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可见光—短波红外光谱辐射计现场量值传递方法

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遥感学报 2023年第5期27卷 1166-1176页

作者：程秋桐李玲代彩红吴志峰高彩霞何思捷王彦飞中国计量科学研究院光学与激光计量科学研究所北京100029 中国科学院空天信息创新研究院定量遥感信息技术重点实验室北京100094

外场辐射测量是光学遥感研究的重要信息来源,为了保证外场测量数据的准确性,外场设备必须进行量值溯源。本文旨在开展外场光谱测量设备的现场量值传递方法研究,将外场测量设备的辐射测量水平溯源至统一基准,以此来保证外场测量时设备获... 详细信息

外场辐射测量是光学遥感研究的重要信息来源,为了保证外场测量数据的准确性,外场设备必须进行量值溯源。本文旨在开展外场光谱测量设备的现场量值传递方法研究,将外场测量设备的辐射测量水平溯源至统一基准,以此来保证外场测量时设备获取数据精准性以及数据质量一致性。通过分析实验室和外场光源差异、测量环境差异等因素对辐射量值准确性的影响,建立了杂散光修正模型和环境温度修正模型,构建了完整的从实验室到外场的量值传递链路,采用对称放置和互换测量的方法将光谱辐射量值从实验室国家基准有效传递至外场观测设备,实现了实验室到外场380—2400 nm波长的光谱辐射量值传递。进一步地,依据不确定度传播律,分析了可见光短波红外光谱辐射计现场量值传递的不确定度,最终实现量传光谱仪测量不确定度1.7%—2.3%(k=1)和外场观测设备定标不确定度1.9%—2.5%(k=1)。本文对于量传光谱仪及现场量值传递的不确定度分析,有助于今后不同外场测量设备间的交叉验证,保证多场地基验证试验的测量一致性。

关键词：现场量值传递杂散光修正模型温度修正模型互换测量不确定度

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颜色温度和相关色温的不确定度评定方法

光学学报 2005年第4期25卷 547-552页

作者：代彩红于家琳于靖殷纯永中国计量科学研究院光学处北京100013 清华大学精密仪器与机械学系北京100084

颜色温度和相关色温是光源的重要参量。从色品坐标(u,v)到颜色温度和相关色温的计算过程比较复杂,很难依据国际标准化组织推荐的不确定度评定方法进行分析。介绍了从光谱辐射功率和色品坐标(u,v)的不确定度出发,按照国际标准化组织的推... 详细信息

颜色温度和相关色温是光源的重要参量。从色品坐标(u,v)到颜色温度和相关色温的计算过程比较复杂,很难依据国际标准化组织推荐的不确定度评定方法进行分析。介绍了从光谱辐射功率和色品坐标(u,v)的不确定度出发,按照国际标准化组织的推荐方法,得到更为科学合理的颜色温度和相关色温的不确定度评定方法。针对新的国家颜色温度副基准,分别采用基于数学模型的精确方法、近似方法和几何方法对其不确定度进行了评价,并与传统方法进行了比较。采用传统方法得到的计算结果偏高,这是因为传统的计算方法很大程度上基于实验和经验估计,没有将颜色温度的不确定度与光谱辐射功率和色品坐标(u,v)的不确定度之间建立明确的数学关联,在分析过程中存在对某一不确定度源进行重复计算的可能。所述的数学推导方法相对传统方法更为科学合理。

关键词：光谱学颜色温度相关色温不确定度数值分析

太阳紫外光谱辐射地面测量装置中的入射光学系统的研制

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光学技术 2006年第1期32卷 42-46页

作者：代彩红于家琳于靖殷纯永中国计量科学研究院光学处北京100013 清华大学精密仪器与机械学系北京100084

以聚四氟乙烯(PTFE)材料制成的积分球为基础,研制了7种组合型入射光学系统,并对它们的余弦特性进行了测试。其中PTFE积分球、磨砂石英半球型漫射器和修正环的组合型入射光学系统的设计具有创新性。在±30°入射角范围内,余弦误差小于0.2... 详细信息

以聚四氟乙烯(PTFE)材料制成的积分球为基础,研制了7种组合型入射光学系统,并对它们的余弦特性进行了测试。其中PTFE积分球、磨砂石英半球型漫射器和修正环的组合型入射光学系统的设计具有创新性。在±30°入射角范围内,余弦误差小于0.23%;在±60°入射角范围内,余弦误差小于1.14%;在±75°入射角范围内,余弦误差小于2.5%;在±80°入射角范围内,余弦误差小于5.5%,积分余弦误差〈f2〉=0.94%,指标达到国际先进水平。组合型入射光学系统能够很好地满足太阳紫外光谱辐射地面测量的需求。

关键词：太阳紫外光谱辐射照度入射光学系统余弦响应光谱辐射照度

球冠型入射光学系统中等效辐射平面位置的计算

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计量学报 2006年第3期27卷 236-240页

作者：代彩红于家琳于靖殷纯永中国计量科学研究院清华大学精密仪器与机械学系

为了满足包括太阳直射和天空散射在内的2π球面度立体角范围的入射光线的测量需求,要求太阳紫外光谱辐射测量装置的入射光学系统必须具备较好的余弦响应特性。研制的入射光学系统由聚四氟乙烯积分球、磨砂石英球冠型余弦漫射器和修正环... 详细信息

