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分类号 TN219 密 级 秘 密 U D C 编 号 可见光可见光 红外图像转换薄膜的研究红外图像转换薄膜的研究 A A MEMBRANCEMEMBRANCE FORFOR VISIBLE TO INFRAREDVISIBLE TO INFRARED TRANSDUCERTRANSDUCER 学位授予单位及代码 长春理工大学 10186 学科专业名称及代码 光学工程 080300 研 究 方 向 光电仿真与模拟技术 申请学位级别 硕 士 指 导 教 师 李 一 教授 研 究 生 刘 天 论文起止时间 2006 11 2007 12 按 中国图书 资料分类法 注明分类号 以便于信息交 换和处理 尽可能按 国际十进 制分类法 UDC 注明 分类号 按国家规定的保密 条例 在右上角注 明密级 如内容可 公开 不注密级 按学院的规定进行编号 为八 位编号 年 专业 序号 其中专业编号见附录 序号由 学位评定分委员会编号 必须以最恰当 最简洁的词语反映论文中最重要的特定内容的逻辑组合 题名所用的词语应考虑到有助于选定关键词和编制题录 索引等二次文 献检索的特定实用信息 题名应避免使用不常见的缩略词 首字母缩写 字 字符 代号和公式等 一般不宜超过 20 字 一般为二号黑体字 英文题名是中文题名的翻译 一般 不超过 10 个实词 使用小三号 Times New Roman 字体并加黑 题名在论文的不 同部分出现时应 完全相同 题 名语义未尽时 可用副题名补充 题名和副题名用 三号黑体字标注 于显著位置 准确名称及代码见学科 专业一览表 按培养方案所 规定的研究方 向填写 小四号 宋体字 摘 要 针对国内半实物仿真系统对图象转换器的需求 本文设计并制备出 一种基于物体吸收能量后温度升高而产生热辐射的原理进行工作的图象 转换薄膜 本文建立了薄膜辐射的物理和数学模型 分析了黑体薄膜时间和空 间特性 根据理论分析 提出了用周期性网格结构黑体薄膜提高转换薄 膜的空间分辨率的方案 并对其进行了实验研究 制备出的转换薄膜达到的技术指标为 薄膜尺寸 52 mm 象元尺寸 140 140 m 象元间距 29 m 受激辐射类型为灰体 时间常数 6ms 辐 射对比度 0 81 动态范围 1386 该转换薄膜可以用于红外成象制导半实 物仿真实验 关键词 红外图象生成 金黑 周期性网格结构 薄膜 摘要是学位论文的内容不加注释和评论的简短陈述 应具有 独立性和自含性 即不阅读论文的全文 就能够获得与论文 等量的信息 摘要一般应说明研究工作目的 试验方法 结 果和最终结论等 重点是结果和结论 摘要是一片完整的短 文 可以独立使用 可以供文摘等二次文献采用 可以用于 工艺推广 中文摘要 硕士论文一般在 250 300 字 字体 与正文相同 为小四号宋体字 标题为三号黑体字 关键词是为了文献标引工作从论文中选出 来用以表示全文主体内容信息款目的单词 或术语 每篇论文选取 3 8 个词 以小四 号黑体字另起一行 排在摘要的左下方 与摘要正文空一行 ABSTRACT A membrane which can be used in visible to infrared transducer to test and evaluate thermal imaging guidance system is developed The membrane is the key element of the transducer The physical and mathematical models to describe the characteristics of the membrane are established Its time and spatial characteristics are discussed On the base of the theoretical analysis a grid structure membrane is manufactured to improve the resolution of the transducer The targets that the membrane attained are membrane size 52mm image unit size 140 140 m distance between image