测试环境对亚毫开红外探测器测试结果的影响研究

红外探测器是红外系统的核心器件。近年来,高灵敏度、低噪声成为红外探测器技术的研究热点之一。对于噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)值小于1 mK的低噪声红外探测器,环境因素对其性能的影响不可忽视。从黑体控温精度、测试环境温度、测试环境中的气流扰动等方面,分析了测试环境对亚毫开红外探测器测试结果的影响,并对低噪声红外探测器的测试方法进行了探究。实验结果表明,黑体控温精度对高灵敏度红外探测器的NETD值有直接影响,测试环境温度与气流扰动会影响黑体控温稳定性,从而间接影响NETD测量的准确度。     

甚高灵敏度长波红外相机测试技术

对于温度灵敏度优于10 mK的长波红外相机,如何精确测量表征其灵敏度的指标-噪声等效温差（Noise Equivalent Temperature Difference,NETD）,是一项重要的工作。首先,依照尽量缩短标准辐射传递链路减少误差项的原则,对比不同的测量方法,选取黑体直接测量法;其次,基于相机噪声理论模型,对不同温度点下的实测噪声分析,提出噪声修正方法对噪声进行修正,以此减小环境影响带来的测量误差;最后,基于NETD测量计算公式及不确定度分析理论对测试结果的不确定度进行分析评定。结果表明:针对甚高灵敏度长波红外相机所采用的测试设备及方法,可满足测试要求,测试结果相对不确定度在7.7%左右。     

浅谈红外测试标准的传递

简述了目前红外测试标准传递的体系,红外标准从国家级红外辐射计、凝固点黑体、传输标准点温仪或者可变温度黑体或者标准探测器到用户黑体依次进行传递.目前对红外参数标准的传递和测试设备的校准,集中在黑体的校准、探测器响应曲线的校准、光学系统反射率、平行光管的透过率的校准上.通过对这些关键部件性能参数的校准,可以保证红外测试的精度.分析了影响NETD测试不确定度的几个因素,高精度的黑体是测试高灵敏度红外探测器和红外热像仪的必备条件之一.华中光电技术研究所建立了用户红外标准传递体系,其红外标准可以回溯到美国国家标准与技术监督局.其红外测试精度与国外公司的测试结果的偏差在10%以内.给出了我国建立红外测试标准的建议.     

真空低温高灵敏度中红外辐射计

为精确地评估真空低温状态下大面积黑体辐射源的均匀性，设计了高灵敏度中波红外辐射计。给出了辐射校准的物理模型，详细分析了目标温度200 K和213 K的信噪比，得到真空低温下200 K和213 K目标信噪比分别为460倍和1 492倍。设计了高信噪比测量200 K目标的总体方案，研制了高灵敏度真空低温环境下使用的中红外辐射计。采用透射式光学系统及温度系数匹配稳定的高刚性光机支撑结构，满足真空低温的环境条件。采用外置黑体标定中红外辐射计的温度/辐射响应度，创新性采用调制器兼顾内置定标辐射源，采用四级TE制冷中红外探测单元，配合高性能探测单元及80倍动态范围的同步积分锁相放大器，获取大占空比的高质量方波信号用于辐射计算。实验结果表明：在温度77 K、真空度1×10^-5 Pa真空低温环境下，测试213 K目标黑体辐射源，1 h内的信号不稳定度为0.24%；噪声等效温差(NETD)值为0.034 K；测量精度优于2%。中红外辐射计满足真空低温环境下高精度测试微弱目标的要求。     

