)作为热源来测试导引头的性能，仅能满足点目标制导的武器系统。

李守荣，梁平治在2001年10月出版的半导体光电杂志第22卷第5期第308～312页发表的论文《电阻阵列动态红外景像产生器》中介绍了中科院上海技术物理研究所研制成功的64×64硅桥结构电阻阵列，这种红外景像产生器能在实验室环境下产生二维红外景像，用来模拟真实物体及其环境的辐射，探测系统对模拟目标的这种辐射的响应可以近似为对真实目标辐射的响应，因此可以用来模拟各种红外目标。国内其它单位研制的电阻阵列与上海技物所研制的类似，除像素数少于国外同类产品外，同样都具有面积尺寸小，成本高，不能同时适合野外实用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，为红外目标探测、跟踪、导引头制导、红外辐射特性测试试验提供一种能够灵活模拟真实红外热目标且室内和野外均可使用的阵列式中低温热目标模拟器。

为解决上述技术问题，本发明提供的阵列式中低温热目标模拟器包括若干块热目标模拟单元和支架，所述的若干块目标模拟单元以阵列形式排列并通过相应的连接件固连在所述的支架上；所述的热目标模拟单元含有基板、金属薄板、温度传感器、至少带有四针的引线插接件，所述的基板采用易于拼接的形状，其上带有数个安装通孔且正面通过印制电路板加工工艺绘制加工有由单根铜线条均匀排列出的敷铜图案，所述引线插接件固连在所述基板的背面且其两针分别与所述敷铜图案的铜线条两端连接，所述温度传感器焊接在所述基板的正面且其敏感头位于基板的中心位置，温度传感器的两条引线分别与所述引线插接件的另两针连接；所述的金属薄板为黑色氧化板且形状和大小与所述基板的相同，金属薄板背面中央带有凹槽且边缘带有相应数量的安装通孔；所述金属薄板与所述基板通过相应的绝缘连接件固连且金属薄板的凹槽正好容纳温度传感器及其引线。

根据本发明，所述基板的形状可以是正方形，或者是矩形，所述的敷铜图案可以是单个矩形波序列，也可以是两个矩形波序列。

根据本发明，所述基板的形状可以是三角形，所述的敷铜图案是波幅上下对称递增的单个矩形波序列。

根据本发明，还可以在所述基板的背面绘制敷铜图案，且所述基板正面敷铜图案和背面敷铜图案的铜线条一端通过基板上的过孔连接，两个敷铜图案的另一端则分别与所述的两个插针连接；或者是，所述正面敷铜图案和背面敷铜图案的铜线条两端均分别与所述的两个插针对应连接。

本发明每个热目标模拟单元的加热面基板上都绘制出形状规则的敷铜图案，当通过安装在基板背面引线插接件将敷铜图案与外部电源接通时，敷铜图案就会产生热辐射。因此，根据测试要求，可对相关的热目标模拟单元的温度值进行控制，就可以产生灵活多变的红外热图形来模拟测试所需的目标热特性。此外，在加热基板正面上覆盖一块表面氧化成黑色的金属薄板，以使每个热目标模拟单元的发热表面具有更好的均匀性和保温性，确保表面光谱辐射率达到最大。本发明所含有的热目标模拟单元的数量越多，所形成红外图像的分辨率越高，能够形成的红外图像也越复杂，应用范围越宽，测试效果就越好。本发明是生成低成本、多种优质红外图像的有效途径，它可根据使用需要，选择任意数量的热目标模拟单元进行拼接，因而，既可以拼接成小面积阵列供室内测试使用，也可以拼接成大型阵列供野外测试使用；与现有技术中采用电阻阵列的红外景像产生器相比，本发明结构组成简单，批量加工成品率高、成本低。

