專利名稱：紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紅外測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種紅外輻射綜合測(cè)量系統(tǒng)，該紅外輻射綜合測(cè)量系統(tǒng)既可以測(cè)量紅外探測(cè)器的光譜響應(yīng)度，又可以測(cè)量紅外輻射源的光譜輻射亮度。
背景技術(shù)：
紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)主要用于標(biāo)定下一級(jí)紅外探測(cè)器的光譜響應(yīng)度、標(biāo)定下一級(jí)紅外輻射源的光譜輻射亮度，從而實(shí)現(xiàn)紅外波段的量值傳遞。紅外探測(cè)器光譜響應(yīng)度的測(cè)量一般采用紅外光譜響應(yīng)度測(cè)量裝置，該裝置主要由標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源、前置光學(xué)系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、紅外探測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，一維精密移動(dòng)平臺(tái)等組成，選用腔體熱釋電探測(cè)器作為標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器，由于腔體熱釋電探測(cè)器的無(wú)光譜選擇性，實(shí)際測(cè)量時(shí)，采用相對(duì)法進(jìn)行測(cè)量，即通過(guò)測(cè)量腔體熱釋電探測(cè)器和被測(cè)探測(cè)器的輸出信號(hào)，進(jìn)行歸一化處理，就可獲得被測(cè)紅外探測(cè)器的光譜響應(yīng)度。紅外輻射源的光譜輻射亮度一般是采用光譜輻射亮度測(cè)量裝置來(lái)進(jìn)行測(cè)量，該裝置主要由樣品室、成像系統(tǒng)、單色儀、紅外探測(cè)器及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)等組成，根據(jù)相對(duì)測(cè)量法原理，通過(guò)比較標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源和被測(cè)紅外輻射源的光輸出信號(hào)，完成被測(cè)紅外輻射源光譜輻射亮度的測(cè)量。
目前，英國(guó)NPL和美國(guó)NIST均具有測(cè)量紅外探測(cè)器光譜響應(yīng)度的測(cè)試設(shè)備，即紅外光譜響應(yīng)度測(cè)量裝置，兩家實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量系統(tǒng)非常相似，都是專門用于紅外探測(cè)器光譜響應(yīng)度的測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，將已有技術(shù)中專門測(cè)量紅外輻射源輻射特性和紅外探測(cè)器光譜響應(yīng)度的測(cè)量系統(tǒng)集成為一體，提供一種紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法，具體地說(shuō)，本發(fā)明的紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)既可以測(cè)量和標(biāo)定紅外輻射源的光譜輻射亮度，又可以測(cè)量和標(biāo)定紅外探測(cè)器的光譜響應(yīng)度。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)包括一組標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源，前置光學(xué)系統(tǒng)，含有濾光組件、雙單色儀、斬波器、電動(dòng)快門的分光系統(tǒng)，后置光學(xué)系統(tǒng)，一組標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器，用于調(diào)試光譜輻射亮度測(cè)量光路的光路準(zhǔn)直器，含有數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、控制電路的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，兩個(gè)精密移動(dòng)平臺(tái)，若干個(gè)調(diào)節(jié)支架；所述的第一精密移動(dòng)平臺(tái)上至少安裝兩個(gè)調(diào)節(jié)支架，所述的標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源放置在第一調(diào)節(jié)支架上，而被測(cè)紅外輻射源則放置在第二調(diào)節(jié)支架上；所述的第二精密移動(dòng)平臺(tái)上至少安裝有三個(gè)調(diào)節(jié)支架，所述的光路準(zhǔn)直器、標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器分別放置在第三、第四調(diào)節(jié)支架上，被測(cè)紅外探測(cè)器則放置在第五調(diào)節(jié)支架上；用于測(cè)量紅外輻射源光譜輻射亮度的光路為標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源或被測(cè)紅外輻射源發(fā)出的光輻射信號(hào)經(jīng)前置光學(xué)系統(tǒng)后到達(dá)所述的分光系統(tǒng)，經(jīng)分光系統(tǒng)變?yōu)閱紊椛浜笤俳?jīng)后置光學(xué)系統(tǒng)成像在標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器的接收面上，標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器將此光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并輸出；用于測(cè)量紅外探測(cè)器的光譜響應(yīng)度的光路為標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源發(fā)出的光輻射信號(hào)依次經(jīng)過(guò)前置光學(xué)系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、后置光學(xué)系統(tǒng)后分別成像在標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器或被測(cè)紅外探測(cè)器的接收面上，所述標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器或被測(cè)紅外探測(cè)器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并輸出；所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能是設(shè)置與調(diào)試紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)中的相關(guān)測(cè)量硬件，并控制紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)完成紅外輻射源光譜輻射亮度或紅外探測(cè)器光譜響應(yīng)度的測(cè)量；所述控制電路含有用于驅(qū)動(dòng)第一、第二精密移動(dòng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)電路，快門驅(qū)動(dòng)電路，濾光片驅(qū)動(dòng)電路，斬波器驅(qū)動(dòng)電路，雙單色儀驅(qū)動(dòng)電路，這些驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)計(jì)算機(jī)指令控制相關(guān)硬件的狀態(tài)或位置；所述的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)含有計(jì)算機(jī)、數(shù)字電壓表、鎖相放大器，計(jì)算機(jī)內(nèi)置有數(shù)據(jù)采集卡以及硬件設(shè)置與調(diào)試模塊、紅外光譜輻射亮度測(cè)量模塊、光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊、瀏覽、繪圖與打印模塊；所述硬件設(shè)置與調(diào)試模塊的功能是設(shè)置并存儲(chǔ)所述標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源、被測(cè)紅外輻射源、標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器、被測(cè)紅外探測(cè)器、濾光組件、雙單色儀的初始位置，根據(jù)測(cè)量需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源、標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器、雙單色儀中的光柵及光柵位置、濾光組件中的濾光片進(jìn)行選配并存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)；所述光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊的功能是自動(dòng)完成紅外探測(cè)器的光譜響應(yīng)度測(cè)量；所述紅外光譜輻射亮度測(cè)量模塊的功能是自動(dòng)完成紅外輻射源的光譜輻射亮度測(cè)量；所述瀏覽、繪圖與打印模塊的功能是顯示或打印測(cè)量結(jié)果。
在本發(fā)明的紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)中，所述的一組標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源包括三個(gè)鎢帶燈和兩個(gè)硅碳棒，其中，鎢帶燈的波長(zhǎng)范圍為0.7～3μm，硅碳棒的波長(zhǎng)范圍為1～14μm。