HDR热成像系统动态范围特性测试评价方法

为了适应具有太阳、干扰弹、火光等强辐射背景下的高性能热成像应用,可适应温差达1 000~5 000 ℃以上强辐射干扰场景的HDR热成像成为国内外发展的重要方向。虽然HDR热成像系统动态范围测试系统组成与传统测试系统没有明显的差异,但目前尚没有适宜的测试方法和仪器,其核心在于缺乏大动态范围动态红外辐射源靶标。研究了一种HDR热成像系统动态范围特性测试评价方法,设计了一种新型的HDR动态红外辐射源阵列靶标,可获得温差不低于1 000 ℃的HDR动态红外辐射,实现HDR热成像系统动态范围特性的客观测试。实验结果表明:HDR动态红外辐射源阵列靶标在温度范围、稳定性、精度、调制频率等方面满足测试评价的要求,可实现快速、可靠的HDR热成像系统动态范围特性测试,对于推进HDR热成像技术研究和系统测试评价具有指导意义。     

真空低温高灵敏度中红外辐射计EI北大核心CSCD

为精确地评估真空低温状态下大面积黑体辐射源的均匀性,设计了高灵敏度中波红外辐射计。给出了辐射校准的物理模型,详细分析了目标温度200 K和213 K的信噪比,得到真空低温下200 K和213 K目标信噪比分别为460倍和1 492倍。设计了高信噪比测量200 K目标的总体方案,研制了高灵敏度真空低温环境下使用的中红外辐射计。采用透射式光学系统及温度系数匹配稳定的高刚性光机支撑结构,满足真空低温的环境条件。采用外置黑体标定中红外辐射计的温度/辐射响应度,创新性采用调制器兼顾内置定标辐射源,采用四级TE制冷中红外探测单元,配合高性能探测单元及80倍动态范围的同步积分锁相放大器,获取大占空比的高质量方波信号用于辐射计算。实验结果表明:在温度77 K、真空度1×10-5Pa真空低温环境下,测试213 K目标黑体辐射源,1 h内的信号不稳定度为0.24%;噪声等效温差(NETD)值为0.034 K;测量精度优于2%。中红外辐射计满足真空低温环境下高精度测试微弱目标的要求。     

基于控制环境辐射的黑体辐射源发射率测量方法研究

介绍了中国计量科学研究院基于控制环境辐射的黑体辐射源发射率测量原理、方法和装置的研究进展。基于普朗克黑体辐射理论,建立了控制环境辐射的黑体辐射源发射率测量方法的理论模型,并且搭建该测量装置,研究了该方法测量黑体辐射源发射率的结果和影响因素。利用该系统测得的黑体辐射源发射率测量的结果与理论模拟的结果高度吻合,测量重复性(标准偏差)达到0.07%。实验结果表明该方法在测量黑体发射率时不受热辐射环温度重复性的影响,当热辐射环温度与被测黑体温度的差异足够大时,热辐射环温度的变化对黑体发射率测量结果的影响可以满足应用的需求。该方法具备热红外遥感载荷在轨定标黑体的发射率测量的应用潜力,为我国红外遥感在轨定标系统定量化水平的提高提供重要技术基础。     

热电偶时间常数激光测试系统中激光加热研究

为了在热电偶时间常数测试中提供可靠的阶跃温度信号，优化反馈控制效果，进一步缩短阶跃温升信号的上升延时间，确保热电偶时间常数测量的准确性，采用中温黑体炉对高速辐射测温模块进行了静态温度-电压标定，使用激光器对被校热电偶进行加热，获取单次脉宽调制波（PWM）脉宽时间与温度之间的关系式；理论分析了红外辐射测温模块电压与黑体温度、PWM波脉宽时间与温度之间非线性关系的原因，对进一步优化控制效果、建立系统数学模型提供了实验验证。结果表明，红外辐射测温模块输出电压与黑体温度呈4次方关系；单次PWM波脉宽时间与温度呈3次方关系。该实验结果可为控制器反馈控制调节PWM波脉宽时间（占空比）提供理论依据。     

