辐射测温的广义有效亮度温度

针对实际测温中的问题和经典亮度温度理论的不足,提出了以灰体为参照辐射体的广义有效亮度温度概念;利用等效波长理论阐述了带通辐射温度计测量的"主观"特性(积分广义有效亮度温度)与表面有效辐射的"客观"特性(广义有效亮度温度)的关系;分析归纳了广义有效亮度温度的特性以及它与广义亮度温度、有效亮度温度和经典亮度温度之间的关系。广义有效亮度温度理论是对以黑体为参考辐射体的经典表观温度理论的发展,能够在理论上表达和解释亮度测量辐射温度计的实际测量结果,包括在经典理论中缺乏解释的具备发射率修正功能的辐射测温计的测量结果。     

大口径高发射率水热管标准黑体辐射源

为满足国内黑体辐射源亮度温度的溯源需求,中国计量科学研究院研制了50~270℃大口径高发射率水热管标准黑体辐射源。本文介绍了水热管黑体辐射源的研制、性能测试和不确定度。利用Monte Carlo方法研究了圆柱形空腔内壁V槽角度对空腔法向有效发射率的影响。设计了圆柱形空腔,内壁加工31°角的1 mm深V形槽,喷涂高发射率Pyromark 1200黑漆,空腔开口74 mm,腔深520 mm,法向有效发射率优于0.999 8,实现了黑体源空腔在大口径条件下的高发射率。设计了基于PID控制的黑体辐射源温度控制系统和高精度的黑体辐射源空腔温度测量系统。水热管黑体辐射源的温度稳定性为0.04℃/20 min,空腔底部有效亮度温度均匀性为0.08℃,有效亮度温度扩展不确定度为0.036~0.104℃。建立了基于变温黑体辐射源的国家亮度温度标准。     

材料光谱发射率精密测量装置

采用光栅单色仪方案研究了光谱发射率的测量装置,以加热方式将材料样品温度控制在473～1 000 K,可在2～15 μm测量样品的定向光谱发射率.应用锁相放大技术和统计测量方法提高样品与黑体的辐射亮度比较测量的信噪比.对测量装置性能进行了评价实验,并提出一种双黑体法评价光谱辐射测量系统的线性度.测量了氧化不锈钢样品和高发射率涂料的光谱发射率并进行了不确定度评定,合成标准不确定度小于0.04.     

外部导入激光的积分球辐射源的研制

为了满足光谱辐射遥感器的定标需求,研制了一种新型的外部导人激光的积分球辐射源.这种积分球辐射源不仅完全满足辐亮度响应度定标对定标光源的要求,而且可以对高光谱、超光谱仪器的光谱辐射响应度进行精细扫描.通过导入单波长激光对积分球辐射源的基本辐射特性进行了研究,测试结果表明,这种积分球辐射源的辐亮度非稳定性在0.5 h内为0.09%;平面非均匀性在积分球出口中心Ф63 mm内为0.16%;±22范围在水平面内和垂直面内的角度非均匀性分别为1.8%和0.7%.由于其具有光谱辐通量高、单色性好、波长准确性高、可宽波段调谐等优点,可以在辐亮度模式下直接标定仪器的光谱辐亮度响应度.     

低温状态下的材料法向发射率测量

研究了在-60~50℃条件下准确测量材料法向发射率的方法。基于发射率定义建立了材料法向发射率测量模型。为屏蔽环境杂散辐射与大气吸收的影响,利用真空液氮背景通道搭建了低温状态下材料发射率测量装置。测量了氧化铜与高发射率陶瓷两种样品的法向发射率随温度、波长的变化情况。结果表明:两种样品的法向光谱发射率均随波长增加而降低;随温度的升高,氧化铜样品法向积分发射率稳定为0.850±0.012,陶瓷样品的法向积分发射率降低了0.124。最后,实现了低温状态下红外光谱辐射的高精度采集,对低温状态下材料法向光谱发射率测量结果的不确定度进行了评定,得到的结果显示其相对扩展不确定度小于6.0%。     

