红外瞬变光源光谱实时测试系统的研制

1、红外瞬变光源光谱实时测试系统的研制第卷第1期2001年1月红外技术ba捌Technologyv0JNo1<系统与设计)红外瞬变光源光谱实时测试系统的研制王术军,张保洲,刘征峰(北京师范大学天文系.北京100875)摘要:介绍了一种光谱辐照度动态测量系统,它适用于对曳光管等瞬变光源的近红外光谱区辐射情况进行动态分析.系统可获得瞬变光源点燃过程当中各时刻的光谱辐照度,给定波段的辐照度及其随时间的变化,峰值波长随时问的变化.系统测试软件采用下拉菜单,操作非常简便.关键词:瞬变光源;红外辐射;光谱辐照度中圈分类号:TN219;O657.33文献标识码:A文章编号:I(X)I8891(20

2、01】01-0025-031系统构成及测量原理在研制曳光管等瞬变光源时,要根据光源点燃后的时监测光源在点燃过程当中其辐射强度和光谱辐照度9型红外瞬变光源光谱测试系统是为分析曳光管等瞬变光源红外辐射情况仪器镜头受光面的乳白片上形成二次光源,透镜将其成像在单色仪入射狭缝上,再经平面衍射光栅分光后射在为6001000nm,滤光片截止波长.为550nm(见图2),在镜筒内加两道光阑,避免入射光经筒壁反射到狭缝上由于要求系统工作到近红外波段,为保证CCD_1.接收信号的强度,光栅的闪烁波长定在750nm左右.线阵CCD的受光面严格对在光栅光谱面上,避豢信号在驱动电路的控制下经A/D转换器转换成数字信号存

3、储在缓冲医中,计算机通过向它发出读取命令,读出该帧数据,之后计算机再发出采集命令通知CCD器控件作用下采集固定时间段内的各帧数据,实时显示印数据和图形.在测量点辐照度比较大时(CCD用短积分时间)采样周期可达到0.2s.为使仪器亦可与笔记本电脑连机进行野外测试,本系统采用CCD驱动电路和D转换器及数据存储器一体化,并通过一数据转换开关(打印共享器)与计算机并行接口连机的通讯方式,这样不仅不增加计算机的硬件资源,而且由于传输的是数字信号,传输电缆待测光源的不同辐射强度,驱动电路可通过程序改变积分时间来进行量程变换.积分时间变化范围为2128.,Il懒机0UJ'_一ilS翟CCD图1Isc

4、,-99系统结构框图rig.1nlm-mofISC,-99收稿日期:2O0D.16;修订日期:2000-10-162001年1月王术军等:红外瞬变光源光谱实时测试系统的研制第趋卷第1期1oo8O斛60蔷.2Of500riO0瑚8009oo1oo0(nm艘长围2截止滤光片光谱透射率曲线Fig2spechaltmr,mmsstyquireafcut-offfilter本系统软件采用可视化缩程软件VisualBa8icFor印输出结果均为中文,以人机对话方式完成参数输入图见图3.文件羲据处理谴出系统1采样/存盘l辅入数量转号显示圈形删隙文件l打印数据I镇技段起始点一鼓段辐射强度打印图形l显示数据随时

5、问分布被段辐射强度显示图彤I显示数据打印数据f-一显示图彤l打印图形打印数据打印图J眵图3H.qG-99程序藏程图Fig.3FlowelamtofttGG-99sa,re为使软件具有操作简便和较强的坚固性,操作时既可用键盘,亦可用鼠标i各参数的输均有默认值,常规测试不必重新输入;参数输入时均采用了容错技术,允许一些偶然误操作,而不至于中断程序运行;测试数据存盘时自动以当前日期作为默认文件名,使用列表中选择一个即可.每次测量结果的各时刻(一帧)光谱图形均以本次测量的最大值归一化,而且有上下酾屏功能,使显示结果更加醒目直观.2仪器标定分别用高压汞灯的436nm谱线,钠灯(其波长为5893tim)及