在本發(fā)明的紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)中，所述的一組標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器包括兩個(gè)腔體熱釋電探測(cè)器、兩個(gè)InGaAs探測(cè)器、兩個(gè)InSb探測(cè)器，腔體熱釋電探測(cè)器可以作為全波段紅外光譜響應(yīng)度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器，也可以作為全波段紅外光譜輻射亮度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器，InGaAs探測(cè)器、InSb探測(cè)器分別作為0.8～1.8μm、3～5μm波段紅外光譜輻射亮度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器。
本發(fā)明的光譜輻射亮度測(cè)量方法包括以下步驟1、接通所述光路準(zhǔn)直器的電源，手動(dòng)第二精密移動(dòng)平臺(tái)使光路準(zhǔn)直器位于所述光譜輻射亮度測(cè)量光路的像面中，手動(dòng)第三調(diào)節(jié)支架使光路準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直光束中心位于像面中心，所述計(jì)算機(jī)中的硬件設(shè)置與調(diào)試模塊記錄并存儲(chǔ)該位置數(shù)據(jù)；2、手動(dòng)第一精密移動(dòng)平臺(tái)，使所述被測(cè)紅外輻射源位于所述光譜輻射亮度測(cè)量光路中，且使通過(guò)光譜輻射亮度測(cè)量光路逆向傳輸?shù)臏?zhǔn)直光束位于其中心位置；
3、關(guān)閉所述光路準(zhǔn)直器電源，接通被測(cè)紅外輻射源的電源，手動(dòng)第二調(diào)節(jié)支架，使被測(cè)紅外輻射源輸出的紅外輻射清楚地成像于所述分光系統(tǒng)的中心處，并充滿雙單色儀的入縫，所述計(jì)算機(jī)中的硬件設(shè)置與調(diào)試模塊記錄并存儲(chǔ)該位置數(shù)據(jù)；4、手動(dòng)調(diào)整第一、第二精密移動(dòng)平臺(tái)，使缺省標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源、缺省標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器分別位于所述光譜輻射亮度測(cè)量光路的物面、像面；5、通過(guò)所述計(jì)算機(jī)的主界面啟動(dòng)設(shè)置與調(diào)試模塊，該模塊對(duì)所述紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)各測(cè)量硬件的初始位置、工作狀態(tài)進(jìn)行檢查與調(diào)試，確保缺省標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源的光輻射充滿雙單色儀的入縫處，缺省標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器位于光譜輻射亮度測(cè)量光路的像點(diǎn)處；6、通過(guò)所述計(jì)算機(jī)的主界面啟動(dòng)所述光譜輻射亮度測(cè)量模塊，人工向該模塊輸入被測(cè)紅外輻射源的波長(zhǎng)范圍λ1～λj、波長(zhǎng)間隔Δλ、采樣次數(shù)N三項(xiàng)參數(shù)；7、所述光譜輻射亮度測(cè)量模塊調(diào)用所述硬件設(shè)置與調(diào)試模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，后者針對(duì)第一個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)λ1對(duì)標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源、標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器、雙單色儀中的光柵及光柵位置、濾光組件中的濾光片進(jìn)行選配，控制相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路將所選的測(cè)量硬件移至到光譜輻射亮度測(cè)量光路中，并存儲(chǔ)所選測(cè)量硬件的相關(guān)數(shù)據(jù)；8、所述的光譜輻射亮度測(cè)量模塊命令快門驅(qū)動(dòng)電路打開(kāi)快門、斬波器，并通過(guò)數(shù)字電壓表和數(shù)據(jù)采集卡讀取標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器輸出的混合信號(hào)l(λ1)標(biāo)混，命令驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉快門，讀取標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器輸出的背景信號(hào)l(λ1)標(biāo)背，根據(jù)公式l(λ1)標(biāo)1＝l(λ1)標(biāo)混-l(λ1)標(biāo)背，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的實(shí)測(cè)信號(hào)值l(λ1)標(biāo)1；9、重復(fù)第8步驟N-1次，獲得標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的一組實(shí)測(cè)信號(hào)值l(λ1)標(biāo)2～l(λ1)標(biāo)N；光譜輻射亮度測(cè)量模塊對(duì)N個(gè)實(shí)測(cè)信號(hào)值l(λ1)標(biāo)1～l(λ1)標(biāo)N進(jìn)行平均，得出標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的測(cè)量值l(λ1)標(biāo)；10、針對(duì)λ2＝λ1+Δλ、λ3＝λ2+Δλ、……、λj＝λj-1+Δλ個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)重復(fù)第7步驟至9步驟，直至獲得標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源在λ2～λj波長(zhǎng)范圍內(nèi)的一組測(cè)量值l(λ2)標(biāo)～l(λj)標(biāo)；11、所述光譜輻射亮度測(cè)量模塊調(diào)用所述硬件設(shè)置與調(diào)試模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，后者針對(duì)第一個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)λ1和被測(cè)紅外輻射源，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器、雙單色儀中的光柵及光柵位置、濾光組件中的濾光片進(jìn)行選配，控制相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路將所選的測(cè)量硬件移至到光譜輻射亮度測(cè)量光路中，并存儲(chǔ)所選測(cè)量硬件的相關(guān)數(shù)據(jù)；12、所述的光譜輻射亮度測(cè)量模塊命令快門驅(qū)動(dòng)電路打開(kāi)快門、斬波器，并通過(guò)數(shù)字電壓表和數(shù)據(jù)采集卡讀取被測(cè)紅外探測(cè)器輸出的混合信號(hào)l(λ1)混，命令驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉快門，讀取被測(cè)紅外探測(cè)器輸出的背景信號(hào)l(λ1)背，根據(jù)公式l(λ1)測(cè)1＝l(λ1)測(cè)混-l(λ1)測(cè)背，計(jì)算出被測(cè)紅外輻射源在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的實(shí)測(cè)信號(hào)值l(λ1)測(cè)1；13、重復(fù)第12步驟N-1次，獲得被測(cè)紅外輻射源在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的一組實(shí)測(cè)信號(hào)值l(λ1)測(cè)2～l(λ1)測(cè)N；光譜輻射亮度測(cè)量模塊對(duì)N個(gè)實(shí)測(cè)信號(hào)值l(λ1)測(cè)1～l(λ1)測(cè)N進(jìn)行平均，得出被測(cè)紅外輻射源在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的測(cè)量值l(λ1)測(cè)；14、針對(duì)λ2＝λ1+Δλ、λ3＝λ2+Δλ、……、λj＝λj-1+Δλ個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)重復(fù)第11步驟至13步驟，直至獲得被測(cè)紅外輻射源在λ2～λj波長(zhǎng)范圍內(nèi)的一組測(cè)量值l(λ2)測(cè)～l(λj)測(cè)值；15、所述光譜輻射亮度測(cè)量模塊根據(jù)內(nèi)置公式 計(jì)算被測(cè)紅外輻射源在λ1～λj波長(zhǎng)范圍內(nèi)的一組光譜輻射亮度L(λj)測(cè)值，式中L(λj)標(biāo)為所用標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源的光譜輻亮度值；16、光譜輻射亮度測(cè)量模塊調(diào)用所述瀏覽、繪圖與打印模塊，后者根據(jù)用戶選擇，可以用圖形模式也可以用表格模式顯示或輸出測(cè)量結(jié)果。
