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光谱辐射参数测试技术的研究

光谱辐射参数测试技术的研究

作     者:范纪红 

作者单位:陕西师范大学 

学位级别:硕士

导师姓名:李永放

授予年度:2003年

学科分类:08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题:高温黑体 低温辐射计 光谱响应度 光谱辐照度 光谱辐亮度 

摘      要:光辐射计量是整个光学计量最基本的组成部分。本文主要是进行了光谱辐照度、辐亮度及光源色温这三个参数的计量测试,这些参数的计量在现代化的战争中发挥着巨大的作用。随着红外探测技术的发展,红外技术首先受到军事部门的关注,因为它提供了在黑暗中观察,探测军事目标自身辐射及进行保密通讯的可能性。在应用红外光学系统时常常需要了解系统所成的像的辐亮度。而且在许多情况下要评价红外光学系统的性能就要求了解像的辐亮度。紫外和真空紫外光谱辐照度的测量和定标,在天体物理、固体物理、光化学及医药学等领域中已成为越来越重要的研究手段和工具。色温的测量对于灯泡工业和照明工程等具有很重要的意义。在90年代以前,国外陆续有十几个国家先后建立了光谱辐照度、辐亮度标准,我国国家计量院于80年代左右建立的光谱辐照度和光谱辐亮度标准已远不能满足国防科研发展对测量精度的要求。因此建立一个高精度的光谱辐照度和光谱辐亮度标准是非常必要的。 本文从总结现有高温黑体温度的测量方法、光谱辐照度的测量方法及光源色温的测量方法出发,系统地介绍了高温黑体温度、光谱辐照度、辐亮度及光源色温的测量方法,测试原理,测试系统以及相应的信号检测技术。测试系统由光学系统、比较系统、控制系统以及冷却系统组成。在测量高温黑体温度的过程中,使用了新型的辐射测温法,滤光辐射计测量方法,该方法在1997年光谱辐照度国际比对时被PTB、NPL、VNⅡOFO等国家所采用,并得到一致认可。该方法首先要用低温辐射计及相对光谱响应度测量装置对滤光辐射计进行标定,经计算可得到滤光辐射计的绝对光谱响应度;由于黑体温度的漂移直接影响到测量精度,我们采用反馈系统通过控制黑体的加热电流,来稳定黑体温度。这使得测量高温黑体温度的精度大大提高。本标准装置涉及参数多,包括光谱辐照度、光谱辐亮度、光源色温;光谱范围宽,覆盖了紫外、可见、红外;在同一套设备上实现多参数、宽光谱以及能量强度变化为7个数量级的精确测量。在总体设计中采用了两条主光路,一条以光谱辐亮度为基础的测量光路,另一条以积分球为基础,通过增加移动光学平台和平面反射镜进行切换,实现光谱辐照度的绝对测量。该标准装置包括:辐射基准、辐射传递标准及比较测量装置,是一个庞大而复杂的系统,包含了红外技术、激光技术、小信号探测器技术、精密机械加工及计算机技术。本标准装置的测量不确定度要求高,除了熟悉所有硬件的性能外,还必须对光、机、电、算进行精确调试,实现每个波长下所有硬件的最优组合,来达到理想的测量 结果,该项调试工作包含了对软件的调试,电信号的调试,光路调试。 总之,在项目组同志们的共同努力下,使该项目工作顺利完成,实现了硬件 的最忧组合。

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