双通道红外光谱辐射计的研制及标定

　　0　引　言

　　辐射定标是现代辐射测量技术的重要内容[2],越来越受到相关科学和应用技术研究的重视。一般的辐射测量仪器的定标[15],需要辐射计来传递国家辐射计量标准[1]。针对多波段辐射计的定标需求,研制了一台双通道光谱辐射计,可用于1.40μm和4.50μm两个波段[5]的光谱辐亮度定标,具有实际的应用价值[10]。

　　1　辐射计的系统组成

　　该辐射计包括前置光学系统、精密机械调制器、双路单元红外探测器[3](InGaAs探测器和PbSe探测器)和锁相放大器以及A/D和单片机等。前置成像系统的设计采用牛顿系统[4](图1)。

　　在结构上,将机械调制器放置在主镜的焦面上,这样可获得较好的调制效果;将两个单元探测器相向摆放,通过平面反射的摆动镜实现两个波段辐射探测。调制出的信号经过前置放大器、锁相放大器解调后可获得高信噪比的输出信号,该信号在单片机控制下经A/D转换数字化处理后,通过串行接口对计算机传输数据。系统信号处理原理框图如图2所示。

　　2　辐射计的光谱辐亮度定标方法

　　2.1　1.40μm波段

　　通过传递国家标准光谱辐照度标准灯的标准[1],进行定标,分三步:

　　第一步,用InGaAs探测器和带通滤光片(λ=1.40±0.02μm)组合为简易辐射计。改变简易辐射计与标准灯之间的距离,按照距离平方反比定律和国家标准光谱辐照度标准灯数据,计算出标准灯在不同距离上InGaAs探测器光敏面处的光谱辐照度,得到InGaAs探测器的光谱辐照度响应度。

　　第二步,把简易辐射计放在积分球开口前的适当位置,根据简易辐射计测量的光谱辐照度,可获得积分球出射的光谱辐亮度[9,13]。

　　第三步,根据积分球的光谱辐亮度,将辐射计放置在积分球出射辐射开口附近,保证出射辐射充满入瞳和视场,由辐射计的输出(V),可获得其响应度RB

　　其中VD为辐射计本底信号。

　　改变积分球内灯泡的开启数目,可以改变积分球输出的辐亮度,由此可获得辐射计的响应[6]输出曲线。

　　2.2　4.50μm波段

　　将大面积黑体辐射源置于辐射计(内置带通滤光片4.50±0.03μm)前,根据辐射源的光谱辐亮度(由普朗克公式先算出光谱辐射出射度,再换算成光谱辐亮度)和辐射计的输出,定标出辐射计低温段的绝对响应度[1,8]。

　　由腔型高温黑体辐射源定标出高温段相对响应数据,并根据大面积黑体辐射定标时已获得的几何响应因子对其进行绝对值的修正,进而获得高温黑体辐射源照明下的数据。

　　3　定标数据及结果分析