本發(fā)明的光譜響應(yīng)度測(cè)量方法包括以下步驟17、手動(dòng)第二精密移動(dòng)平臺(tái)使被測(cè)紅外探測(cè)器位于所述光譜響應(yīng)度測(cè)量光路中，手動(dòng)第五調(diào)節(jié)支架，使被測(cè)紅外探測(cè)器的中心位于光譜響應(yīng)度測(cè)量光路中的像點(diǎn)處，所述計(jì)算機(jī)中的硬件設(shè)置與調(diào)試模塊記錄并存儲(chǔ)該位置；18、手動(dòng)第二精密移動(dòng)平臺(tái)，使缺省標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器位于所述光譜響應(yīng)度測(cè)量光路中；19、通過(guò)所述計(jì)算機(jī)的主界面啟動(dòng)硬件設(shè)置與調(diào)試模塊，該模塊對(duì)所述紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)各相關(guān)測(cè)量硬件的初始位置、工作狀態(tài)進(jìn)行檢查與調(diào)試，確保缺省標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源的輻射充滿雙單色儀的入縫處，缺省標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器位于光譜響應(yīng)度測(cè)量光路的像點(diǎn)處；20、通過(guò)所述計(jì)算機(jī)主界面啟動(dòng)所述光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊，人工向該模塊輸入被測(cè)紅外探測(cè)器的波長(zhǎng)范圍λ1～λj、波長(zhǎng)間隔Δλ、采樣次數(shù)N三項(xiàng)參數(shù)；21、所述光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊調(diào)用所述硬件設(shè)置與調(diào)試模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，后者針對(duì)第一個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)λ1對(duì)標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源、標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器、雙單色儀中的光柵及光柵位置、濾光組件中的濾光片進(jìn)行選配，控制相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路將所選的測(cè)量硬件移至到光譜響應(yīng)度測(cè)量光路中，并存儲(chǔ)所選測(cè)量硬件的相關(guān)數(shù)據(jù)；22、所述的光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊命令所述快門驅(qū)動(dòng)電路打開(kāi)快門、斬波器，并通過(guò)數(shù)字電壓表和數(shù)據(jù)采集卡讀取標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器輸出的混合信號(hào)i標(biāo)11混，再命令驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉快門，讀取標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器輸出的背景信號(hào)i標(biāo)11背，并根據(jù)公式i標(biāo)11＝i標(biāo)11混-i標(biāo)11背計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的實(shí)測(cè)信號(hào)值i標(biāo)11；23、重復(fù)第22步驟N-1次，獲得標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的一組實(shí)測(cè)信號(hào)值i標(biāo)12～i標(biāo)1N，光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊對(duì)N個(gè)實(shí)測(cè)信號(hào)值i標(biāo)11～i標(biāo)1N進(jìn)行平均，得出標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的測(cè)量值i標(biāo)1；24、針對(duì)λ2＝λ1+Δλ、λ3＝λ2+Δλ、……、λj＝λj-1+Δλ個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)重復(fù)第21步驟至23步驟，直至獲得標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器在λ2～λm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的一組測(cè)量值i標(biāo)2～i標(biāo)m值；25、所述光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊調(diào)用所述硬件設(shè)置與調(diào)試模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，后者針對(duì)第一個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)λ1和被測(cè)紅外探測(cè)器，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源、雙單色儀中的光柵及光柵位置、濾光組件中的濾光片進(jìn)行選配，控制相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路將所選的測(cè)量硬件移至到光譜響應(yīng)度測(cè)量光路中，并存儲(chǔ)所選測(cè)量硬件的相關(guān)數(shù)據(jù)；26、所述的光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊命令所述快門驅(qū)動(dòng)電路打開(kāi)快門、斬波器，并通過(guò)數(shù)字電壓表和數(shù)據(jù)采集卡讀取被測(cè)紅外探測(cè)器輸出的混合信號(hào)i測(cè)11混，再命令驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉快門，讀取被測(cè)紅外探測(cè)器輸出的背景信號(hào)i測(cè)11背，根據(jù)公式i測(cè)11＝i測(cè)11混-i測(cè)11背計(jì)算出被測(cè)紅外探測(cè)器在λ1點(diǎn)的實(shí)測(cè)信號(hào)值i測(cè)11；27、重復(fù)第26步驟N-1次，獲得被測(cè)紅外探測(cè)器在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的一組實(shí)測(cè)信號(hào)值i測(cè)12～i測(cè)1N，光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊對(duì)N個(gè)實(shí)測(cè)信號(hào)值i測(cè)11～i測(cè)1N進(jìn)行平均，得出被測(cè)紅外探測(cè)器在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的測(cè)量值i測(cè)1；28、針對(duì)λ2＝λ1+Δλ、λ3＝λ2+Δλ、……、λm＝λm-1+Δλ個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)重復(fù)第25步驟至27步驟，直至獲得被測(cè)紅外探測(cè)器在λ2～λm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的一組測(cè)量值i測(cè)2～i測(cè)m值；29、所述光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊根據(jù)公式 計(jì)算并進(jìn)行歸一化處理，獲得被測(cè)紅外探測(cè)器的一組光譜響應(yīng)度S(λm)測(cè)值，式中，S(λm)標(biāo)為所選標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器的已知光譜響應(yīng)度值；30、光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊調(diào)用所述瀏覽、繪圖與打印模塊，后者根據(jù)用戶選擇，可以用圖形模式也可以用表格模式顯示或輸出測(cè)量結(jié)果。
本發(fā)明在專用紅外光譜響應(yīng)度測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加光路準(zhǔn)直器和一個(gè)精密移動(dòng)平臺(tái)及一組標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源而構(gòu)成一個(gè)新的紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)，該測(cè)量系統(tǒng)僅使用一套測(cè)量光路及控制系統(tǒng)，就可以完成紅外探測(cè)器的光譜響應(yīng)度測(cè)量和紅外輻射源的光譜輻射亮度測(cè)量，不僅最大程度地實(shí)現(xiàn)了資源共享、節(jié)約資金，而且也充分挖掘出了紅外輻射測(cè)量系統(tǒng)的潛能，同時(shí)為開(kāi)發(fā)其它波段的綜合測(cè)量系統(tǒng)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。其次，通過(guò)編制相應(yīng)的測(cè)量軟件，使光譜響應(yīng)度和紅外光譜輻射亮度這兩種測(cè)量全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，從而使得復(fù)雜的測(cè)量工作變得簡(jiǎn)單而實(shí)用，不僅節(jié)省了大量的人力，而且也較好地保證了測(cè)量精度。


圖1是本發(fā)明紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)的組成示意圖。
圖2是本發(fā)明紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)選用的標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源之一鎢帶燈的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)選用的標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源之二硅碳棒的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)中測(cè)量軟件的總流程圖。
圖5是圖4所示硬件設(shè)置與調(diào)試模塊的工作流程圖。