冰点槽空腔黑体辐射源实验研究

使用铜圆柱圆锥形黑体辐射源空腔 ,F500型高精 密温度测温仪和TRTⅡ辐射温度计,搭建冰点槽黑体辐射源及性能测试系统,完成冰点黑体 辐射源空腔温度 的均匀性和稳定性实验。实验验证了冰点条件下黑体辐射源空腔用于红外辐射温度计校准, 利用冰点开展 量值传递的可行性。实验测得冰点槽黑体辐射源空腔温场环境稳定性在0.001min, 均匀性不超过 0.001℃,黑体辐射源空腔腔底稳定性为0.03min,均匀性优于0.024℃,验证了 在给定的气压条件下, 可利用基于冰点作为冰点槽黑体辐射源固定点,其性能良好,可用于红外辐射温度计在冰点 的稳定性测试和校准。     

高精度低温面源黑体的研究

随着红外探测技术的快速发展,高精度面源黑体辐射源作为辐射计量的校准装置,近年来其需求越来越广泛,对黑体辐射源的温度精度,温度稳定性,温度均匀性和可靠性要求也越来越高。本文从黑体辐射源的理论依据、工作原理以及研制过程和影响因素作了详细阐述,通过样机的研制和试验积累了丰富的经验,达到了技术参数的规定和要求,优化了设计。     

红外焦平面探测器黑体探测率Dbb的一些问题的讨论

介绍了红外焦平面（简称FPA）探测器黑体探测率Dbb^*的定义和测试方法，比较了用点黑体辐射源和平黑体辐射源的对FPA探测器的响应率Rbb测试结果，讨论了FPA探测器的伏安特性对信号输出的影响。     

中温面源黑体设计及性能参数测试

中温面源黑体是一种宽带红外参考源,其波长范围覆盖了从近红外到远红外的波段,辐射面的温度具有很高的精度。作为高辐射强度的参考源,中温面源黑体已被广泛应用于红外传感器如辐射温度计、红外热像仪的校准以及样品辐射率或透过率的测量。用基于大辐射面和坚实结构的面源黑体在实验室内或野外测试中对无准直仪时的红外传感器进行了标定。为了提供红外系统性能测试的解决方案,本文对中温面源黑体进行了设计和性能参数测试。结果表明,其主要参数能满足高稳定度和高精度的要求。     

真空低背景红外高光谱亮温计量标准装置研制

为满足红外遥感载荷在辐射定标方面的量值溯源需求,中国计量科学研究院研制了真空低背景红外高光谱亮温计量标准研究装置。介绍了红外高光谱亮温计量标准装置的设计方案和高光谱分辨的量值传递方法和溯源链等。设计了用于放置用户被校黑体的模拟太空环境的真空低背景实验舱,建立了包含固定点黑体源和标准变温黑体源在内的标准器,通过傅里叶变换红外光谱仪将标准黑体源的量值传递给被校黑体辐射源。研制的标准变温黑体辐射源的温度范围覆盖125~500 K,口径为30 mm,空腔发射率为0.999 7,亮度温度标准不确定度优于0.026 K@300 K/10 m。真空固定点黑体包含汞固定点、镓固定点和铟固定点黑体,口径为25 mm,温度不确定度优于0.020 K@10 m。该装置具有高温度不确定度水平、高光谱分辨率和扩展性强等特点,能够满足大部分红外载荷量值的溯源需求。     

短波红外相机的最小可分辨对比度测试

评估短波红外相机的综合性能对相机迭代和实际使用效果极为关键,本文提出了一种基于最小可分辨对比度（minimum resolvable contrast,MRC）测试的短波性能评估方法,由积分球辐射多个固定对比度的靶标,并对辐射源强度、目标混叠、观察模式等进行合理控制从而将噪声、目标背景对比度、观察者易变性等影响因子涵盖在评估模型中,综合评估短波相机性能。采用本方法对某型号短波相机进行了MRC测试和外场测试,取得了较为相符的测试结果,其测试不确定度仅为2.11%,可很好地对短波相机进行性能评估和预估。     

通用红外测试系统的精度分析

采用美国PI、Santa Barbara红外和Lumitron的红外测试设备,进行系统集成,构建成了通用的红外测试系统.它既能完成1 024×1 024元以下任意像元数的中波红外和长波红外焦平面阵列性能参数的测试,又能完成中波红外和长波红外热像仪系统级性能参数的测试,具有很好的适用性及技术的先进性.中波红外热像仪的测试结果NETD=15.8 mK,与CEDIP的结果15.13 mK相差0.67 mK.测试精度为±1.49 mK.长波制冷红外焦平面阵列探测器的测试结果NETD为26.47 mK,与Sofradir的结果24.43 mK相差2.04 mK,测试精度为±1.63 mK.     

