面源黑体辐射特性校准系统的校准方法

　　1.引言

　　校准技术是辐射测温领域中一项关键技术，在某些情况下，已影响和限制了测量的精度和应用范围。对红外仪器的校准一般采用黑体辐射源，通过 50℃～400℃中温面源黑体与其他测试仪器的组合，可以实现对红外仪器中的光学系统、探测器和信号处理系统等分系统的测试和整机的客观评价。其辐射量值的准确性直接影响到整个系统的可靠性和准确性。 因此需要对中温面源黑体进行校准[1]。

　　2.校准方法

　　对面源黑体的校准主要有以一下几种方法：测温热像仪法、中温面源黑体辐射特性的辐射量值分时比对测量方法、中温面源黑体辐射特性的辐射量值实时比对测量方法。

　　2.1 测温热像仪法 被测景物的热辐射经红外热像仪的光学系统

　　在焦面上形成热图，置于焦面上的且可实现二维空间扫描的红外探测器件将二维空间的热分布转变成一维时序电信号，再经过放大和视频信号处理后送至显示器，在同步信号参与下显示出景物的热图像。如图，标准点源黑体为辐射口径<25mm，圆锥顶角为 0.25"的圆锥腔体，设标准点源黑体距离探测器 1m 处。

　　根据公式

　　式中，a=252×tana2，为腔体长度。

　　计算得，探测器探测到的标准点源的直径为 x=26.2112mm，面积为 S=687.069mm2，而探测器面积为320mm×240mm，所以探测到的点源只占整个探测器面积的 0.895%， 即只有几个像元探测到标准点源黑体。 如果对面源黑体进行采样，要找到相应的像元实现对中温面源采样点的校准是非常困难的，同时辐射温度校准误差比较大，所处的环境条件，如温度、气氛、污染和干扰等因素对性能指标的影响及修正方法也有很大的影响[2]，校准不确定度往往大于 1℃以上，所以，此方法不适用于中温面源黑体的准确校准。

　　2.2 中温面源黑体辐射特性的辐射量值分时比对测量方法 利用红外光谱辐射计，根据待测黑体需要检定的工作温度来确定光谱范围和相应的探测器，然后在该光谱范围内选择 4~6 个用作比对辐亮度的波长值。在这几个波长处依次测得标准点源黑体和被校准面源黑体的辐射亮度比值。

　　对于标准点源黑体光谱辐射亮度，红外光谱辐射计的输出为

　　式中，εb(λ)为黑体光谱发射率;εb(λ)·Lb(λ,T)为标准点源黑体光谱辐亮度;Ωgeom 为测量黑体光谱辐亮度时的几何条件;G 为探测器增益;S(λ)为光学系统传输率;R(λ)为探测器光谱响应度;△λ 为光谱半带宽度;Vback为背景辐射对应的红外光谱辐射计输出信号。

　　类似于上式，同样可得出被校准面源黑体辐射面上任一点光谱辐亮度对应于红外光谱辐射计的输出表达式：