圖6是圖4所示光譜輻射亮度測(cè)量模塊的工作流程圖。
圖7是圖4所示光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊的工作流程圖。
圖8是圖4所示瀏覽、繪圖與打印模塊的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳述。
正如圖1所示，本發(fā)明紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例包括光源組件，前置光學(xué)系統(tǒng)，分光系統(tǒng)7、后置光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)組件9、光路準(zhǔn)直器11、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、兩個(gè)精密移動(dòng)平臺(tái)13、10。光源組件由一組標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源1、穩(wěn)壓穩(wěn)流電源、監(jiān)測(cè)儀表等組成，標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源的主要作用是為紅外光譜響應(yīng)度和紅外光譜輻射亮度測(cè)量提供滿足要求的標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射信號(hào)，是實(shí)現(xiàn)測(cè)量的關(guān)鍵。本優(yōu)選實(shí)施例的標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源1選用三個(gè)特制的鎢帶燈(參見(jiàn)圖2)和兩個(gè)硅碳棒(參見(jiàn)圖3)。鎢帶燈作為光譜輻射亮度的標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源，其功率為150W，提供的波長(zhǎng)范圍均為0.7μm～3μm，工作電流為25A，硅碳棒作為光譜響應(yīng)度的標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源，其功率為40W，波長(zhǎng)范圍為1μm～14μm，正常工作電流為7A。這些標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源1以及被測(cè)紅外輻射源12分別通過(guò)調(diào)節(jié)支架一一安裝在第一精密移動(dòng)平臺(tái)13上，這些調(diào)節(jié)支架均可以三維調(diào)整，以確保標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源和待測(cè)紅外輻射源處于正確的位置。穩(wěn)壓穩(wěn)流電源可為標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源提供穩(wěn)定性為0.05％的直流穩(wěn)壓電流。監(jiān)測(cè)儀表用于監(jiān)視和測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源1的穩(wěn)定性。
前置光學(xué)系統(tǒng)含有兩個(gè)平面反射鏡2和第一球面反射鏡3，后置光學(xué)系統(tǒng)含有兩個(gè)平面反射鏡2和第二球面反射鏡8，為便于調(diào)整，每個(gè)鏡子均安置在三維可調(diào)的支架上，以獲得理想的光學(xué)成像。分光系統(tǒng)是本發(fā)明紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)的核心部分，由紅外輻射源發(fā)射出的紅外輻射經(jīng)過(guò)該部分后由原來(lái)寬波段的紅外輻射變成了測(cè)量所需的單色輻射信號(hào)。它由濾光組件5、雙單色儀7、電子快門4、斬波器6組成。本優(yōu)選實(shí)施例中雙單色儀7是由兩個(gè)單色儀反向串接在一起，其主要作用是在提高光譜分辨率的同時(shí)，消除分光時(shí)引起的各種畸變和雜散光。每個(gè)單色儀中都配有五個(gè)衍射光柵并按序安裝在由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的光柵塔輪上，其中1號(hào)衍射光柵的波長(zhǎng)范圍為0.67～2.0μm；2號(hào)衍射光柵的波長(zhǎng)范圍為1.4～4.0μm；3號(hào)衍射光柵的波長(zhǎng)范圍為2.7～8.0μm；4號(hào)衍射光柵的波長(zhǎng)范圍為5.4～16.0μm；5號(hào)衍射光柵的波長(zhǎng)范圍為8.0～24.0μm。根據(jù)測(cè)量需要，計(jì)算機(jī)控制單色儀驅(qū)動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以此驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)光柵塔輪轉(zhuǎn)動(dòng)使選定的衍射光柵進(jìn)入測(cè)量光路中，其過(guò)程為，首先選擇光柵，其次小步距的移動(dòng)選擇需要的輸出波長(zhǎng)。濾光組件5含有五個(gè)濾光片，覆蓋的波長(zhǎng)范圍為1.0um～14um，其中1號(hào)濾光片波長(zhǎng)范圍為1.0～1.7μm，2號(hào)濾光片波長(zhǎng)范圍為1.2～2.8μm，3號(hào)濾光片波長(zhǎng)范圍為2.2～5.0μm，4號(hào)濾光片波長(zhǎng)范圍為4.5～8.0μm，5號(hào)濾光片波長(zhǎng)范圍為7.5～14.0μm；五個(gè)濾光片安裝在濾光片鼓輪的五個(gè)位置中，由計(jì)算機(jī)控制濾光片驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行選擇，濾光片的作用是濾掉次級(jí)輻射。電子快門4在測(cè)量過(guò)程中的開(kāi)與閉受計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制，其作用是扣除測(cè)量背景。斬波器6與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的鎖相放大器一起作用，用來(lái)抑制噪音提高信噪比。
光路準(zhǔn)直器選用632.8nm的He-Ne激光器。由于被測(cè)紅外輻射源是經(jīng)常變換的，而且被測(cè)紅外輻射源的尺寸、大小也不盡相同，因此，每當(dāng)測(cè)量紅外輻射源的光譜輻射亮度時(shí)，都需要調(diào)整其測(cè)量位置。根據(jù)光路可逆原理，將光路準(zhǔn)直器放在測(cè)量光路的像點(diǎn)位置，其準(zhǔn)直光束經(jīng)測(cè)量光路就會(huì)傳輸?shù)轿稂c(diǎn)位置，找到準(zhǔn)直光束成在物空間的像點(diǎn)位置也就找到了被測(cè)紅外輻射源的測(cè)量位置。探測(cè)組件用于接收來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源或被測(cè)紅外輻射源的光輻射信號(hào)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)之后送入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)中。該組件包括兩個(gè)腔體熱釋電探測(cè)器、兩個(gè)InGaAs探測(cè)器、兩個(gè)InSb探測(cè)器和被測(cè)紅外探測(cè)器，腔體熱釋電探測(cè)器主要作為全波段紅外光譜響應(yīng)度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器，也可以作為全波段紅外光譜輻射亮度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器，InGaAs探測(cè)器、InSb探測(cè)器分別作為0.8～1.8μm、3～5μm波段紅外光譜輻射亮度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器。這些探測(cè)器以及光路準(zhǔn)直器分別通過(guò)三維調(diào)節(jié)支架一一安裝在第二精密移動(dòng)平臺(tái)10上，以保證在測(cè)量中各相關(guān)硬件之間的切換。第一、第二精密移動(dòng)平臺(tái)13、10均為一維可調(diào)平臺(tái)，其工作行程為500mm，精度為5um。
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)含有控制電路、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)?？刂齐娐泛序?qū)動(dòng)第一精密移動(dòng)平臺(tái)的第一驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)第二精密移動(dòng)平臺(tái)的第二驅(qū)動(dòng)電路、快門驅(qū)動(dòng)電路、濾光片驅(qū)動(dòng)電路、斬波器驅(qū)動(dòng)電路及單色儀驅(qū)動(dòng)電路，這些電路接收計(jì)算機(jī)輸出的控制指令，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)硬件動(dòng)作以滿足測(cè)量的需要。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)含有計(jì)算機(jī)、兩個(gè)數(shù)字電壓表、鎖相放大器。鎖相放大器、數(shù)字電壓表可將紅外探測(cè)器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)中內(nèi)置有數(shù)據(jù)采集卡及綜合測(cè)量軟件，綜合測(cè)量軟件主要完成對(duì)紅外輻射標(biāo)準(zhǔn)傳遞綜合測(cè)量系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)量的控制及測(cè)量數(shù)據(jù)的處理，它包括四個(gè)功能模塊(參見(jiàn)圖4)，即硬件設(shè)置與調(diào)試模塊、光譜輻射亮度測(cè)量模塊、光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊、瀏覽、繪圖和打印模塊。圖4是本發(fā)明紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制完成測(cè)量工作的總流程圖。當(dāng)紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)入測(cè)量程序時(shí)，計(jì)算機(jī)的主界面給出軟件功能模塊分布，用戶可根據(jù)實(shí)際測(cè)量需要，選擇進(jìn)入不同的功能模塊。