unit 29 m gray body time constant 6 ms contrast ratio 0 81 dynamic range 1386 The membrane can meet the requirements of the hardware in the loop simulation of thermal imaging guidance system KeyKey wordswords infrared image generation gold black grid structure membrane 英文摘要的 内容和格式 应与中文摘 要一致 英文关键词应 与中文关键词 相对应 目 录 摘摘 要要 ABSTRACTABSTRACT 目目 录录 第一章第一章 绪绪 论论 1 1 1 1 引 言 1 1 2 红外动态图象转换技术的发展状况 2 1 3 论文研究目的和内容 5 第二章第二章 转换薄膜特性参数的理论分析转换薄膜特性参数的理论分析 6 6 2 1 基本原理 7 2 2 均匀薄膜一维弱瞬态热传导方程的建立 8 2 3 一维弱瞬态热传导方程的定解问题 9 2 4 薄膜表面温度的时间特性与空间特性分析 14 2 5 周期性网格结构薄膜模型的建立 21 2 6 周期性网格结构薄膜二维热传导方程及其解 22 2 7 周期性网格结构薄膜的时间特性与空间特性分析 23 第三章第三章 转换薄膜的制备转换薄膜的制备 2525 3 1 金黑的结构 25 3 2 金黑的制备工艺 26 第四章第四章 转换薄膜特性的实验研究转换薄膜特性的实验研究 2828 4 1 薄膜吸收特性的测试 29 4 2 薄膜时间特性的实验研究 30 4 3 薄膜辐射对比度和动态范围的实验研究 32 4 4 薄膜空间特性的实验设计 33 4 5 实验结果及讨论 34 第五章第五章 转换薄膜在红外图像生成系统中的应用转换薄膜在红外图像生成系统中的应用 3535 结结 论论 4141 致致 谢谢 4242 参考文献参考文献 4444 目次页是由学位论文的篇 章 节 条 款 项 附录 题录等的序号和名称 依论述的次序排列的 一览表 目次页中的标题必须与正文内的标题一致 表示篇 章 节的数字用大写或阿拉伯数字 左边距 左边距 下边距 2 5cm 上边距 2 5cm 第一章 绪 论 1 1 引 言 红外成像制导是当代红外技术的重要军事应用之一 目前红外成像 制导已广泛应用于精确制导武器系统 1 红外成像制导与电视 雷达和激光等制导方式相比具有许多显著的 优点 2 它能提供二维图象信息 采用计算机图象信息处理实现制导 智能化 制导精度高 抗干扰能力强 全天候工作能力强 具有在复杂 背景条件下捕获 识别和跟踪目标的自动决策能力等 因此 在高技术 武器迅速发展的当今世界 已成为世界各国军事应用中重点研究和发展 的精确制导项目之一 1991 年的海湾战争是一场高技术对抗的导弹攻防战 红外成像寻的 制导武器在这场战争中所展示的威力令世人瞩目 这场高技术战争给人 们带来了启示 包括美国在内的各国军方深深感到红外成像寻的导弹和 配有热成像系统武器的严重威胁 因此 再一次唤醒了世界各国对发展 和装备智能化精确制导武器的重视 其研究 发展和应用的竞争更加激 烈 而红外成像制导武器系统半实物仿真技术是代替该系统的实际演习 并能对该武器系统的性能进行总体评价 从而提出全面改进方案的最有 效的一种技术手段 3 5 测试红外成像器件性能的方法有三种 6 第一种是在野外或飞行试 验期间用观察实际情景的方法 但这种方法成本较高 实验条件的重复 性差 受外界因素影响严重 特别是气象条件 而且只能检验少数参 数 第二种是景象与红外装置的数字仿真 这种方法常用于装置的概念 性研究阶段 而且这种方法在包括探测器阵列的非均匀性和饱和效应的 非线性现象等精确仿真中存在严重困难 而且 事实上器件并未在仿真 过程中被测试 因此 在半实物仿真实验中不采用这种方法 A4 纸打 印 左边距 3cm 页眉 页角等处不得出 现不必要的装饰 比如 学院名称 章节名称 横线等 正文小四 号宋体字 行距为 1 25 倍行 距 字符 间距为标 准 一级标题小三 号黑体字 右边距 2 2cm 二级标题四号黑体字 其他标题大小与正文相同 分别用黑体 加黑等区分 初始温度均匀分布为 T0的半无限大物体 在线光源入射的条件下 y 方向受热均匀 没有温度梯度 假设衬底和金黑无限薄 因为衬 底厚度为 0 05 m 0 2 m 金黑的厚度在 