专利汇可以提供红外辐射传递标准综合测量系统及其测量方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种红外 辐射 传递标准综合测量系统及其测量方法,该装置在专用 光谱 响应度测量系统的 基础 上,增加了光路 准直 器 和一个精密移动平台及相应的标准红外辐射源,并采取共用光学系统及控制系统的方式,实现了在一台测量系统上既可以进行红外探测器光谱响应度的测量与标定,又可以进行红外辐射源光谱辐射 亮度 的测量与标定;此外,通过相应的测量 软件 ,使光谱响应度和光谱辐射亮度这两种测量过程全由计算机自动控制完成。本发明最大程度地实现了资源共享、降低了成本,而且自动化程度高,测量简单, 精度 高。,下面是红外辐射传递标准综合测量系统及其测量方法专利的具体信息内容。
1.一种红外辐射传递标准综合测量系统,包括一组标准红外辐射源,前置 光学系统,含有滤光组件、双单色仪、斩波器、电动快门的分光系统,后置光 学系统,一组标准红外探测器,含有数据采集与处理系统、控制电路的计算机 控制系统,第一精密移动平台,若干个调节支架,用于测量红外探测器的光谱 响应度的光路为:标准红外辐射源发出的光辐射信号依次经过前置光学系统、 分光系统、后置光学系统后分别成像在标准红外探测器或被测红外探测器的接 收面上;其特征在于:还包括用于调试光谱辐射亮度测量光路的光路准直器, 第二精密移动平台;所述的第一精密移动平台上安装有第一、第二调节支架, 所述的标准红外辐射源放置在所述第一调节支架上,而被测红外辐射源则放置 在所述第二调节支架上;所述的第二精密移动平台上安装有第三、第四、第五 调节支架,所述的光路准直器、标准红外探测器分别放置在所述第三、第四调 节支架上,被测红外探测器则放置在所述第五调节支架上;用于测量红外辐射 源光谱辐射亮度的光路为:标准红外辐射源或被测红外辐射源发出的光辐射信 号经前置光学系统后到达所述的分光系统,经分光系统变为单色辐射后再经后 置光学系统成像在标准红外探测器的接收面上,标准红外探测器将此光信号转 换成电压信号并输出;所述标准红外探测器或被测红外探测器将接收到的光信 号转换成电压信号并输出;所述计算机控制系统的主要功能是设置与调试红外 辐射传递标准综合测量系统中的相关测量硬件,并控制红外辐射传递标准综合 测量系统自动完成红外辐射源光谱辐射亮度或红外探测器光谱响应度的测量; 所述控制电路含有用于驱动第一、第二精密移动平台的驱动电路,快门驱动电 路,滤光组件驱动电路,斩波器驱动电路,双单色仪驱动电路,这些驱动电路 根据计算机指令控制相关硬件的状态或位置;所述的数据采集与处理系统含有 计算机、数字电压表、锁相放大器,计算机内置有数据采集卡以及硬件设置与 调试模块、红外光谱辐射亮度测量模块、光谱响应度测量模块、浏览、绘图与 打印模块;所述硬件设置与调试模块的功能是设置并存储所述标准红外辐射源、 被测红外辐射源、标准红外探测器、被测红外探测器、滤光组件、双单色仪的 初始位置,根据测量需要对标准红外辐射源、标准红外探测器、双单色仪中的 光栅及光栅位置、滤光组件中的滤光片进行选配并存储相关数据;所述光谱响 应度测量模块的功能是自动完成红外探测器的光谱响应度测量;所述红外光谱 辐射亮度测量模块的功能是自动完成红外辐射源的光谱辐射亮度测量;所述浏 览、绘图与打印模块的功能是显示或打印测量结果。
2.根据权利要求1所述的红外辐射传递标准综合测量系统,其特征在于: 所述的一组标准红外辐射源包括三个钨带灯和两个硅碳棒,其中,钨带灯的波 长范围为0.7~3μm,硅碳棒的波长范围为1~14μm。
3.根据权利要求1或2所述的红外辐射传递标准综合测量系统,其特征在 于:所述的一组标准红外探测器包括两个腔体热释电探测器、两个InGaAs探测 器、两个InSb探测器,腔体热释电探测器作为全波段红外光谱响应度测量的标 准红外探测器,或者作为全波段红外光谱辐射亮度测量的标准红外探测器, InGaAs探测器、InSb探测器分别作为0.8~1.8μm、3~5μm波段红外光谱辐 射亮度测量的标准红外探测器。
4.一种采用权利要求1所述红外辐射传递标准综合测量系统进行光谱辐射 亮度测量的方法包括以下步骤:
(1)接通所述光路准直器的电源,手动第二精密移动平台使光路准直器位 于所述光谱辐射亮度测量光路的像面中,手动第三调节支架使光路准直器的准 直光束中心位于像面中心,所述计算机中的硬件设置与调试模块记录并存储该 位置数据;
