[發(fā)明專利]一種傅里葉紅外光譜儀多元視場自動測量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111324613.7
• 申請日: 2021-11-10
• 公開（公告）號: CN114112964B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邵春沅;董懿慧;顧明劍;王海英;馬浪浪
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 上海滬慧律師事務(wù)所 31311
• 代理人: 郭英

本發(fā)明公開了一種傅里葉紅外光譜儀多元視場自動測量系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括：黑體輻射源：產(chǎn)生入射輻射；光學(xué)斬波器：實現(xiàn)對入射輻射的頻率調(diào)制；狹縫及電動三維平臺：狹縫掃描遍歷視場區(qū)域；平行光管：將經(jīng)過狹縫的光轉(zhuǎn)換為平行光，進(jìn)入待測儀器；常溫探測器：用于常溫下的光電轉(zhuǎn)換；多通道微弱信號處理系統(tǒng)：實現(xiàn)對探測器微弱信號的鎖相放大和采集；協(xié)同處理軟件：用于狹縫的自動控制，視場響應(yīng)曲線的繪制及視場參數(shù)的計算。本發(fā)明通過狹縫掃描替代傳統(tǒng)的被測儀器轉(zhuǎn)動產(chǎn)生視場的位移，通過軟件的協(xié)同控制和數(shù)據(jù)采集，以高精度鎖相放大獲取信號強度隨視場的響應(yīng)曲線，計算視場參數(shù)，有效提高了傅里葉光譜儀冷光學(xué)系統(tǒng)在常溫下的裝校效率和精度。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及光學(xué)檢測領(lǐng)域，具體是涉及一種傅里葉紅外光譜儀多元視場自動測量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

傅里葉紅外光譜儀采用干涉分光的方式探測紅外光譜輻射，很好地解決了儀器高靈敏度與高光譜分辨率之間的矛盾，具有高光通量、高光譜分辨率、寬光譜覆蓋等一系列顯著優(yōu)點，是空間遙感儀器的主要發(fā)展方向。美國自20世紀(jì)60年代就開始研制空間干涉式光譜探測裝置。以干涉分光方式的大氣探測儀在20世紀(jì)70年代前后就在“雨云”試驗衛(wèi)星上搭載過。幾十年來，歐美研制了多種空間高光譜分辨率大氣探測儀器，極軌衛(wèi)星平臺的研究包括干涉式熱探測儀(ITS)、紅外大氣干涉探測儀(IASI)和跨軌紅外大氣探測儀(CrIS)等，地球同步衛(wèi)星平臺的研究包括高分辨率紅外探測儀(GHIS)、成像光譜儀(GIFTS)和超光譜環(huán)境探測組件(HES)等。我國的極軌氣象衛(wèi)星風(fēng)云三號D星首次搭載了紅外高光譜大氣探測儀(HIRAS)，在新一代靜止軌道氣象衛(wèi)星風(fēng)云四號A星上也裝載了大氣垂直探測儀(GIIRS)，實現(xiàn)大氣溫度和濕度參數(shù)的垂直結(jié)構(gòu)觀測,提高探測精度,改進(jìn)氣象觀測的垂直分辨率,為數(shù)值天氣預(yù)報提供輸入數(shù)據(jù),為災(zāi)害性天氣監(jiān)視和大氣化學(xué)成分探測服務(wù)。

視場角測量是獲取儀器各個通道像元的實際光學(xué)視場，為儀器在常溫實驗室狀態(tài)下進(jìn)行光學(xué)裝校和配準(zhǔn)提供依據(jù)，同時也是儀器線型函數(shù)計算和光譜定標(biāo)所需的重要參數(shù)。對于傅里葉紅外光譜儀，通常需對光路及探測器冷卻，降低背景干擾、提高探測性能。由于輻射制冷和低溫狀態(tài)下的光學(xué)視場只能在真空試驗時獲取，而光學(xué)組件的裝校則在實驗室常溫下進(jìn)行，因此需要在實驗室常溫狀態(tài)下獲取視場角，也為低溫下的視場測量和性能驗證提供參考。

傳統(tǒng)的實驗室視場測量方法通過調(diào)整光學(xué)轉(zhuǎn)臺的移動實現(xiàn)視場內(nèi)不同區(qū)域的掃描，且目前的鎖相放大器大部分是單通道的，每完成一個方向掃描只能測量單個像元。探測信號的采樣和視場的移動都靠人工操作，缺乏協(xié)同和自動化，導(dǎo)致測量效率較低。同時由于測試時間較長，探測器積累的熱輻射導(dǎo)致信號的本底逐漸增大，影響測試的精度和視場的計算。目前針對傅里葉紅外光譜儀在實驗室常溫狀態(tài)下的視場角測量，還未能做到高度協(xié)同自動化并滿足多像元同時測量。

發(fā)明內(nèi)容：

針對現(xiàn)有手段的局限性，本發(fā)明的目的是提供一種傅里葉紅外光譜儀多元視場自動測量系統(tǒng)及方法。

傅里葉紅外光譜儀多元視場自動測量系統(tǒng)，包括：黑體輻射源1、光學(xué)斬波器2、狹縫及電動三維平臺3、平行光管4、待測傅里葉光譜儀光學(xué)系統(tǒng)5、常溫探測器6、前置放大器7、多通道微弱信號處理系統(tǒng)8和協(xié)同處理軟件9。

黑體輻射源1產(chǎn)生黑體紅外輻射入射到光學(xué)斬波器2，經(jīng)過它的頻率調(diào)制再入射到狹縫及電動三維平臺3處，通過狹縫的輻射能量進(jìn)入平行光管4轉(zhuǎn)化為平行光，再進(jìn)入待測傅里葉光譜儀光學(xué)系統(tǒng)5，經(jīng)過系統(tǒng)的分光、準(zhǔn)直，最終聚焦到常溫探測器上6。光電轉(zhuǎn)換后的微弱電信號通過前置放大器7進(jìn)行低噪聲放大，再由多通道微弱信號處理系統(tǒng)8進(jìn)行鎖相放大和采集，最后協(xié)同處理軟件9通過串口和多通道微弱信號處理系統(tǒng)8進(jìn)行通訊，控制狹縫移動和數(shù)據(jù)采集的協(xié)同工作，每移動到一個視場位置，啟動紅外探測信號的采集，繪制信號強度隨位移距離的變化曲線，計算視場的大小和中心位置。

所述的黑體輻射源1溫度范圍在0--500℃，溫度的穩(wěn)定性在0.1K。

所述的光學(xué)斬波器2的調(diào)制頻率為17.46Hz。