附图说明

图1是本发明第一实施例阵列式中低温热目标模拟器的组成示意图。

图2a是第一实施例热目标模拟单元的基板组件正面视图。

图2b是第一实施例热目标模拟单元的基板组件背面视图。

图2c是第一实施例热目标模拟单元的基板组件侧面视图。

图3是本发明中带有两个矩形波序列敷铜图案的基板示意图。

图4是第一实施例热目标模拟单元的金属薄板背面视图。

图5是第一实施例热目标模拟单元的装配示意图。

图6是本发明第二实施例阵列式中低温热目标模拟器的组成示意图。

图7a、图7b分别是第二实施例热目标模拟单元基板的正、反面敷铜图案。

图8是本发明第三实施例阵列式中低温热目标模拟器的组成示意图。

图9是第三实施例热目标模拟单元基板的正面敷铜图案。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

正如图1所示，本发明第一优选实施例提供的阵列式中低温热目标模拟器是由49块相同的热目标模拟单元构成的7×7阵列，并通过绝缘螺钉12固连在支架上11。

根据图2a、图2b、图2c所示，第一优选实施例热目标模拟单元的基板3选用敷铜环氧树脂玻璃纤维布层压板制作成尺寸200mm×200mm的正方形，其材料的耐受温度在室温到180℃的中低温范围内。基板3发热区外各边留出8mm的边带，其正反两面通过印制电路板PCB加工工艺均绘制加工出单个矩形波序列的敷铜图案1，且两面敷铜图案1的波形方向相互垂直并均匀布置在基板3正反面的发热区内，基板3正反表面涂覆有耐高温绝缘层。当然，也可以将敷铜图案绘制成两个矩形波序列的形式(参见图3)。在基板3的四个边带上设有装配孔2，装配孔2的尺寸为Ф2.5mm；此外，在基板3的其中一组对边带上设有与支架11连接用的安装通孔4且其中一个边带上还设有四个插针孔5。基板3正面敷铜图案1和背面敷铜图案1的铜线条一端通过基板上的过孔6连接，正反两面敷铜图案1的另一端则分别与中间的两个插针孔5焊接。四针矩形引线插接件7通过其四个插针焊接到插针孔5中。温度传感器8选用点状PT100温度传感器，点状PT100温度传感器焊接在基板3上且其敏感头位于基板3的中心位置，其两根引线分别焊接到两端的插针孔5。将绝缘垫片9剪成略大于焊点区域的尺寸粘贴在焊点上，保证四个插针孔焊点各自独立且与其它导体之间绝缘。

根据图4所示，第一优选实施例热目标模拟单元的金属薄板10采用硬铝(密度为2.8g/cm³)制作，其上设有与基板3上安装通孔和装配孔的大小、位置、数量相对应的通孔。根据温度传感器8的宽度和高度及其引线的长度可在硬铝板10的背面铣出宽约3mm，深约1mm，长约90mm的直槽，再在与接插件7对应的位置上铣出能够将焊点包括在内的斜槽，边缘各留出8mm范围。如果金属薄板10的正面过于光滑，应进行打毛或喷砂处理，再将整块铝板进行黑色氧化处理，保证整块板上没有裸露的金属。

根据图5所示，金属薄板10的背面对应紧贴地扣在基板3的正面并通过两者上的装配孔和绝缘螺钉将两者固连，由此也就构成了本发明第一优选实施例中的热目标模拟单元。通常，基板3发热区的功率由其上敷铜图案1的电阻值确定，其参考电阻值可用下式确定：R＝ρ×l/(w×h)，其中ρ为铜线条的电阻率，20℃时其值为0.017Ω/mm²；w为铜线条宽度，h为铜线条厚度，根据制作工艺h一般在0.25～0.40mm范围内，1为铜线条长度。而实际功率则由实测电阻值计算得出。经实验测试，本发明第一优选实施例正面的光谱发射率在3～5μm和8～14μm波段均达到0.9以上；无风条件下，温度控制精度≤±2℃，温度均匀性(均方差)≤3℃，温差范围1℃～80℃。