为了满足包括太阳直射和天空散射在内的2π球面度立体角范围的入射光线的测量需求,要求太阳紫外光谱辐射测量装置的入射光学系统必须具备较好的余弦响应特性。研制的入射光学系统由聚四氟乙烯积分球、磨砂石英球冠型余弦漫射器和修正环组成。

关键词：计量学光谱学太阳紫外光谱辐射等效辐射平面入射光学系统光谱辐射照度

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紫外辐射照度计的余弦响应特性测试研究

光学技术 2010年第2期36卷 176-181页

作者：黄勃代彩红于家琳中国计量科学研究院光学与激光计量科学研究所北京100013

采用所研制的紫外辐射照度计余弦响应特性测试平台,对21种市面上常用的商业紫外辐射照度计进行了余弦响应特性测试。测试结果表明,不同型号、不同探测器结构、不同漫射器材料的紫外辐射照度计的余弦响应特性差异较大,客观地反映了当前... 详细信息

采用所研制的紫外辐射照度计余弦响应特性测试平台,对21种市面上常用的商业紫外辐射照度计进行了余弦响应特性测试。测试结果表明,不同型号、不同探测器结构、不同漫射器材料的紫外辐射照度计的余弦响应特性差异较大,客观地反映了当前紫外辐射照度计的水平。当入射角为±10°时,余弦误差变化范围为0.03%～15.83%;当入射角为±30°时,余弦误差变化范围为1.85%～73.66%;当入射角为±60°时,余弦误差变化范围为1.82%～65.04%。在实际测量中,经常会用到大面积的紫外辐射光源或是形状不规则如长条形的紫外辐射光源,在测试时不能保证光线垂直入射到探测器,同时也不能满足点光近似条件,测试结果误差较大。通过测试可以准确地了解当前紫外辐射照度计的余弦响应特性,用于指导实际的实验测试,合理地调整测试条件以满足测试需求,必要时可进行相应的余弦误差修正。

关键词：计量学紫外辐射照度计余弦响应特性余弦定律漫射器

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光谱辐射测量仪器温度修正方法的研究及验证

光谱学与光谱分析 2019年第6期39卷 1965-1969页

作者：李玲代彩红吴志峰王彦飞中国计量科学研究院光学与激光计量研究所

光谱辐射定标是光学遥感仪器研制中的关键环节。深入分析实验室定标的光谱辐射测量仪器至户外应用的不确定度来源,环境温度是限制仪器户外高精度测量的最主要因素之一。传统的光谱辐射度实验室定标通常在室温(~25℃)下进行,而户外光谱... 详细信息

光谱辐射定标是光学遥感仪器研制中的关键环节。深入分析实验室定标的光谱辐射测量仪器至户外应用的不确定度来源,环境温度是限制仪器户外高精度测量的最主要因素之一。传统的光谱辐射度实验室定标通常在室温(~25℃)下进行,而户外光谱辐射测量处于不同温度环境,严重影响仪器测量的准确度。设计搭建实验测量系统,采用遥感辐射领域常用的光谱辐射测量仪器,研究环境温度对光谱辐射测量的影响。实验结果显示:常用光谱辐射计(CR-280)的测量结果受温度影响明显,在10~40℃之间变化时,仪器光谱辐射亮度测量值在400~700nm波段内的偏差为±5%左右,而700~1050nm内的偏差高达±15%左右。这主要由于仪器采用硅探测器,红外波段恰好与硅的带边接近,硅探测器易受温度影响,温度增加硅的带边会向长波方向移动,光谱辐射计的响应度也随之增加。基于实验数据统计分析,提出一种适用于不同类型光谱辐射计的温度修正方法,相对于传统的斜率/截距(S/B)算法适用性更广,还可由公式计算出任意温度下的修正结果。修正后CR-280红外波段的偏差(950nm左右)由±10%降低为±1%,明显减小了因户外使用与实验室定标温度不同造成的测量结果偏差。此外,利用不同类型光谱辐射测量仪器(Avantes及SVCHR-1024)对温度修正方法进行验证。环境温度变化时光谱仪Avantes(VIS/NIR)的测量结果存在较大偏差(1060nm高达±17%)。通过温度修正方法运算,仪器修正值与定标值的偏差在±1%以内。光谱辐射计(SVCHR-1024)不同波段的测量值,与定标值的偏差受温度影响不同。这主要由于:仪器由Si、制冷型InGaAs及扩展InGaAs探测器组成,Si探测器受温度影响大,950~1000nm波段测量值与定标值的偏差高达±10%。而制冷型InGaAs可有效控制探测器温度,受温度的直接影响相对小。但随温度增加,InGaAs探测器制冷效果受限(制冷最佳工作温度为20℃),测量结果产生偏差(1%~3%)。同样,利用温度修正公式对不同温度下SVCHR-1024的测量结果进行修正运算,仪器因温度变化引起的偏差可降低至±1%以内。

