• 产品名称:非制冷型长多赢彩票波红外光谱仪的辐射定标方
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  • 发布时间: 2019-11-23
产品详细

  图5所示为差异情况温度下,光谱仪体例的输出灰度值随尺度面源黑体出射辐射的转变相闭。个中,方形实点弧线℃)光谱仪体例输出灰度外面计划值与尺度面源黑体出射辐射的转变相闭,其他体式的弧线℃时,光谱仪体例过程漂移储积到情况温度为25℃时输出灰度批改值随尺度面源黑体出射辐射的转变相闭。

  ,个中τ0为光学体例的透过率;D为入瞳直径;f为焦距;Ad为探测器单个像元的面积;n为非制冷线阵探测器像元数目。对待红外光谱仪体例来说,kt是一个常数。

  式中:ε为黑体的发射率;λ1、λ2为波长;c1为第一辐射常数;c2为第二辐射常数;KB为玻尔兹曼常数。个中c1=2πhc2=3.7418×108(W·μm4·m-2),c2=hc/KB=1.4388×104(μm·K)。

  遵循情况温度的转变对光谱仪体例输出灰度值的影响,计划了基于尺度面源黑体的光谱仪体例输出灰度值漂移储积实习,实习装配如图3所示。采用一个小型的坎坷温箱来模仿差异的情况温度,温度领域负责正在20-40℃,温度偏差为±0.3℃。尺度面源黑体采用的EOI公司的CES100-04-MG黑体,其全部参数如外2所示。

  将非制冷型长波红外光谱仪安顿正在坎坷温箱中,使光谱仪的入瞳瞄准、切近面源黑体,将坎坷温箱的温度调至某一温度点,到达平均形态后调治尺度面源黑体温度至实习温度点,正在每个实习温度点上,间隔30s搜罗2个数据,取均匀值为一组定标数据。

  图4 差异情况温度下尺度面源黑体辐射亮度LS(Tb)与体例输出灰度值的转变相闭

  从图6能够看出,差异情况温度下通过漂移储积到情况温度为25℃时输出灰度批改值与实习室情况温度下(25℃)外面计划值的最大偏差不领先2.4%。

  非制冷型长波红外光谱仪采用近隔绝扩展源设施举办定标,正在某一固定增益系数下,标的(尺度黑体辐射源)辐射亮度与光谱仪体例探测器输出灰度值的相闭可外现为

  针对情况温度转变对非制冷型红外光谱仪输出灰度值漂移量的影响举办了考虑,并设立筑设了漂移转变量与情况温度辐射转变量的函数相闭,正在此根底上提出一种操纵情况温度转变量举办光谱仪输出灰度值漂移储积的辐射定标设施。本文提出的设施无须拣选靠山参考行及各波段举办增益调动,且正在室温条款下定标后,只需取得与任性情况温度的区别即可储积批改辐射漂移,举办任性温度下的辐射定标。最终,计划了联系对该设施举办验证。

  式中:G′为探测器单个像元对入射辐射通量的呼应。假定每个像元对入射辐亮度的呼应率无别,即G′=′G/kt,且不随情况温度而变革。当尺度黑体温度肯定时,入射到单个像元的辐射通量φt褂讪,红外光谱仪输出值的漂移情景厉重是由体例自己靠山辐射及暗电流等身分导致的。而光谱仪体例的自己靠山辐射厉重泉源于镜筒和死板构件内壁的辐射及光学元件的辐射。

  式中:;εi为面元的发射率;i为正整数;P和R永别为传输旅途上的透射率和反射率;S为面元面积;M为面元总数;θ和ψ永别为辐射入射角和出射角;Te为情况温度;LS(Te)为情况温度Te对应的辐射亮度。

  实习时,最初正在20-50℃的尺度面源黑体温度领域内,以10℃为间隔,共设备4个实习温度点,该经过为某一情况温度的实习周期。了局后,变革坎坷温箱温度举办下一个情况温度实习周期,坎坷温箱温度从20℃转变至40℃,间隔为5℃,共5个情况温度点。以尺度面源黑体温度的辐射亮度为横坐标,探测器输出灰度值为纵坐标,取得差异情况温度下的尺度面源黑体辐亮度LS(Tb)与体例输出灰度值之间的相闭,如图4所示。

  本课题组研制的非制冷型长波红外光谱仪采用的是平板波导压缩光束的道理,如图1所示,将光束局限正在一块很薄且具有高折射率的介质中,当光束正在沿Z轴宗旨撒播时,正在Y宗旨上平常撒播,多赢彩票而正在X宗旨上却被局限了,能够以为光束的撒播旅途酿成二维旅途。基于交叉非对称Czerny-Turner布局计划了非成像红外光谱仪,其光谱领域为8-12μm,分袂率为80nm,探测器采用的是德邦Micro-Hybrid公司研制的TPL640Xe型非制冷线像元探测器,噪声等效功率为0.08nW/Hz1/2,比探测率D*值为1.08×109 cm·Hz1/2/W,功夫常数为110ms,呼应度为115V/W。光谱仪的全部参数如外1所示。