m 量级 以至于在厚度 方向 z 方向 上可以认为温度分布是均匀的 没有梯度 而且衬底 对入射光无吸收 2 这样 在真空条件下 当薄膜受到光照时 只在 x 方向存在热传导 在薄膜两侧有热辐射产生 我们用一维弱瞬态热 传导的定解问题来描述这一过程 2 1 t T p dC 4 0 T 4 T 2 x T 2 kd 其中 T 为薄膜温度 T0为环境温度 k 为薄膜热传导系数 d 为 介质的厚度 为介质的密度 Cp为介质定压比热 为薄膜前后表 面发射率之积 为斯特藩 玻尔兹曼常数 将上式代入 2 12 式 得 2 14 px e pt e ppk 0px e ppk 0 p xU 0 qq 其中 kd p dC kd 3 0 T4 即 px e p 1 pk 0 p xU q px e p 1 pt e pk 0 0 q 使用的各种量 单位和符号 必 须遵循国家标准 的规定执行 单 位名称和符号的 书写方式一律采 用国际通用标准 符号 符号和缩略词应 采用本学科普遍 使用的 如系作 者自定的符号 记号 缩略词 首字母缩写字等 应在第一次出现 时 给以明确定 义 正文中的公式 算式或方程式 等应编排序号 序号标注于该 式所在行 有 续行时 应标 注于最后一行 的 最右边 所有编号应靠 右边对齐 如式较长必 须转行时 只能在 处转行 上下 式应在 处对 齐 标明此处参考 引用了有关资料 具体名称在参考 文献部分列出 2 介质定压比热 Cp的影响 由图 2 7 可见 薄膜的时间常数与介质定压比热 Cp之间为线性关系 0 0 4 0 x1028 0 x1021 2x1031 6x103 0 1 2 3 4 5 6 Time Constant ms Cp J kg k 图 2 7 薄膜时间常数与比热的关系 图 3 1 扫描电子显微镜下金黑结构 在电子显微镜下可以观察到 大多数的金微晶粒子与相邻的粒子形成链状结构 金黑层的质地并不坚实 随机的测量表明 它们的密度约为金的密度的 0 002 倍 透 过率和反射率的测量表明 镀层对从紫外到微波区的辐射都有吸收 对波长小于 15 的入射辐射 镀层的反射小于 2 当切向观察金黑时 镀层的镜面反射呈淡黄m 色 28 图包括曲线图 构造图 示意图 图解 框图 流程图 记录图 地 图 照片 图板等 图应具有 自明性 即只看图 图题和图 例 不阅读正文 就可理解图意 曲线图的坐标必 须标注 量 标 准规定符号 单 位 此三者及 其缩略词必须与 正文一致 应尽 量使用中文 照片要求主题和主 要显示部分的轮廓 鲜明 如用放大缩 小的复制品 必须 清晰 反差适中 照片上一般应有反 映目的物尺寸的标 度 图应编排序号 每一图应有简洁 确切的题名 连 同序号置于图下 用五号字 必要时 应将图 上的符号 标记 代码 以及实验 条件等 用最简 练的文字 横排 于图题下方 做 为图例说明 字 体一般用小五号 宋体字 表 4 2 不同热传导特性的时间常数实验结果 样品 衬底厚度 m 金黑吸收 率 激光功率 W m2 时间常数 ms 膜 A 0 1346 751 6002 膜 B 0 1351 201 3606 膜 C 0 1350 041 4605 表的编排 一般是内容和测试项目由左向右横读 数据依次竖排 表应有自 明性 表应编排序号 每一表应有简洁确切的题名 连同序号置于表上 必 要时 应将表中的符号 标记 代码 以及需要说明的事项 以最简练的文 字 横排于表下 做为附注 表应居中 表的题名为5号字 也应居 中 表一 般为三限制 表的各栏均 应标明 量 标准规定符 号 单位 此三者及其 缩略词必须 与正文一致 表内同一栏的数据必须按个位上下对齐 表内一律填入具体数字或文字 不允许 使用 同上 同左 等词语 表内 空白 代表未测或无此项 或 代表未发现 0 代表测试结果 为零 学位论文中三位以 上的整数或小数 一律用半个字符的 小间隔分开 参参 考考 文文 献献 1 西门纪业 电子和离子光学原理及像差导论 北京 科学出版社 1983 126 134 2 Sturrock P A Static and Dynamic Optics Cambridge Cambridge at the University Press 1955 Chapter 3 3 Liu Fei Cheng Xiaohui Zhang Hua et al The resource flowing model of green manufacturing system