关键词：光谱辐射度测量仪器温度修正方法

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光源相关色温与分布温度的实验分析

光学技术 2003年第3期29卷 344-346页

作者：代彩红于家琳殷纯永中国计量科学研究院北京100013 清华大学精密仪器与机械学系北京100084

在国家色温基准改造课题中,通过光谱辐射测量法得到色温副基准灯的相对光谱功率分布,分别采用四种不同的算法计算出光源的相关色温以及分布温度。为了比较这些计算方法的差别,由相关色温和分布温度反算出相应的光谱功率分布,分析了与光... 详细信息

在国家色温基准改造课题中,通过光谱辐射测量法得到色温副基准灯的相对光谱功率分布,分别采用四种不同的算法计算出光源的相关色温以及分布温度。为了比较这些计算方法的差别,由相关色温和分布温度反算出相应的光谱功率分布,分析了与光源原始分布的偏差。对采用不同算法得到的色坐标进行了对比,进一步阐明了光源的分布温度与相关色温之间的区别和联系。

关键词：光源相关色温分布温度光谱辐射测量法实验分析

200～400 nm短波紫外光谱辐射照度国家基准装置的研究与建立

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光谱学与光谱分析 2019年第8期39卷 2640-2644页

作者：代彩红吴志峰王彦飞李玲中国计量科学研究院光学与激光计量科学研究所

针对我国短波紫外光谱辐射照度测量能力缺失的问题,基于高温黑体辐射源, 2017年中国计量科学研究院NIM自主研制了200~400 nm光谱辐射照度国家基准装置。组建氘灯副基准灯组,实现基准量值的独立复现、保存和传递。在国内形成了以氘灯为... 详细信息

针对我国短波紫外光谱辐射照度测量能力缺失的问题,基于高温黑体辐射源, 2017年中国计量科学研究院NIM自主研制了200~400 nm光谱辐射照度国家基准装置。组建氘灯副基准灯组,实现基准量值的独立复现、保存和传递。在国内形成了以氘灯为传递标准的光谱辐射照度计量基标准和量传体系,为各应用领域提供最高溯源标准。针对基准系统中温度测量、带宽、信噪比、荧光等主要误差源,逐一突破关键测量技术,提升基准的测量准确度:将高温黑体的温度测量直接溯源至铂-碳Pt-C和铼-碳Re-C固定点黑体,采用钨碳-碳WC-C高温共晶点测温技术进行验证,在3 021 K固定点与俄罗斯计量院VNIIOFI的偏差仅0.07 K,将200 nm的测量不确定度减小0.2%;针对黑体和氘灯光谱形状显著差异导致的光谱带宽误差,提出基于微分求积的七点带宽修正法,在200 nm,误差减小0.86%;提出绝对和相对互补型测量原理,将200 nm的测量重复性误差减小约20倍;采用选择性滤波技术,成功消除系统内荧光对测量结果的影响。 3 021 K时黑体温度的测量不确定0.64 K,腔底不均匀性小于0.17 K,测量期间黑体温度漂移小于0.2 K,双光栅单色仪的波长误差不超过±0.01 nm。氘灯副基准的标准测量不确定度为: 200~250 nm, U rel =4.0%~1.3%;250~330 nm, U rel =1.3%~1.2%;330~400 nm, U rel =1.2%~1.9%,整体技术指标达到国际先进水平。研究成果填补了200~400 nm基于氘灯的光谱辐射照度国家基准的空白,使我国具备能力参加国际计量局组织的CCPR-K1.b国际关键比对,与传统以卤钨灯为传递标准的光谱辐射照度国家基准实现了有效衔接。在250~400 nm重合波段,两种传递标准量值的平均相对偏差为0.39%,在声称的不确定度范围内一致。

关键词：氘灯光谱辐射照度高温黑体国家基准测量不确定度

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用单色亮度比较法确定高温黑体的温度

光学技术 2002年第3期28卷 250-252页

作者：代彩红于家琳中国计量科学研究院北京100013

高温黑体温度的测量水平将直接影响光谱辐射度量值的不确定度。我国的高温温标截止于 2 2 0 0℃。确定2 2 0 0℃以上范围内的温度必须进行温度延伸。从Planck公式的定义出发 ,推导出用单色亮度比较法进行温度延伸的原理和方法。在国家... 详细信息

高温黑体温度的测量水平将直接影响光谱辐射度量值的不确定度。我国的高温温标截止于 2 2 0 0℃。确定2 2 0 0℃以上范围内的温度必须进行温度延伸。从Planck公式的定义出发 ,推导出用单色亮度比较法进行温度延伸的原理和方法。在国家光谱辐射度基准改造中 ,该方法被用来确定高温黑体的温度。实验证明 :使用参考灯替代法能够有效消除探测器灵敏度漂移带来的误差。此外 ,旁证实验用来验证该方案的可行性。

关键词：高温黑体温度测量温度延伸单色亮度比较法