窄带光谱滤光法探测低温黑体太赫兹辐射

为了准确探测低温黑体的太赫兹辐射,研究了黑体的红外辐射和太赫兹各波段辐射的差异,构建了低温黑体太赫兹辐射探测装置,提出在该装置中采用窄带光谱滤光法抑制红外辐射和透过窄带太赫兹光谱.根据普朗克公式计算并对比了各波段太赫兹辐射及红外辐射的亮度值,理论数据显示223～323 K的低温黑体的红外辐射亮度是太赫兹辐射亮度的4～10倍.将在某一窄波长带宽范围内具有高透射比的太赫兹窄带光谱滤光片放置在黑体太赫兹辐射装置的探测器前,滤除红外辐射,并对黑体的太赫兹辐射量进行光谱分段探测实验.根据实验结果计算了黑体在不同太赫兹窄波段的辐射探测值的标准偏差,并对实验结果与黑体太赫兹辐射亮度理论计算值进行了比较.结果显示,窄带光谱滤光法可以实现低温黑体的太赫兹窄带辐射亮度探测.     

外部导入激光的积分球辐射源研制和特性研究

为了满足近年来迅速发展的光谱辐射遥感器的定标需求,我们研制了一种新型的外部导入激光的积分球辐射源。这种积分球辐射源不仅完全满足辐亮度响应度定标对定标光源的要求,而且可以对高光谱、超光谱仪器的光谱辐射响应度进行精细扫描。我们首先导入单波长激光对积分球辐射源的基本辐射特性进行了研究,包括辐亮度非稳定性、平面非均匀性和角度非均匀性。特性测试结果表明,这种新型的利用激光的积分球辐射源的各种特性与传统的灯照明积分球辐射源在同一水平内。由于其具有光谱辐通量高、单色性好、波长准确性高、可宽波段调谐等优点,有着广泛的应用前景     

风云卫星的红外遥感亮度温度国家计量标准装置

综述了国际上美国、德国、俄罗斯的典型红外遥感亮度温度标准装置的研究现状,着重介绍了由中国计量科学研究院研制的用于风云卫星红外载荷黑体定标的红外遥感亮度温度国家计量标准装置(VRTSF)。给出了VRTSF的设计方案,描述了它的结构和光路。设计了满足风云卫星红外载荷定标黑体工作环境的真空低背景实验舱,建立了满足量值溯源需求的标准黑体辐射源作为量值标准器。标准变温黑体辐射源的温度覆盖190K~340K,口径为30mm,空腔发射率为0.999 9,温度不确定度优于50mK@300K/10μm(k=2)。该装置的光谱为(1-1 000)μm,光谱分辨率为0.2cm-1,可满足多种红外载荷的定标需求。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,如未来该装置温度覆盖至(100-500)K,将会满足大部分红外载荷量值的溯源需求。     

低背景辐射校准装置的光机特性

低背景辐射校准装置由多个舱室和黑体组成,其突出特点是模块式的结构和辐射的光学偏转.模块式结构使得校准装置可以工作于多种方式,如辐射源的校准、辐射探测设备的校准和辐射度的溯源.校准装置内的标准辐射,参考辐射和待测辐射由光学偏转方式进行同轴,使装置避免了大型导轨平台的使用.工作时,校准装置可以抽真空到1.33×10^-2 Pa.充液氮后,校准装置的背景温度低于80 K.这些特点使校准装置具有足够的能力进行-60～+80℃温度区间目标的光谱辐射度校准.     

非制冷红外物镜设计中最佳波段的选择

根据常用大气窗口和常见物体辐射峰值波长,计算出黑体在233~313K范围内的光谱辐射出射度,结合红外探测器的光谱响应曲线得到非制冷红外镜头的设计波长及其权重。将该方法应用于实际物镜设计,发现光学系统波长及权重符合探测器焦平面输出信号光谱响应特性。该方法对非制冷红外热像光学系统的设计具有实际意义。