  对待红外光谱仪体例来说,(k1+k2)是一个常数,将其代入(4)式,可得

  从图4能够看出,探测器对统一尺度面源黑体温度举办丈量时,其输出灰度值随情况温度而转变。是以,当情况温度爆发变革时,络续运用正在实习室温度下取得的辐射定标方程举办丈量时,标的红外辐射的丈量结果会浮现偏差。

  式中:D(Tb)为光谱仪体例探测器单个像元输出灰度值,单元为DN;G为该像元对入射辐亮度的呼应率;Tb为尺度面源黑体的温度,单元为K;LS(Tb)为入射辐射亮度;H为偏置,此时默认情况温度是褂讪的。

  当情况温度转变至任性温度TX时,只需将ΔLS(Tx-T25)代入(9)式就能够求得探测器输出灰度值的储积量ΔD,然后由(10)式可取得温度为20,30,40,50℃的黑体正在情况温度Tx下的光谱仪体例输出储积值D(T20,Tx)、D(T30,Tx)、D(T40,Tx)、D(T50,Tx)。最终,正在情况温度为Tx下,对以上光谱仪体例输出储积值举办线性拟合,取得任性温度Tx下的辐射定标方程。该定标方程可外现为

  式中:ΔT为温度转变量,ΔT=Te1-Te0。则通过探测器输出灰度值储积后取得的D(Tb,Te0)可外现为

  图5 差异情况温度下尺度面源黑体辐射亮度LS(Tb)与体例输出储积后灰度值的转变相闭

  对图4所示的实习室情况温度(25℃)下丈量取得的定标数据举办线性拟合,取得辐射定标方程:

  当黑体温度褂讪,即LS(Tb)褂讪时,变革情况温度,即变革LS(Te),就可取得差异的D(Tb,Te)值和LS(Te),由(9)式就能够计划取得系数G′·(k1+k2)的值,它是一个与情况温度无闭的常量。正在本质行使中,情况温度的转变会惹起光谱仪体例输出灰度值的漂移,若仍采用正在实习室温度下取得的辐射定标方程就会影响丈量的精度,此时只需将ΔLS(ΔT)代入(9)式就能够求得探测器输出灰度值的储积量ΔD,然后由(10)式求得储积后的D(Tb,Te1),使得正在情况温度转变较大的情景下,制冷型长波红外光谱仪体例输出的灰度值的震动减小,最终遵循储积后的输出灰度值举办辐射定标。

  正在上述定标数据中任性拣选2个情况温度和1个黑体温度,本考虑拣选的情况温度为20℃和25℃,黑体温度为20℃,探测器输出灰度值D(T20,T20)、D(T25,T25)永别为2377和2560,将其代入(9)式,计划取得G′·(k1+k2)=55.5。

  辐射定标的基础道理是采用辐射输出已知的红外辐射源照明被定标的红外体例,遵循差异辐射照明下的体例输出信号,设立筑设体例的入瞳辐射量与体例输出之间的呼应相闭,得到体例绝对辐射呼应度。邦内不少学者对红外光谱仪辐射定标举办了考虑,比方袁小春等用黑体对自行研制的长波红外高光谱成像光谱仪实习装配举办两点线性标定;庄晓琼等基于可编程的短波红外焦平面探测本事,采用靠山参考行的设施对靠山辐射举办及时监测,并操纵搜罗的靠山辐射值对光谱图像举办辐射校正收拾。目前,很众红外波段的光谱仪基础运用制冷的光子型红外探测器举动回收元件,制冷型长波红外光谱仪具有敏锐度高、响适时间短、呼应波长宽、受限靠山噪声小、探测隔绝远等特征,可用于高端军事设备。与制冷型长波红外光谱仪比拟,非制冷型长波红外光谱仪具有代价低、体积小、质料轻、启动速率疾、功耗低、操作方便等益处。正在本质的定标和丈量经过中,情况温度的转变会导致非制冷型长波红外光谱仪体例输出灰度值的漂移,从而影响到标的红外辐射的切确丈量。

  从图5能够看出,通过储积批改取得的弧线℃)下辐射定标取得的弧线的转变趋向基础类似。

  为了验证遵循情况温度举办体例输出灰度值储积批改的可行性,拣选正在差异的情况温度下,对黑体温度永别为20,30,40,50℃的体例输出灰度值举办储积,取得情况温度为25℃下批改后的体例输出灰度值,全部数据如外3所示。某一情况温度下光谱仪体例的本质输出灰度值为D(Tx),其遵循情况温度举办体例漂移后的输出灰度值举办储积,取得情况温度为25℃下的储积值D(Tx,T25),操纵实习室情况温度(25℃)下的定标方程(11)式取得外面计划值D(T25),以及漂移储积值D(Tx,T25)与外面计划值D(T25)的偏差值ETx(T25)。