基于高温黑体的傅里叶光谱测量系统响应度分段线性标定

傅里叶红外光谱仪（FTIR）光谱响应度的标定工作是FTIR红外光谱精准测量的基础。基于中国计量科学研究院（NIM）的ThermoGage HT9500型高温基准黑体辐射源,对NIM搭建的FTIR高温黑体红外辐射特性测量系统的光谱响应度,通过分段线性标定法进行了标定实验。建立并描述了FTIR测量高温黑体红外辐射特性系统响应度函数标定模型,并通过测量的黑体辐射源在1 273~1 973 K温区、1~14 m宽频谱内的红外光谱,对FTIR测量系统的光谱响应度进行了标定实验研究。结果表明:分段线性标定FTIR红外光谱测量系统方法具有良好可靠性。1 373~1 873 K温区的测量光谱与基于黑体标定的计算光谱在1~14 m频谱内平均偏差优于1%,黑体光谱辐射亮度峰值波长上反演得到的黑体计算温度与实际温度偏差优于0.45%。     

红外热像仪成像评估系统设计

红外热像仪在军民应用领域发展迅速。如何客观地评价红外热像仪成像效果,为红外热像仪成像性能提供定量的数学描述,同时也为研究红外成像系统的图像清晰度、目标探测距离和目标跟踪性能提供支撑依据,成为必须要解决的问题。本文提出的红外热像仪成像评估(质量评价)系统具有红外图像数据采集与处理功能,配合红外成像评估的靶标系统（由黑体、辐射靶标控制台、准直光学系统、数显精密转台组成）进行红外图像数据测试评估。设计了图像评估的主要性能指标,并提出了数学模型及其实现的步骤,其中包括图像不均匀性(Non-uniformity,NU)、信号传递函数(Signal Transfer Function, SiTF)、噪声等效温差（Noise Equivalent Temperature Difference, NETD）、角线性度（Angular Linearity, AL）、目标成像定位角误差（Target Imaging Positioning Angle Error, TIPAE）等主要评价技术指标。测试结果表明,该系统的性能非常优越,成为红外热像仪研制过程中必备的调试、测试设备。     

微型黑体辐射源

微型黑体是一种超小型红外辐射源，主要用于模拟运动红外目标，是红外导弹测试站的关键部件。由于其体积小，研制难度很大。文章分析了研制微型黑体及其温度控制器的技术方案，最后给出了研制工作的结果。     

精密黑体辐射标准源

在红外技术中,黑体是一种有用的热辐射参考源,红外器件参数检测和红外整机性能评价的精度和一致性,很大程度上均依赖于辐射数据的准确性。经验指出,制造一个具有达到黑体特性的辐射标准源,比建造任何相同精度的非黑体源(如标准灯等)简单得多。因此黑体辐射标准源,广泛用于辐射仪器绝对测量的标定;用于标定红外热象仪和红外测温仪的温度;用于标定红外辐射计、红外和激光能量计、功率计的辐射能量和辐射功率;用于标定光度计、高温计的辐射功率和辐射温度等。辐射源的光谱辐射度分布应符合不同温度     

红外辐射源标温控及性能测试方法

红外辐射源标是红外系统性能测试的重要设备.根据红外相机外场测试对大辐射面和辐射温度范围宽的辐射源标需求.设计了辐射面达到1 m2的新型红外辐射源标的温控系统,实现了辐射面的多点、大范围、高精度温度测量与PID自动控制,及传感器、加热管和风机的故障自动检测与报警.温控系统通过RS232与计算机通信,实现了其应用的软件控制...