圖5是模塊1即硬件設(shè)置與調(diào)試模塊的操作流程。該模塊能夠完成所有測(cè)量硬件的設(shè)置與調(diào)試，根據(jù)測(cè)量需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源、標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器、雙單色儀中的光柵、濾光組件的位置進(jìn)行設(shè)置與調(diào)試。在實(shí)際測(cè)量工作中，根據(jù)調(diào)用命令，該模塊通過(guò)RS232串口控制第二精密移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)，完成標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器組、被測(cè)紅外探測(cè)器及光路準(zhǔn)直器初始位置的設(shè)置與調(diào)試，記錄并存儲(chǔ)這些位置參數(shù)；通過(guò)RS232串口控制第一精密移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)，完成標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源、被測(cè)紅外輻射源初始位置的設(shè)置與調(diào)試，記錄并存儲(chǔ)這些參數(shù)供光譜輻射亮度測(cè)量模塊和光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊進(jìn)行波長(zhǎng)的選擇調(diào)用。通過(guò)488并口控制雙單色儀轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)選擇衍射光柵的初始位置進(jìn)行調(diào)試與設(shè)置并存儲(chǔ)位置數(shù)據(jù)，供光譜輻射亮度測(cè)量模塊和光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊進(jìn)行波長(zhǎng)的選擇調(diào)用。根據(jù)人工輸入的波長(zhǎng)點(diǎn)，該模塊通過(guò)488并口記錄所選濾光片的位置值，供光譜輻射亮度測(cè)量模塊和光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊進(jìn)調(diào)用。硬件設(shè)置與調(diào)試模塊可通過(guò)488并口設(shè)置斬波器及數(shù)字電壓表，并存儲(chǔ)斬波器的頻率，同時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡從數(shù)字電壓表讀取標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器或被測(cè)紅外探測(cè)器的輸出數(shù)據(jù)。硬件設(shè)置與調(diào)試模塊還能夠完成測(cè)量硬件的選配，測(cè)量時(shí)，該模塊根據(jù)人工輸入的一組標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器即腔體熱釋電探測(cè)器、InGaAs探測(cè)器和InSb探測(cè)器的標(biāo)準(zhǔn)值，選擇在對(duì)應(yīng)波段信號(hào)最佳的標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器；根據(jù)人工輸入的一組標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源鎢帶燈和硅碳棒的標(biāo)準(zhǔn)值，選擇在對(duì)應(yīng)的波段信號(hào)最佳的標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源；根據(jù)人工輸入五塊衍射光柵和濾光片所覆蓋的波長(zhǎng)范圍，選擇符合測(cè)量波長(zhǎng)要求的衍射光柵和濾光片。具體操作過(guò)程是，根據(jù)數(shù)字電壓表和數(shù)據(jù)采集卡最終的輸出信號(hào)值對(duì)信號(hào)涉及的各測(cè)量硬件進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，將獲得最佳輸出信號(hào)時(shí)所對(duì)應(yīng)的各測(cè)量硬件的相關(guān)參數(shù)和位置數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，供光譜輻射亮測(cè)量模塊和光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊調(diào)用。
圖6是模塊2即光譜輻射亮度測(cè)量模塊的工作流程，該模塊能夠控制完成紅外輻射源光譜輻射亮度的測(cè)量與計(jì)算。測(cè)量時(shí)，首先人工輸入被測(cè)紅外輻射源的波長(zhǎng)范圍λ1～λj、采樣次數(shù)N、波長(zhǎng)間隔Δλ，該模塊根據(jù)輸入的信息調(diào)用模塊1進(jìn)行硬件初始化設(shè)置。根據(jù)軟件的設(shè)置，首先對(duì)標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源進(jìn)行測(cè)量。針對(duì)第一個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)λ1，根據(jù)測(cè)量參數(shù)的設(shè)置，該模塊調(diào)用模塊1進(jìn)行硬件選配，并且存儲(chǔ)所選硬件的數(shù)據(jù)；命令快門驅(qū)動(dòng)電路打開(kāi)快門、斬波器，并通過(guò)數(shù)字電壓表和數(shù)據(jù)采集卡讀取標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器輸出的混合信號(hào)l(λ1)混，命令驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉快門，讀取標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器輸出的背景信號(hào)l(λ1)背，用公式l(λ1)標(biāo)1＝l(λ1)混-l(λ1)背，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源在第一個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)λ1的實(shí)測(cè)信號(hào)值l(λ1)標(biāo)1；將上述過(guò)程重復(fù)N-1次后，將獲得的N個(gè)實(shí)測(cè)信號(hào)之求取平均值，得到在波長(zhǎng)點(diǎn)λ1時(shí)標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源的測(cè)量值l(λ1)標(biāo)。同樣，再針對(duì)第二個(gè)、第三個(gè)、……第j個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)λ2、λ3、……、λj重復(fù)上述測(cè)量步驟(在波長(zhǎng)點(diǎn)序列中，每個(gè)相鄰波長(zhǎng)點(diǎn)的波長(zhǎng)相差Δλ)，最終可以得到標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源與j個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的一組測(cè)量值l(λj)標(biāo)。在測(cè)量過(guò)程中，該模塊可以將每個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的測(cè)量值以列表形式存入計(jì)算機(jī)的硬盤中(參見(jiàn)圖6中的表一)。接著，采用與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源相同的測(cè)量步驟對(duì)被測(cè)紅外輻射源進(jìn)行測(cè)量，同樣獲得被測(cè)紅外輻射源與j個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的一組測(cè)量值l(λj)測(cè)，并以列表形式存入計(jì)算機(jī)的硬盤中(參見(jiàn)圖6中的表二)。最后，根據(jù)公式計(jì)算被測(cè)紅外輻射源的光譜輻射亮度； 式中，L(λj)標(biāo)是測(cè)量中所用標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源的光譜輻射亮度，該值為已知值。最后，根據(jù)公式計(jì)算光譜輻射亮度在不同波長(zhǎng)處λj的測(cè)量不確定度。