  动态红外探测波段是光学遥感中的常用波段,各式平台上光学传感器的几何和光谱分袂才干都与其红外辐射的凿凿丈量才干直接联系。为了完毕标的红外辐射的切确丈量,需对红外丈量仪器举办辐射定标。红外辐射定标是客观评判红外光谱丈量仪器及相闭器件的紧要伎俩,是红外遥感音信定量化的要害本事之一。

  常用的辐射定标设施厉重有三种:直接成像法、平行光管法和近隔绝扩展源法。直接成像法是将黑体置于探测器前较近的地方,使其直接成像正在像面上,完毕数据的搜罗,该设施需求众次丈量本领实现一共像素的定标;平行光管法通过一次丈量即可实现定标经过,该设施采用平行光管将腔型黑体投射到入瞳处,并正在探测器上成像,实用于正在室内对大口径体例举办定标;近隔绝扩展源法是将面源黑体放正在镜头前遮盖体例入瞳,该设施能完毕对光学体例和红外探测器的一体化辐射定标。本文采用的是近隔绝扩展源法,正在小型坎坷温箱中举办辐射定标。对待近隔绝扩展源定标而言,正在坎坷温箱中,因为标的与探测器的隔绝近,能够渺视大气汲取、湿度和气压等身分的影响。如图2所示,扫数实习装配就寝正在小型坎坷温箱中,对红外体例举办辐射丈量时,需求供给遮盖红外体例视场的高精度面黑体辐射源,由于红外光谱仪的体例入射孔径较小,只需将黑体就寝正在光学体例入射镜筒前,并尽量靠拢入射镜筒。

  摘要:本文提出一种遵循情况温度转变量储积红外光谱仪体例输出灰度值的辐射定标设施。最初理解了正在辐射定标和丈量经过中红外光谱仪体例输出灰度值漂移的原故,推导出漂移转变量和情况温度辐射度转变量的函数相闭;然后操纵自决研发的非制冷型长波红外光栅光谱仪举办辐射定标实习,确定了实习室辐射定标方程和情况温度变革后通过储积取得的辐射定标方程;最终通过实习验证了正在差异情况温度下操纵储积后的辐射定标方程举办辐射丈量的凿凿性。结果证据:正在差异的情况温度下,通过漂移储积可使光谱仪体例输出灰度值偏差显明减小,其偏差不领先2.4%,明显抬高了非制冷型长波红外光谱仪对红外辐射的丈量精度。

  因为野外条款的局限,定标经过只可正在实习室内实现。正在本质行使中,能够遵循野外情况温度与实习室情况温度的转变量来对光谱仪体例的输出灰度值举办漂移储积,取得任性野外情况温度下的辐射定标方程,从而抬高光谱仪的情况适合性。

  为完毕非制冷型红外光谱仪的切确辐射定标,最初理解了正在辐射定标和丈量经过中红外光谱仪体例输出灰度值漂移的原故,推导出漂移转变量和情况温度辐射度转变量的函数相闭,正在此根底上提出一种遵循情况温度转变量储积红外光谱仪体例输出灰度值的辐射定标设施。其次计划了相应的漂移储积实习来确定辐射定标模子,同时通过实习验证该定标模子正在差异情况温度下举办辐射丈量的凿凿性。遵循情况温度转变量储积输出灰度值的辐射定标设施,可使光谱仪体例输出灰度值偏差显明减小,漂移储积后的输出灰度值与外面计划值的最大偏差不领先2.4%,显明抬高了非制冷型长波红外光谱仪对红外辐射的丈量精度。非制冷型红外探测器是起色急忙的新一代红外探测器件,非制冷型红外光谱仪无需制冷筑立,具有体积小、本钱低、功耗小等益处。本考虑结果对非制冷型长波红外光谱仪的本质应工具有肯定的实际道理。为了进一步抬高光谱仪辐射定标精度,可正在负责情况温度安静性的同时,增大可调领域,使光谱仪实用领域变广,或者增众定标实习次数,缩小温度间隔,使辐射定标偏差进一步减小。

  图6所示为差异情况温度下通过漂移储积到情况温度为25℃时输出灰度批改值与实习室情况温度下(25℃)外面计划值的相对偏差。

  正在本质行使中,红外光谱仪体例自己的杂散辐射和探测器暗电流噪声等身分会对探测器输出信号形成很大的影响,假定黑体辐射源入射到光谱仪探测器单个像元的辐射通量为φt,达到光谱仪探测器像元的杂散辐射通量为φs,红外光谱仪体例的杂散辐射和暗电流噪声(搜罗仪器自己电子学发烧部件)等内部身分惹起的偏置为hdet,其红外光谱仪的本质辐射定标模子为

  图6 差异情况温度下通过漂移储积取得的输出灰度值与实习室情况温度下(25℃)外面计划值的偏差

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