再参见图1，在使用本发明第一优选实施例时，先将各块热目标模拟单元的四针插接件7分别与温度控制系统相连，使敷铜图案1的两端连接于温控系统的功率信号输出端，温度传感器8的两根引线与温控系统的探测器信号输入端连接。温控系统内部电路与温度传感器8构成的回路可以将温度传感器8从基板3探测到的温度信号转换成电压信号，与设定温度对应的电压值进行比较，当探测值低于设定值时，控制功率信号端输出电信号，对热目标模拟单元进行加热，当探测值高于设定值时，控制功率信号端截止电信号的输出，这样就构成对热目标模拟单元的闭环控制，保证每块热目标模拟单元的温度稳定。通过对各热目标模拟单元的温度进行分别控制，就可以产生灵活多变的红外热图形。若将第一优选实施例阵列中的第二行第3～5块，第三行第2～6块，第四行第1～7块，第五行第1、2、6、7块热目标模拟单元的温度均控制为50℃，其余单元的温度控制为30℃，就可以得到一个温差为20℃的坦克正面模拟热目标靶(参见图1中黑色阴影部分)。若将第一优选实施例阵列中的第二行第1～5块，第三行第1～6块，第四行第1～7块，第五行第2、3、6块热目标模拟单元的温度控制为50℃，其余单元的温度为30℃，就可以得到一个温差为20℃的军车侧面模拟热目标靶。若将第一优选实施例阵列中的第4行和第4列热目标模拟单元的温度控制为50℃，而其他热目标模拟单元的温度为30℃，就可以得到一个温差为20℃的十字热目标靶。若将第一优选实施例阵列中所有的热目标模拟单元的温度控制为50℃，就可以得到一个温度为50℃的热目标方靶。

根据图6所示，本发明第二优选实施例与第一个优选实施例的主要区别是，它是由7块相同的热目标模拟单元构成的1×7阵列，其热目标模拟单元的基板3为尺寸200mm×100mm的矩形，其正面的敷铜图案1为单个矩形波序列(参见图7a)，背面的敷铜图案1为两个矩形波序列(参见图7b)，两面敷铜图案1的波形方向相互垂直且两个敷铜图案的两个端头均分别焊接在中间的两个插针孔5中。金属薄板与基板3相适应。如果将本优选实施例的任意相邻两个热目标模拟单元的温度控制在80℃，其余的热目标模拟单元控制在30℃，就可以得到一个温差为50℃的方形热目标。如果将本优选实施例的第1、3、5、7块热目标模拟单元的温度控制在80℃，其余热目标模拟单元的温度控制在30℃，就可以得到一个温差为50℃的四杆热靶(参见图6中黑色阴影部分)。如果将本优选实施例的所有热目标模拟单元的温度控制在60℃，就可以得到一个温度为60℃的矩形热目标。本优选实施例所构成的热目标图形，可作为室内或室外用模拟热目标。

根据图8所示，本发明的第三个优选实施例与第一优选实施例的主要区别是，用38块等边三角形热目标模拟单元拼接成一个多边形的热目标模拟器，其热目标模拟单元的等边三角形基板3的各边长为300mm，基板3只有正面带有敷铜图案1，该图案是波幅上下对称递增的单个矩形波序列并与基板3的形状相匹配(参见图9)。温度传感器8选用圆片状PT100温度传感器，金属薄板与基板3相适应。三角形热目标模拟单元可以方便地形成具有斜边形状特点和不规则形状物体的模拟热目标。若将第三优选实施例中的第一行第1～7块，第二行第5块，第三行第5～7块，第四行第5～7块热目标模拟单元的温度均控制为60℃，其余单元的温度控制为30℃，就可以得到一个温差为30℃的直升机迎头方向模拟热目标靶。若将第三优选实施例中的第二行第3～5块，第三行第4～6块热目标模拟单元的温度均控制为70℃，其余单元的温度控制为30℃，就可以得到一个温差为40℃的正六边形的热目标靶(参见图8中黑色阴影部分)；如果将该靶面放置在较远的位置，可作为近似圆形的热目标靶使用。

在用本发明各实施例形成的坦克、直升机、军车等模拟热目标，不仅可为综合光电武器系统上的红外导引装置的性能测试提供静态热目标靶，同时，如果将热目标模拟器安装在运动平台上，还可以作为红外导引装置在真实环境下的动态热目标，使其完成探测和跟踪任务。由于热目标模拟单元成本低廉，具有模块化结构和可更换性，也可以作为装载有红外导引装置导弹的远距离可摧毁目标使用。

阵列式中低温热目标模拟器专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。