圖7是模塊3即紅外光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊的測(cè)量流程。該模塊可以控制完成紅外探測(cè)器光譜響應(yīng)度的測(cè)量與計(jì)算。測(cè)量時(shí)，首先人工輸入被測(cè)紅外探測(cè)器的波長(zhǎng)范圍λ1～λj、采樣次數(shù)N、波長(zhǎng)間隔Δλ，計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的信息調(diào)用模塊1進(jìn)行硬件初始化設(shè)置。根據(jù)軟件的編制先對(duì)標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量，針對(duì)第一個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)λ1，光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊根據(jù)測(cè)量參數(shù)的設(shè)置，調(diào)用模塊1進(jìn)行硬件選配并且存儲(chǔ)所選硬件的數(shù)據(jù)；命令快門驅(qū)動(dòng)電路打開(kāi)快門、斬波器，并通過(guò)數(shù)字電壓表和數(shù)據(jù)采集卡讀取標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器輸出的混合信號(hào)i標(biāo)11混，再命令驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉快門，讀取標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器輸出的背景信號(hào)i標(biāo)11背，根據(jù)公式i標(biāo)11＝i標(biāo)11混-i標(biāo)11背，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器在波長(zhǎng)點(diǎn)λ1的實(shí)測(cè)信號(hào)值i標(biāo)11；將上述過(guò)程重復(fù)N-1次后，將獲得的N個(gè)實(shí)測(cè)信號(hào)值求取平均，得到在波長(zhǎng)點(diǎn)λ1時(shí)標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器的測(cè)量值i標(biāo)1。同樣，再針對(duì)第二個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)、第三個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)、……第m個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)λ2、λ3、……、λm重復(fù)上述測(cè)量步驟(在波長(zhǎng)點(diǎn)序列中，每個(gè)相鄰波長(zhǎng)點(diǎn)的波長(zhǎng)相差Δλ)，最終可以得到標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器與m個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的一組測(cè)量值i標(biāo)m。在測(cè)量過(guò)程中，該模塊可以將每個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的測(cè)量值以列表形式存入計(jì)算機(jī)的硬盤中(參見(jiàn)圖7中的表三)。接著，采用與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器相同的測(cè)量步驟對(duì)被測(cè)紅外探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量，同樣獲得被測(cè)紅外探測(cè)器與m個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的一組測(cè)量值i測(cè)m，并以列表形式存入計(jì)算機(jī)的硬盤中(參見(jiàn)圖7中的表四)。然后根據(jù)公式 計(jì)算出一組S(λm)測(cè)，式中，S(λm)標(biāo)是測(cè)量中所用的標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器的光譜響應(yīng)度，該值為已知值。最后對(duì)一組S(λm)測(cè)值進(jìn)行歸一化處理，即設(shè)S(λm)測(cè)max為1，將其余的S(λm)測(cè)與S(λm)測(cè)max相比之后，繪制出被測(cè)紅外探測(cè)器在整個(gè)波段的光譜響應(yīng)度曲線。
圖8是模塊4即瀏覽、繪圖和打印模塊的操作流程圖。該模塊包括了對(duì)測(cè)量結(jié)果的瀏覽，根據(jù)需要選擇輸出參數(shù)、輸出格式(包括圖形和表格)，并進(jìn)行打印。
權(quán)利要求
1.一種紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)，包括一組標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源，前置光學(xué)系統(tǒng)，含有濾光組件、雙單色儀、斬波器、電動(dòng)快門的分光系統(tǒng)，后置光學(xué)系統(tǒng)，一組標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器，含有數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、控制電路的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，第一精密移動(dòng)平臺(tái)，若干個(gè)調(diào)節(jié)支架，用于測(cè)量紅外探測(cè)器的光譜響應(yīng)度的光路為標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源發(fā)出的光輻射信號(hào)依次經(jīng)過(guò)前置光學(xué)系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、后置光學(xué)系統(tǒng)后分別成像在標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器或被測(cè)紅外探測(cè)器的接收面上；其特征在于還包括用于調(diào)試光譜輻射亮度測(cè)量光路的光路準(zhǔn)直器，第二精密移動(dòng)平臺(tái)；所述的第一精密移動(dòng)平臺(tái)上至少安裝兩個(gè)調(diào)節(jié)支架，所述的標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源放置在第一調(diào)節(jié)支架上，而被測(cè)紅外輻射源則放置在第二調(diào)節(jié)支架上；所述的第二精密移動(dòng)平臺(tái)上至少安裝有三個(gè)調(diào)節(jié)支架，所述的光路準(zhǔn)直器、標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器分別放置在第三、第四調(diào)節(jié)支架上，被測(cè)紅外探測(cè)器則放置在第五調(diào)節(jié)支架上；用于測(cè)量紅外輻射源光譜輻射亮度的光路為標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源或被測(cè)紅外輻射源發(fā)出的光輻射信號(hào)經(jīng)前置光學(xué)系統(tǒng)后到達(dá)所述的分光系統(tǒng)，經(jīng)分光系統(tǒng)變?yōu)閱紊椛浜笤俳?jīng)后置光學(xué)系統(tǒng)成像在標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器的接收面上，標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器將此光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并輸出；所述標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器或被測(cè)紅外探測(cè)器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并輸出；所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能是設(shè)置與調(diào)試紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)中的相關(guān)測(cè)量硬件，并控制紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)完成紅外輻射源光譜輻射亮度或紅外探測(cè)器光譜響應(yīng)度的測(cè)量；所述控制電路含有用于驅(qū)動(dòng)第一、第二精密移動(dòng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)電路，快門驅(qū)動(dòng)電路，濾光片驅(qū)動(dòng)電路，斬波器驅(qū)動(dòng)電路，雙單色儀驅(qū)動(dòng)電路，這些驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)計(jì)算機(jī)指令控制相關(guān)硬件的狀態(tài)或位置；所述的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)含有計(jì)算機(jī)、數(shù)字電壓表、鎖相放大器，計(jì)算機(jī)內(nèi)置有數(shù)據(jù)采集卡以及硬件設(shè)置與調(diào)試模塊、紅外光譜輻射亮度測(cè)量模塊、光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊、瀏覽、繪圖與打印模塊；所述硬件設(shè)置與調(diào)試模塊的功能是設(shè)置并存儲(chǔ)所述標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源、被測(cè)紅外輻射源、標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器、被測(cè)紅外探測(cè)器、濾光組件、雙單色儀的初始位置，根據(jù)測(cè)量需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源、標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器、雙單色儀中的光柵及光柵位置、濾光組件中的濾光片進(jìn)行選配并存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)；所述光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊的功能是自動(dòng)完成紅外探測(cè)器的光譜響應(yīng)度測(cè)量；所述紅外光譜輻射亮度測(cè)量模塊的功能是自動(dòng)完成紅外輻射源的光譜輻射亮度測(cè)量；所述瀏覽、繪圖與打印模塊的功能是顯示或打印測(cè)量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述的一組標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源包括三個(gè)鎢帶燈和兩個(gè)硅碳棒，其中，鎢帶燈的波長(zhǎng)范圍為0.7～3μm，硅碳棒的波長(zhǎng)范圍為1～14μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述的一組標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器包括兩個(gè)腔體熱釋電探測(cè)器、兩個(gè)InGaAs探測(cè)器、兩個(gè)InSb探測(cè)器，腔體熱釋電探測(cè)器可以作為全波段紅外光譜響應(yīng)度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器，也可以作為全波段紅外光譜輻射亮度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器，InGaAs探測(cè)器、InSb探測(cè)器分別作為0.8～1.8μm、3～5μm波段紅外光譜輻射亮度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器。
