紅外瞬變光源光譜實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)的研制

1、紅外瞬變光源光譜實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)的研制第卷第1期2001年1月紅外技術(shù)ba捌Technologyv0JNo1<系統(tǒng)與設(shè)計(jì))紅外瞬變光源光譜實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)的研制王術(shù)軍,張保洲,劉征峰(北京師范大學(xué)天文系.北京100875)摘要:介紹了一種光譜輻照度動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng),它適用于對(duì)曳光管等瞬變光源的近紅外光譜區(qū)輻射情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析.系統(tǒng)可獲得瞬變光源點(diǎn)燃過程當(dāng)中各時(shí)刻的光譜輻照度,給定波段的輻照度及其隨時(shí)間的變化,峰值波長(zhǎng)隨時(shí)問的變化.系統(tǒng)測(cè)試軟件采用下拉菜單,操作非常簡(jiǎn)便.關(guān)鍵詞:瞬變光源;紅外輻射;光譜輻照度中圈分類號(hào):TN219;O657.33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):I(X)I8891(20

2、01】01-0025-031系統(tǒng)構(gòu)成及測(cè)量原理在研制曳光管等瞬變光源時(shí),要根據(jù)光源點(diǎn)燃后的時(shí)監(jiān)測(cè)光源在點(diǎn)燃過程當(dāng)中其輻射強(qiáng)度和光譜輻照度9型紅外瞬變光源光譜測(cè)試系統(tǒng)是為分析曳光管等瞬變光源紅外輻射情況儀器鏡頭受光面的乳白片上形成二次光源,透鏡將其成像在單色儀入射狹縫上,再經(jīng)平面衍射光柵分光后射在為6001000nm,濾光片截止波長(zhǎng).為550nm(見圖2),在鏡筒內(nèi)加兩道光闌,避免入射光經(jīng)筒壁反射到狹縫上由于要求系統(tǒng)工作到近紅外波段,為保證CCD_1.接收信號(hào)的強(qiáng)度,光柵的閃爍波長(zhǎng)定在750nm左右.線陣CCD的受光面嚴(yán)格對(duì)在光柵光譜面上,避豢信號(hào)在驅(qū)動(dòng)電路的控制下經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)存

3、儲(chǔ)在緩沖醫(yī)中,計(jì)算機(jī)通過向它發(fā)出讀取命令,讀出該幀數(shù)據(jù),之后計(jì)算機(jī)再發(fā)出采集命令通知CCD器控件作用下采集固定時(shí)間段內(nèi)的各幀數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)顯示印數(shù)據(jù)和圖形.在測(cè)量點(diǎn)輻照度比較大時(shí)(CCD用短積分時(shí)間)采樣周期可達(dá)到0.2s.為使儀器亦可與筆記本電腦連機(jī)進(jìn)行野外測(cè)試,本系統(tǒng)采用CCD驅(qū)動(dòng)電路和D轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一體化,并通過一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換開關(guān)(打印共享器)與計(jì)算機(jī)并行接口連機(jī)的通訊方式,這樣不僅不增加計(jì)算機(jī)的硬件資源,而且由于傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào),傳輸電纜待測(cè)光源的不同輻射強(qiáng)度,驅(qū)動(dòng)電路可通過程序改變積分時(shí)間來進(jìn)行量程變換.積分時(shí)間變化范圍為2128.,Il懶機(jī)0UJ'_一ilS翟CCD圖1Isc

4、,-99系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖rig.1nlm-mofISC,-99收稿日期:2O0D.16;修訂日期:2000-10-162001年1月王術(shù)軍等:紅外瞬變光源光譜實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)的研制第趨卷第1期1oo8O斛60薔.2Of500riO0瑚8009oo1oo0(nm艘長(zhǎng)圍2截止濾光片光譜透射率曲線Fig2spechaltmr,mmsstyquireafcut-offfilter本系統(tǒng)軟件采用可視化縮程軟件VisualBa8icFor印輸出結(jié)果均為中文,以人機(jī)對(duì)話方式完成參數(shù)輸入圖見圖3.文件羲據(jù)處理譴出系統(tǒng)1采樣/存盤l輔入數(shù)量轉(zhuǎn)號(hào)顯示圈形刪隙文件l打印數(shù)據(jù)I鎮(zhèn)技段起始點(diǎn)一鼓段輻射強(qiáng)度打印圖形l顯示數(shù)據(jù)隨時(shí)

5、問分布被段輻射強(qiáng)度顯示圖彤I顯示數(shù)據(jù)打印數(shù)據(jù)f-一顯示圖彤l打印圖形打印數(shù)據(jù)打印圖J眵圖3H.qG-99程序藏程圖Fig.3FlowelamtofttGG-99sa,re為使軟件具有操作簡(jiǎn)便和較強(qiáng)的堅(jiān)固性,操作時(shí)既可用鍵盤,亦可用鼠標(biāo)i各參數(shù)的輸均有默認(rèn)值,常規(guī)測(cè)試不必重新輸入;參數(shù)輸入時(shí)均采用了容錯(cuò)技術(shù),允許一些偶然誤操作,而不至于中斷程序運(yùn)行;測(cè)試數(shù)據(jù)存盤時(shí)自動(dòng)以當(dāng)前日期作為默認(rèn)文件名,使用列表中選擇一個(gè)即可.每次測(cè)量結(jié)果的各時(shí)刻(一幀)光譜圖形均以本次測(cè)量的最大值歸一化,而且有上下釃屏功能,使顯示結(jié)果更加醒目直觀.2儀器標(biāo)定分別用高壓汞燈的436nm譜線,鈉燈(其波長(zhǎng)為5893tim)及