(2)手动第一精密移动平台,使所述被测红外辐射源位于所述光谱辐射亮 度测量光路中,且使通过光谱辐射亮度测量光路逆向传输的准直光束位于其中 心位置;
(3)关闭所述光路准直器电源,接通被测红外辐射源的电源,手动第二调 节支架,使被测红外辐射源输出的红外辐射清楚地成像于所述分光系统的中心 处,并充满双单色仪的入缝,所述计算机中的硬件设置与调试模块记录并存储 该位置数据;
(4)手动调整第一、第二精密移动平台,使缺省标准红外辐射源、缺省标 准红外探测器分别位于所述光谱辐射亮度测量光路的物面、像面;
(5)通过所述计算机的主界面启动设置与调试模块,该模块对所述红外辐 射传递标准综合测量系统各测量硬件的初始位置、工作状态进行检查与调试, 确保缺省标准红外辐射源的光辐射充满双单色仪的入缝处,缺省标准红外探测 器位于光谱辐射亮度测量光路的像点处;
(6)通过所述计算机的主界面启动所述光谱辐射亮度测量模块,人工向该 模块输入被测红外辐射源的波长范围λ1~λj、波长间隔Δλ、采样次数N三项 参数;
(7)所述光谱辐射亮度测量模块调用所述硬件设置与调试模块进行初始化 设置,后者针对第一个波长点λ1对标准红外辐射源、标准红外探测器、双单色 仪中的光栅及光栅位置、滤光组件中的滤光片进行选配,控制相关驱动电路将 所选的测量硬件移至到光谱辐射亮度测量光路中,并存储所选测量硬件的相关 数据;
(8)所述光谱辐射亮度测量模块命令快门驱动电路打开快门、斩波器,并 通过数字电压表和数据采集卡读取标准红外探测器输出的混合信号l(λ1)标混, 命令驱动电路关闭快门,读取标准红外探测器输出的背景信号l(λ1)标背,根 据公式l(λ1)标1=l(λ1)标混-l(λ1)标背,计算出标准红外辐射源在λ1波长点 的实测信号值l(λ1)标1;
(9)重复第(8)步骤N-1次,获得标准红外辐射源在λ1波长点的一组实 测信号值l(λ1)标2~l(λ1)标N;所述的光谱辐射亮度测量模块对N个实测信号值 l(λ1)标1~l(λ1)标N进行平均,得出所述标准红外辐射源在λ1波长点的测量 值l(λ1)标;
(10)针对λ2=λ1+Δλ、λ3=λ2+Δλ、……、λj=λj-1+Δλ个波长点 重复第(7)步骤至(9)步骤,直至获得标准红外辐射源在λ2~λj波长范围内 的一组测量值l(λ2)标~l(λj)标;
(11)所述光谱辐射亮度测量模块调用所述硬件设置与调试模块进行初始 化设置,后者针对第一个波长点λ1和被测红外辐射源,对标准红外探测器、双 单色仪中的光栅及光栅位置、滤光组件中的滤光片进行选配,控制相关驱动电 路将所选的测量硬件移至到光谱辐射亮度测量光路中,并存储所选测量硬件的 相关数据;
(12)所述的光谱辐射亮度测量模块命令快门驱动电路打开快门、斩波器, 并通过数字电压表和数据采集卡读取被测红外探测器输出的混合信号l(λ1)混, 命令驱动电路关闭快门,读取被测红外探测器输出的背景信号l(λ1)背,根据 公式l(λ1)测1=l(λ1)测混-l(λ1)测背,计算出被测红外辐射源在λ1波长点的 实测信号值l(λ1)测1;
(13)重复第(12)步骤N-1次,获得被测红外辐射源在λ1波长点的一组 实测信号值l(λ1)测2~l(λ1)测N;所述光谱辐射亮度测量模块对N个实测信号值 l(λ1)测1~l(λ1)测N进行平均,得出被测红外辐射源在λ1波长点的测量值l (λ1)测;
(14)针对λ2=λ1+Δλ、λ3=λ2+Δλ、……、λj=λj-1+Δλ个波长点 重复第(11)步骤至(13)步骤,直至获得被测红外辐射源在λ2~λj波长范围 内的一组测量值l(λ2)测~l(λj)测值;
(15)所述光谱辐射亮度测量模块根据内置公式计算被 测红外辐射源在λ1~λj波长范围内的一组光谱辐射亮度L(λj)测值,式中L(λj)标 为所用标准红外辐射源的光谱辐亮度值;
(16)光谱辐射亮度测量模块调用所述浏览、绘图与打印模块,后者根据 用户选择,用图形模式或者用表格模式显示或输出测量结果。
5.一种采用权利要求1所述红外辐射传递标准综合测量系统进行光谱响应 度测量的方法包括以下步骤:
(1)手动第二精密移动平台使被测红外探测器位于所述光谱响应度测量光 路中,手动第五调节支架,使被测红外探测器的中心位于光谱响应度测量光路 中的像点处,所述计算机中的硬件设置与调试模块记录并存储该位置;
(2)手动第二精密移动平台,使缺省标准红外探测器位于所述光谱响应度 测量光路中;