4.一種采用權(quán)利要求1所述紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行光譜輻射亮度測(cè)量的方法包括以下步驟(1)接通所述光路準(zhǔn)直器的電源，手動(dòng)第二精密移動(dòng)平臺(tái)使光路準(zhǔn)直器位于所述光譜輻射亮度測(cè)量光路的像面中，手動(dòng)第三調(diào)節(jié)支架使光路準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直光束中心位于像面中心，所述計(jì)算機(jī)中的硬件設(shè)置與調(diào)試模塊記錄并存儲(chǔ)該位置數(shù)據(jù)；(2)手動(dòng)第一精密移動(dòng)平臺(tái)，使所述被測(cè)紅外輻射源位于所述光譜輻射亮度測(cè)量光路中，且使通過(guò)光譜輻射亮度測(cè)量光路逆向傳輸?shù)臏?zhǔn)直光束位于其中心位置；(3)關(guān)閉所述光路準(zhǔn)直器電源，接通被測(cè)紅外輻射源的電源，手動(dòng)第二調(diào)節(jié)支架，使被測(cè)紅外輻射源輸出的紅外輻射清楚地成像于所述分光系統(tǒng)的中心處，并充滿雙單色儀的入縫，所述計(jì)算機(jī)中的硬件設(shè)置與調(diào)試模塊記錄并存儲(chǔ)該位置數(shù)據(jù)；(4)手動(dòng)調(diào)整第一、第二精密移動(dòng)平臺(tái)，使缺省標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源、缺省標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器分別位于所述光譜輻射亮度測(cè)量光路的物面、像面；(5)通過(guò)所述計(jì)算機(jī)的主界面啟動(dòng)設(shè)置與調(diào)試模塊，該模塊對(duì)所述紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)各測(cè)量硬件的初始位置、工作狀態(tài)進(jìn)行檢查與調(diào)試，確保缺省標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源的光輻射充滿雙單色儀的入縫處，缺省標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器位于光譜輻射亮度測(cè)量光路的像點(diǎn)處；(6)通過(guò)所述計(jì)算機(jī)的主界面啟動(dòng)所述光譜輻射亮度測(cè)量模塊，人工向該模塊輸入被測(cè)紅外輻射源的波長(zhǎng)范圍λ1～λj、波長(zhǎng)間隔Δλ、采樣次數(shù)N三項(xiàng)參數(shù)；(7)所述光譜輻射亮度測(cè)量模塊調(diào)用所述硬件設(shè)置與調(diào)試模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，后者針對(duì)第一個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)λ1對(duì)標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源、標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器、雙單色儀中的光柵及光柵位置、濾光組件中的濾光片進(jìn)行選配，控制相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路將所選的測(cè)量硬件移至到光譜輻射亮度測(cè)量光路中，并存儲(chǔ)所選測(cè)量硬件的相關(guān)數(shù)據(jù)；(8)所述光譜輻射亮度測(cè)量模塊命令快門驅(qū)動(dòng)電路打開(kāi)快門、斬波器，并通過(guò)數(shù)字電壓表和數(shù)據(jù)采集卡讀取標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器輸出的混合信號(hào)l(λ1)標(biāo)混，命令驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉快門，讀取標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器輸出的背景信號(hào)l(λ1)標(biāo)背，根據(jù)公式l(λ1)標(biāo)1＝l(λ1)標(biāo)混-l(λ1)標(biāo)背，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的實(shí)測(cè)信號(hào)值l(λ1)標(biāo)1；(9)重復(fù)第(8)步驟N-1次，獲得標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的一組實(shí)測(cè)信號(hào)值l(λ1)標(biāo)2～l(λ1)標(biāo)N；所述的光譜輻射亮度測(cè)量模塊對(duì)N個(gè)實(shí)測(cè)信號(hào)值l(λ1)標(biāo)1～l(λ1)標(biāo)N進(jìn)行平均，得出所述標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的測(cè)量值l(λ1)標(biāo)；(10)針對(duì)λ2＝λ1+Δλ、λ3＝λ2+Δλ、……、λj＝λj-1+Δλ個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)重復(fù)第(7)步驟至(9)步驟，直至獲得標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源在λ2～λj波長(zhǎng)范圍內(nèi)的一組測(cè)量值l(λ2)標(biāo)～l(λj)標(biāo)；(11)所述光譜輻射亮度測(cè)量模塊調(diào)用所述硬件設(shè)置與調(diào)試模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，后者針對(duì)第一個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)λ1和被測(cè)紅外輻射源，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器、雙單色儀中的光柵及光柵位置、濾光組件中的濾光片進(jìn)行選配，控制相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路將所選的測(cè)量硬件移至到光譜輻射亮度測(cè)量光路中，并存儲(chǔ)所選測(cè)量硬件的相關(guān)數(shù)據(jù)；(12)所述的光譜輻射亮度測(cè)量模塊命令快門驅(qū)動(dòng)電路打開(kāi)快門、斬波器，并通過(guò)數(shù)字電壓表和數(shù)據(jù)采集卡讀取被測(cè)紅外探測(cè)器輸出的混合信號(hào)l(λ1)混，命令驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉快門，讀取被測(cè)紅外探測(cè)器輸出的背景信號(hào)l(λ1)背，根據(jù)公式l(λ1)測(cè)1＝l(λ1)測(cè)混-l(λ1)測(cè)背，計(jì)算出被測(cè)紅外輻射源在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的實(shí)測(cè)信號(hào)值l(λ1)測(cè)1；(13)重復(fù)第(12)步驟N-1次，獲得被測(cè)紅外輻射源在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的一組實(shí)測(cè)信號(hào)值l(λ1)測(cè)2～l(λ1)測(cè)N；所述光譜輻射亮度測(cè)量模塊對(duì)N個(gè)實(shí)測(cè)信號(hào)值l(λ1)測(cè)1～l(λ1)測(cè)N進(jìn)行平均，得出被測(cè)紅外輻射源在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的測(cè)量值l(λ1)測(cè)；(14)針對(duì)λ2＝λ1+Δλ、λ3＝λ2+Δλ、……、λj＝λj-1+Δλ個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)重復(fù)第(11)步驟至(13)步驟，直至獲得被測(cè)紅外輻射源在λ2～λj波長(zhǎng)范圍內(nèi)的一組測(cè)量值l(λ2)測(cè)～l(λj)測(cè)值；(15)所述光譜輻射亮度測(cè)量模塊根據(jù)內(nèi)置公式 計(jì)算被測(cè)紅外輻射源在λ1～λj波長(zhǎng)范圍內(nèi)的一組光譜輻射亮度L(λj)測(cè)值，式中L(λj)標(biāo)為所用標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源的光譜輻亮度值；(16)光譜輻射亮度測(cè)量模塊調(diào)用所述瀏覽、繪圖與打印模塊，后者根據(jù)用戶選擇，可以用圖形模式也可以用表格模式顯示或輸出測(cè)量結(jié)果。
