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红外光谱辐射计视场方向响应特性标定研究

门雨桐 章欣达 安保林 宦克为 董伟

门雨桐,章欣达,安保林,等. 红外光谱辐射计视场方向响应特性标定研究[J]. 计量科学与技术,2024, 68(5): 51-56, 64 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0330
引用本文: 门雨桐,章欣达,安保林,等. 红外光谱辐射计视场方向响应特性标定研究[J]. 计量科学与技术,2024, 68(5): 51-56, 64 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0330
MEN Yutong, ZHANG Xinda, AN Baolin, HUAN Kewei, DONG Wei. Calibration of the Field of View Directional Response Function of Infrared Spectroradiometers[J]. Metrology Science and Technology, 2024, 68(5): 51-56, 64. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0330
Citation: MEN Yutong, ZHANG Xinda, AN Baolin, HUAN Kewei, DONG Wei. Calibration of the Field of View Directional Response Function of Infrared Spectroradiometers[J]. Metrology Science and Technology, 2024, 68(5): 51-56, 64. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0330

红外光谱辐射计视场方向响应特性标定研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0330
基金项目: 国家重点研发计划(2022YFF610804);吉林省科技发展计划项目(20210101158JC)。
详细信息
    作者简介:

    门雨桐(1999-),长春理工大学在读研究生,研究方向:红外技术与系统,邮箱:17789163660@163.com

    通讯作者:

    安保林(1987-),中国计量科学研究院副研究员,研究方向:辐射传热,邮箱:anbl@nim.ac.cn

    董伟(1981-),中国计量科学研究院研究员,研究方向:辐射测温,邮箱:dongw@nim.ac.cn

  • 中图分类号: TB96

Calibration of the Field of View Directional Response Function of Infrared Spectroradiometers

  • 摘要: 在红外辐射特性测量领域,傅里叶变换红外光谱辐射计为常用测量单元,其视场方向响应特性为主要不确定度来源之一,表现为:随着测量目标偏离视场中心,不同位置的响应度出现差异。目前针对视场方向响应的研究所采用的辐射源多为中温常规尺寸黑体,空间分辨率有限。采用高温小尺寸黑体辐射源开展傅里叶红外光谱辐射计视场均匀性研究,获得75mrad典型视场下方向响应函数;分析了视场均匀区光谱响应度的变化规律,提出针对视场方向响应特性的修正函数,并进行实验验证。结果表明:视场均匀区经本文所提出的修正函数修正后,响应度均匀性由92%提升至98%。
  • 图  1  孔径光阑示意图

    Figure  1.  Diagram of chamfered aperture

    图  2  方向响应函数实验方案示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of the experimental setup for measuring the FOV directional response function

    图  3  Insb探测器测量信号

    Figure  3.  Spectral signal measured by the indium antimonide (InSb) detector

    图  4  配置7.4 mm光阑视场方向响应函数归一化结果

    Figure  4.  Normalized FOV directional response function with a 7.4 mm aperture

    图  5  测量结果与文献对比

    Figure  5.  Comparison of measurement results with literature data

    图  6  Insb探测器4 μm波段视场方向响应特性线性拟合

    Figure  6.  Linear fitting of the field of view directional response function about Insb detector at 4 μm

    图  7  900℃视场方向响应特性修正结果

    Figure  7.  Correction results of the FOV directional response function at 900°C

    表  1  TRT测温结果

    Table  1.   Results of TRT (Thermal Radiation Thermometer) radiance temperature measurement

    黑体名义温度值 TRT值3.9 μm TRT值8~14 μm
    800.0℃ 786.0℃ 789.8℃
    900.0℃ 889.3℃ 892.8℃
    1000.0℃ 988.8℃ 991.2℃
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    表  2  主要大气成分在4~5 μm处红外吸收波段中心波长

    Table  2.   Center wavelengths of infrared absorption bands for main atmospheric components in the 4 ~ 5 μm range

    分子吸收带中心波长(μm)
    H2O2.7,3.2
    CO24.3,4.8
    CO4.7
    O34.8
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    表  3  红外辐射计方向响应函数分辨率对比

    Table  3.   Comparison of the spatial resolution of directional response functions for infrared radiometers

    机构 实验分辨率 测量距离 (m) 平面立体角(mrad)
    爱丁堡大学[67] 1.23% 0.50 314
    空军工程大学[9] 6.25% 5.33 75
    南京航空航天大学[15] 1.20% 13.68 75
    5.60% 13.68 38
    中国计量科学研究院 0.44% 4.85 75
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-12-05
  • 录用日期:  2024-01-02
  • 修回日期:  2024-05-15
  • 网络出版日期:  2024-06-06

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