6、钨灯加880nm窄带干涉滤光片作为光源,采样后通过处理存盘的数据文件找到各谱线对应26的CCD像元号,计算两像元差与波长差之比即得到光栅在CCD接收面上的线色散:P1=n/nm.由于本系统波长间隔为5m,则每个采样点包含的像元数为m=5×,由此可计算出每个采样点对应的中心像元号,完成波长定标.用辐射标准灯作光源,程序按波长定标结果,以m个像元为一组取平均,采集6001000m对应的度数据用Excel软件处理,计算出各个采样点对应的系统将采集到的数据乘上对应修正系数即得实测光谱数据.本系统所用线阵CCD有2O48个像元,光谱范围强较弱时,必须增大CCD的积分时间,才能增大曝光量以保证C

7、CD输出信号的质量,提高其信噪比,实现光谱功率分布精确,可靠的探本系统根据用户需要,设置了五个量程,分别为*1,*2,*4,*10,*20我们分别测量了在相同辐照度不同积分时间情况下的CCD输出和相同积分时间不同辐照度情况下的CCD线性基本符合要求,但是测量值与积分时间并不存在带来严重影响.图40cD不同积分时问的线性围Fig.4I/nearllttioIIbetweenthediffereminte.atetimeandtheinkm8pvalue为了解决这个问题,我们定标时以128一的辐照度测量值E为标准,在测量条件完全相同的情况下.分别测其它积分时间的辐照度E,由蜀和五确定不d暑PD0A

8、nPdb0P第岛卷第1期2001年1月hlfiamTeeh同积分时间的校正系数如式(1),则不同积分时问辐照度的校正公式为式(2).式(2)中表示未校正的辐照度测量值,表示校正后的辐照度.K=ElfE.(1):xE(2)此方法基本解决了测量结果的线性问题.3系统性能指标及现场测试系统的主要性能指标:工作波段:6C01000nm;波长问隔:5;测量范围:01000/(cm2?5flit1);辐照度精度:4-5%(相对N珊标准);重复精度:<1%;光谱采样频率:2(O.5帧,B).本系统研制完成以后对曳光管进行了多次现场测谱分析的理想设备.4讨论1)在该系统基础上将光栅换成闪烁波长为

9、550的光栅,将截止滤光片换成k=400nm的滤光片后,系统可给出光源的色坐标,色温,主波长和色纯度等颜色参数.配上专用照明附件,可测量物体反射率或物体表面色.2)在该系统基础上将截止滤光片换成=40Onul的滤光片即可成为工作在4001000nm宽波段的测量结果的影响.解决这个问题有两种办法,一是在CCD接收面的对应像元前贴截止滤光片,再者可用软件方法处理来去除二级光谱的叠加量.参考文献,作者简介:王术军,1967年生,男,吉林省榆辩市人,北京师范大学讲师,硬士,从事光电探梗I技术研究工作.DevelopmentofRealTimeMeasarSystemforInfiraredInstan

10、tLightSourceWANGShu-jun,ZHANGBao-zhou,LIU21umg-feag(DIrn衄r.删,Norma/时,畸1000875,Oi/na)A血:AI删吐唧isintroduced.Itis删auydesignedfordymnficaliyla】radianceofnear-in-stantlightSOl1X.ThesystemcBnobtainanytimespectralill-/tdJnle,givwavebandi珊Idi肌ceofinstantlightBo蝴eanditschangewithtimeaswellasthechange0fpeaklmng血vAthtime.systerns0fadoppull-downr4gnuandisveryCOIl-venleattooperate.Keywords:instantlightaouro;infraredradiation;spectralirradiaaee(上接第24页)AStudyAbouttheLowLossInverseTaperFiberHOUZhi-ytm,ZHOUGuiyao,HOITl_anfian(bfrared印&sm蹦Yandum抽嘶,(咖mi1,)Abstract:thispaper,Wedeveaofnovelinvemeta