(3)通过所述计算机的主界面启动硬件设置与调试模块,该模块对所述红 外辐射传递标准综合测量系统各相关测量硬件的初始位置、工作状态进行检查 与调试,确保缺省标准红外辐射源的辐射充满双单色仪的入缝处,缺省标准红 外探测器位于光谱响应度测量光路的像点处;
(4)通过所述计算机主界面启动所述光谱响应度测量模块,人工向该模块 输入被测红外探测器的波长范围λ1~λj、波长间隔Δλ、采样次数N三项参数;
(5)所述光谱响应度测量模块调用所述硬件设置与调试模块进行初始化设 置,后者针对第一个波长点λ1对标准红外辐射源、标准红外探测器、双单色仪 中的光栅及光栅位置、滤光组件中的滤光片进行选配,控制相关驱动电路将所 选的测量硬件移至到光谱响应度测量光路中,并存储所选测量硬件的相关数据;
(6)所述光谱响应度测量模块命令所述快门驱动电路打开快门、斩波器, 并通过数字电压表和数据采集卡读取标准红外探测器输出的混合信号i标11混,再 命令驱动电路关闭快门,读取标准红外探测器输出的背景信号i标11背,并根据公 式i标11=i标11混-i标11背计算出标准红外探测器在λ1波长点的实测信号值i标11;
(7)重复第(6)步骤N-1次,获得标准红外探测器在λ1波长点的一组实 测信号值i标12~i标1N,光谱响应度测量模块对N个实测信号值i标11~i标1N进行 平均,得出标准红外探测器在λ1波长点的测量值i标1;
(8)针对λ2=λ1+Δλ、λ3=λ2+Δλ、……、λj=λj-1+Δλ个波长点 重复第(5)步骤至(7)步骤,直至获得标准红外探测器在λ2~λm波长范围内 的一组测量值i标2~i标m值;
(9)所述光谱响应度测量模块调用所述硬件设置与调试模块进行初始化设 置,后者针对第一个波长点λ1和被测红外探测器,对标准红外辐射源、双单色 仪中的光栅及光栅位置、滤光组件中的滤光片进行选配,控制相关驱动电路将 所选的测量硬件移至到光谱响应度测量光路中,并存储所选测量硬件的相关数 据;
(10)所述的光谱响应度测量模块命令所述快门驱动电路打开快门、斩波 器,并通过数字电压表和数据采集卡读取被测红外探测器输出的混合信号i测11 混,再命令驱动电路关闭快门,读取被测红外探测器输出的背景信号i测11背,根 据公式i测11=i测11混-i测11背计算出被测红外探测器在λ1点的实测信号值i测11;
(11)重复第(10)步骤N-1次,获得被测红外探测器在λ1波长点的一组 实测信号值i测12~i测1N,光谱响应度测量模块对N个实测信号值i测11~i测1N进 行平均,得出被测红外探测器在λ1波长点的测量值i测1;
(12)针对λ2=λ1+Δλ、λ3=λ2+Δλ、……、λm=λm-1+Δλ个波长点 重复第(9)步骤至(11)步骤,直至获得被测红外探测器在λ2~λm波长范围 内的一组测量值i测2~i测m值;
(13)所述光谱响应度测量模块根据公式计算并进行归 一化处理,获得被测红外探测器的一组光谱响应度S(λm)测值,式中,S(λm)标为 所选标准红外探测器的已知光谱响应度值;
(14)光谱响应度测量模块调用所述浏览、绘图与打印模块,后者根据用 户选择,用图形模式或者用表格模式显示或输出测量结果。
本发明属于红外测量技术领域,尤其是涉及一种红外辐射综合测量系统, 该红外辐射综合测量系统既可以测量红外探测器的光谱响应度,又可以测量红 外辐射源的光谱辐射亮度。
技术背景
红外辐射传递标准主要用于标定下一级红外探测器的光谱响应度、标定下 一级红外辐射源的光谱辐射亮度,从而实现红外波段的量值传递。红外探测器 光谱响应度的测量一般采用红外光谱响应度测量装置,该装置主要由标准红外 辐射源、前置光学系统、分光系统、红外探测系统、数据采集与处理系统,一 维精密移动平台等组成,选用腔体热释电探测器作为标准红外探测器,由于腔 体热释电探测器的无光谱选择性,实际测量时,采用相对法进行测量,即通过 测量腔体热释电探测器和被测探测器的输出信号,进行归一化处理,就可获得 被测红外探测器的光谱响应度。红外辐射源的光谱辐射亮度一般是采用光谱辐 射亮度测量装置来进行测量,该装置主要由样品室、成像系统、单色仪、红外 探测器及数据采集与处理系统等组成,根据相对测量法原理,通过比较标准红 外辐射源和被测红外辐射源的光输出信号,完成被测红外辐射源光谱辐射亮度 的测量。
目前,英国NPL和美国NIST均具有测量红外探测器光谱响应度的测试设备, 即红外光谱响应度测量装置,两家实验室的测量系统非常相似,都是专门用于 红外探测器光谱响应度的测量。
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