6、鎢燈加880nm窄帶干涉濾光片作為光源,采樣后通過處理存盤的數(shù)據(jù)文件找到各譜線對(duì)應(yīng)26的CCD像元號(hào),計(jì)算兩像元差與波長(zhǎng)差之比即得到光柵在CCD接收面上的線色散:P1=n/nm.由于本系統(tǒng)波長(zhǎng)間隔為5m,則每個(gè)采樣點(diǎn)包含的像元數(shù)為m=5×,由此可計(jì)算出每個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的中心像元號(hào),完成波長(zhǎng)定標(biāo).用輻射標(biāo)準(zhǔn)燈作光源,程序按波長(zhǎng)定標(biāo)結(jié)果,以m個(gè)像元為一組取平均,采集6001000m對(duì)應(yīng)的度數(shù)據(jù)用Excel軟件處理,計(jì)算出各個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)乘上對(duì)應(yīng)修正系數(shù)即得實(shí)測(cè)光譜數(shù)據(jù).本系統(tǒng)所用線陣CCD有2O48個(gè)像元,光譜范圍強(qiáng)較弱時(shí),必須增大CCD的積分時(shí)間,才能增大曝光量以保證C

7、CD輸出信號(hào)的質(zhì)量,提高其信噪比,實(shí)現(xiàn)光譜功率分布精確,可靠的探本系統(tǒng)根據(jù)用戶需要,設(shè)置了五個(gè)量程,分別為*1,*2,*4,*10,*20我們分別測(cè)量了在相同輻照度不同積分時(shí)間情況下的CCD輸出和相同積分時(shí)間不同輻照度情況下的CCD線性基本符合要求,但是測(cè)量值與積分時(shí)間并不存在帶來嚴(yán)重影響.圖40cD不同積分時(shí)問的線性圍Fig.4I/nearllttioIIbetweenthediffereminte.atetimeandtheinkm8pvalue為了解決這個(gè)問題,我們定標(biāo)時(shí)以128一的輻照度測(cè)量值E為標(biāo)準(zhǔn),在測(cè)量條件完全相同的情況下.分別測(cè)其它積分時(shí)間的輻照度E,由蜀和五確定不d暑PD0A

8、nPdb0P第島卷第1期2001年1月hlfiamTeeh同積分時(shí)間的校正系數(shù)如式(1),則不同積分時(shí)問輻照度的校正公式為式(2).式(2)中表示未校正的輻照度測(cè)量值,表示校正后的輻照度.K=ElfE.(1):xE(2)此方法基本解決了測(cè)量結(jié)果的線性問題.3系統(tǒng)性能指標(biāo)及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)的主要性能指標(biāo):工作波段:6C01000nm;波長(zhǎng)問隔:5;測(cè)量范圍:01000/(cm2?5flit1);輻照度精度:4-5%(相對(duì)N珊標(biāo)準(zhǔn));重復(fù)精度:<1%;光譜采樣頻率:2(O.5幀,B).本系統(tǒng)研制完成以后對(duì)曳光管進(jìn)行了多次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)譜分析的理想設(shè)備.4討論1)在該系統(tǒng)基礎(chǔ)上將光柵換成閃爍波長(zhǎng)為

9、550的光柵,將截止濾光片換成k=400nm的濾光片后,系統(tǒng)可給出光源的色坐標(biāo),色溫,主波長(zhǎng)和色純度等顏色參數(shù).配上專用照明附件,可測(cè)量物體反射率或物體表面色.2)在該系統(tǒng)基礎(chǔ)上將截止濾光片換成=40Onul的濾光片即可成為工作在4001000nm寬波段的測(cè)量結(jié)果的影響.解決這個(gè)問題有兩種辦法,一是在CCD接收面的對(duì)應(yīng)像元前貼截止濾光片,再者可用軟件方法處理來去除二級(jí)光譜的疊加量.參考文獻(xiàn),作者簡(jiǎn)介:王術(shù)軍,1967年生,男,吉林省榆辯市人,北京師范大學(xué)講師,硬士,從事光電探梗I技術(shù)研究工作.DevelopmentofRealTimeMeasarSystemforInfiraredInstan

10、tLightSourceWANGShu-jun,ZHANGBao-zhou,LIU21umg-feag(DIrn衄r.刪,Norma/時(shí),畸1000875,Oi/na)A血:AI刪吐唧isintroduced.Itis刪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頁)AStudyAbouttheLowLossInverseTaperFiberHOUZhi-ytm,ZHOUGuiyao,HOITl_anfian(bfrared印&sm蹦Yandum抽嘶,(咖mi1,)Abstract:thispaper,Wedeveaofnovelinvemeta