5.一種采用權(quán)利要求1所述紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行光譜響應(yīng)度測(cè)量的方法包括以下步驟(17)手動(dòng)第二精密移動(dòng)平臺(tái)使被測(cè)紅外探測(cè)器位于所述光譜響應(yīng)度測(cè)量光路中，手動(dòng)第五調(diào)節(jié)支架，使被測(cè)紅外探測(cè)器的中心位于光譜響應(yīng)度測(cè)量光路中的像點(diǎn)處，所述計(jì)算機(jī)中的硬件設(shè)置與調(diào)試模塊記錄并存儲(chǔ)該位置；(18)手動(dòng)第二精密移動(dòng)平臺(tái)，使缺省標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器位于所述光譜響應(yīng)度測(cè)量光路中；(19)通過(guò)所述計(jì)算機(jī)的主界面啟動(dòng)硬件設(shè)置與調(diào)試模塊，該模塊對(duì)所述紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)各相關(guān)測(cè)量硬件的初始位置、工作狀態(tài)進(jìn)行檢查與調(diào)試，確保缺省標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源的輻射充滿雙單色儀的入縫處，缺省標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器位于光譜響應(yīng)度測(cè)量光路的像點(diǎn)處；(20)通過(guò)所述計(jì)算機(jī)主界面啟動(dòng)所述光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊，人工向該模塊輸入被測(cè)紅外探測(cè)器的波長(zhǎng)范圍λ1～λj、波長(zhǎng)間隔Δλ、采樣次數(shù)N三項(xiàng)參數(shù)；(21)所述光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊調(diào)用所述硬件設(shè)置與調(diào)試模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，后者針對(duì)第一個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)λ1對(duì)標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源、標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器、雙單色儀中的光柵及光柵位置、濾光組件中的濾光片進(jìn)行選配，控制相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路將所選的測(cè)量硬件移至到光譜響應(yīng)度測(cè)量光路中，并存儲(chǔ)所選測(cè)量硬件的相關(guān)數(shù)據(jù)；(22)所述光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊命令所述快門驅(qū)動(dòng)電路打開(kāi)快門、斬波器，并通過(guò)數(shù)字電壓表和數(shù)據(jù)采集卡讀取標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器輸出的混合信號(hào)i標(biāo)11混，再命令驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉快門，讀取標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器輸出的背景信號(hào)i標(biāo)11背，并根據(jù)公式i標(biāo)11＝i標(biāo)11混-i標(biāo)11背計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的實(shí)測(cè)信號(hào)值i標(biāo)11；(23)重復(fù)第(22)步驟N一1次，獲得標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的一組實(shí)測(cè)信號(hào)值i標(biāo)12～i標(biāo)1N，光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊對(duì)N個(gè)實(shí)測(cè)信號(hào)值i標(biāo)11～i標(biāo)1N進(jìn)行平均，得出標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的測(cè)量值i標(biāo)1；(24)針對(duì)λ2＝λ1+Δλ、λ3＝λ2+Δλ、……、λj＝λj-1+Δλ個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)重復(fù)第(21)步驟至(23)步驟，直至獲得標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器在λ2～λm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的一組測(cè)量值i標(biāo)2～i標(biāo)m值；(25)所述光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊調(diào)用所述硬件設(shè)置與調(diào)試模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，后者針對(duì)第一個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)λ1和被測(cè)紅外探測(cè)器，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源、雙單色儀中的光柵及光柵位置、濾光組件中的濾光片進(jìn)行選配，控制相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路將所選的測(cè)量硬件移至到光譜響應(yīng)度測(cè)量光路中，并存儲(chǔ)所選測(cè)量硬件的相關(guān)數(shù)據(jù)；(26)所述的光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊命令所述快門驅(qū)動(dòng)電路打開(kāi)快門、斬波器，并通過(guò)數(shù)字電壓表和數(shù)據(jù)采集卡讀取被測(cè)紅外探測(cè)器輸出的混合信號(hào)i測(cè)11混，再命令驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉快門，讀取被測(cè)紅外探測(cè)器輸出的背景信號(hào)i測(cè)11背，根據(jù)公式i測(cè)11＝i測(cè)11混-i測(cè)11背計(jì)算出被測(cè)紅外探測(cè)器在λ1點(diǎn)的實(shí)測(cè)信號(hào)值i測(cè)11；(27)重復(fù)第(26)步驟N-1次，獲得被測(cè)紅外探測(cè)器在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的一組實(shí)測(cè)信號(hào)值i測(cè)12～i測(cè)1N，光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊對(duì)N個(gè)實(shí)測(cè)信號(hào)值i測(cè)11～i測(cè)1N進(jìn)行平均，得出被測(cè)紅外探測(cè)器在λ1波長(zhǎng)點(diǎn)的測(cè)量值i測(cè)1；(28)針對(duì)λ2＝λ1+Δλ、λ3＝λ2+Δλ、……、λm＝λm-1+Δλ個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)重復(fù)第(25)步驟至(27)步驟，直至獲得被測(cè)紅外探測(cè)器在λ2～λm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的一組測(cè)量值i測(cè)2～i測(cè)m值；(29)所述光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊根據(jù)公式 計(jì)算并進(jìn)行歸一化處理，獲得被測(cè)紅外探測(cè)器的一組光譜響應(yīng)度S(λm)測(cè)值，式中，S(λm)標(biāo)為所選標(biāo)準(zhǔn)紅外探測(cè)器的已知光譜響應(yīng)度值；(30)光譜響應(yīng)度測(cè)量模塊調(diào)用所述瀏覽、繪圖與打印模塊，后者根據(jù)用戶選擇，可以用圖形模式也可以用表格模式顯示或輸出測(cè)量結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種紅外輻射傳遞標(biāo)準(zhǔn)綜合測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法，該裝置在專用光譜響應(yīng)度測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了光路準(zhǔn)直器和一個(gè)精密移動(dòng)平臺(tái)及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射源，并采取共用光學(xué)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的方式，實(shí)現(xiàn)了在一臺(tái)測(cè)量系統(tǒng)上既可以進(jìn)行紅外探測(cè)器光譜響應(yīng)度的測(cè)量與標(biāo)定，又可以進(jìn)行紅外輻射源光譜輻射亮度的測(cè)量與標(biāo)定；此外，通過(guò)相應(yīng)的測(cè)量軟件，使光譜響應(yīng)度和光譜輻射亮度這兩種測(cè)量過(guò)程全由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制完成。本發(fā)明最大程度地實(shí)現(xiàn)了資源共享、降低了成本，而且自動(dòng)化程度高，測(cè)量簡(jiǎn)單，精度高。
文檔編號(hào)G01M11/00GK1877268SQ200610041990
公開(kāi)日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2006年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者占春連, 劉建平, 張輝, 李正琪, 呂春麗, 趙寶珍, 盧飛, 陳超 申請(qǐng)人:中國(guó)兵器工業(yè)第二○市電子三路西段9號(hào)