红外显微镜热成像系统结构设计及分析

论文摘要

随着我国电子、医疗事业的蓬勃发展,随之而来的技术问题也随之出现,普通光学显微镜只能放大看到许多微小生物,但是对于一些电子元件、晶体和内部受损无法进行观测的情况如(医疗上的癌变细胞、电子晶格缺陷),却不能有效进行检测。而红外显微镜利用红外成像技术通过温度的变化就可以找出问题所在。如：在电路板方面,红外显微镜可以将出现故障的大规模集成电路板中数以万计的微小元器件的影像传输到计算机中,经过计算机的分析,可以很容易地分析出具体故障所在。因此,大量电子元器件故障的快速检测将变得简单、快捷。本文选题以云南省科技创新强省计划项目——红外显微热成像系统为背景,以中国兵器北方夜视集团红外镜头结构、系统为研究对象。本文首先运用人机工程学结合我国适用人群采取样本数据对红外显微镜进行整体结构设计,采用组件化设计、优化设计和工程学设计等方法,有针对性的采取措施,在满足成像性能,减轻重量,合理安排结构和改善人机操作性能等方面作研究。设计出的产品不仅满足产品的实用性能,同时达到现代产品“以人为本”设计理念的要求。根据镜头结构的光学基本要求,提出了红外显微镜主要部件红外镜头结构的设计方案,根据红外镜头的光学系统确定了红外镜头的机械系统,主要结构尺寸,并对镜片的材料进行了选取,以达到成像最优化,并在此基础上确定了整机的结构,包括通用器件红外探测器、显示器等的选取。通过Solidworks软件对主要结构镜头进行了三维实体建模。并结合ZEMAX分析软件对镜头里有无车消光螺纹对红外成像的影响进行了分析,通过有限元分析对装配时镜片所受到的压力变形进行了研究,通过实际产品进行验证。最后研制出了实验样机,并对电子器件和人体手指进行了红外显微成像,从实验结果看出产品可以达到应用需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题目的
• 1.3 红外显微镜国内外发展现状
• 1.3.1 红还显微热成像系统的国外发展概述
• 1.3.2 红外显微热成像系统的国内发展概述
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 红外显微镜的工作原理及组成
• 2.1 红外热成像技术
• 2.1.1 红外线基础理论
• 2.1.2 红外辐射的基本概念
• 2.1.3 红外显微镜（红外热成像系统）原理
• 2.1.4 红外显微镜技术的优点
• 2.1.5 红外显微镜技术的应用
• 2.2 红外显微镜热成像系统的组成结构
• 2.2.1 红外显微镜光学系统
• 2.2.2 红外探测器
• 2.2.3 显示器
• 2.3 红外显微镜热成像系统的机械装置
• 2.4 本章小结
• 第三章 人机工程学概述及对整机的整体结构设计
• 3.1 人机工程学基本理论
• 3.1.1 人机工程学的概念
• 3.1.2 人机工程学的发展
• 3.2 人机工程学的研究方向和应用
• 3.3 人机工程在红外显微镜热成像系统中的应用
• 3.3.1 整体红外显微镜的组成
• 3.3.2 作业空间设计的一般原则
• 3.3.3 载物台设计
• 3.3.4 调焦机构设计
• 第四章 红外显微镜系统镜头结构设计
• 4.1 红外镜头成像原理
• 4.2 红外显微镜镜头结构
• 4.2.1 红外显微镜镜头的光学系统
• 4.2.2 红外镜片的分类
• 4.2.3 红外镜头的无热化设计
• 4.3 红外镜头镜片材料选择
• 4.4 结构几何建模
• 4.4.1 接口设计
• 4.5 小结
• 第五章 镜头消除杂散光分析
• 5.1 杂散光的定义
• 5.1.1 变焦系统中杂散光的来源
• 5.1.2 杂散光的危害
• 5.1.3 杂散光的研究状况
• 5.2 抑制杂散光方法
• 5.3 消光螺纹方法与研究
• 5.3.1 消光螺纹的构造
• 5.3.2 杂散光分析软件介绍
• 5.4 成像质量分析
• 5.4.1 有无消光螺纹分析
• 5.4.2 不同消光螺纹结构分析
• 5.5 产品试用和成像质量验证情况
• 5.6 本章小结
• 第六章 红外镜片装配时面形变形分析
• 6.1 红外镜片面形变化原因分析
• 6.2 红外镜片有限元分析
• 6.2.1 镜片有限元模型的建立
• 6.2.3 装校过程中压圈对镜片作用力所引起的变形分析
• 6.3 实测检验及结果分析
• 6.3.1 实测检验
• 6.3.2 结果分析
• 6.4 产品试用和成像质量验证情况
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士期间发表论文目录
• 附录B 某型红外显微镜热成像系统性能中英参数