基于物理模型的光谱辐射照度标准灯数据处理方法

根据光谱辐射照度标准灯(卤钨灯)的数据曲线具有精确数学物理模型的特点,提出广义数学函数变换和标准灯数学物理模型相结合的数据分析和处理方法,能够准确发现并修正光谱辐射照度测量中的不可靠数据点.在2004年国际计量局组织的250-2500 nm光谱辐射照度国际关键比对CCPR-Kla,对测量结果中的不可靠数据点进行修正处理后,我国的光谱辐射照度量值与国际参考值之间的一致性优于1.5%.     

UVA探测器照度响应度的量值复现方法与国际比对

对UVA探测器照度响应度的量值复现方法进行了详细的讨论.分析比较了光源的光谱辐射照度法、探测器的绝对光谱响应度法、热释电探测器法、绝对辐射计法和与标准紫外辐射照度计比较法等5种方法的原理和测量结果.以此为理论基础,中国计量科学研究院(NIM)参加了由亚太计量规划组织(APMP)举办的国际上首次"UVA探测器的照度响应度国际比对APMP PR-S1".比对结果表明:在7个参加实验室中,NIM的量值与国际参考值最为接近,窄波段UV365照度响应度和宽波段UVA照度响应度与国际参考值的偏离量分别为-0.57%(k=2)和-0.53%(k=2).在特定条件下,宽波段紫外辐射度的量值复现不确定度也由原来的10%(k=1)改善为2.0%(k=1).     

光谱辐射亮度国际比对与结果分析

基于高温黑体辐射源BB3500M,中国计量科学研究院(NIM)自主研制了第四代光谱辐射亮度国家基准装置,波长范围覆盖220~2550nm,以稳定的钨带灯作为传递标准,改善了测量不确定度。黑体辐射源的温度测量溯源至Pt-C和Re-C固定点黑体,在3021 K采用WC-C固定点黑体进行验证,NIM和全俄光学物理计量院(VNIIOFI)之间的测量偏差小于70 mK。采用新基准装置,NIM参加了光谱辐射亮度国际APMP-PR.S6比对。NIM研制了两套入射光学系统,成像倍率分别为0.58和1.00,立体角为0.006sr和0.008sr,采用两套系统复现光谱辐射亮度量值的差异小于±0.40%。APMP-PR.S6比对结果表明:在紫外、可见和近红外波长范围,NIM与参考值的平均相对偏差分别为0.59%、0.44%和0.34%。全部波长范围的平均相对偏差0.46%。在250nm、400nm、800nm、2500nm波长,光谱辐射亮度的测量标准不确定度分别为0.95%、0.50%、0.41%和0.80%。从而验证了第四代光谱辐射亮度国家基准装置的准确性和可靠性。     

辐射照度测量与色修正系数

本文首次明确提出了辐射照度测量中的色修正系数问题，在理论上给出了它的计算公式。在一定情况下它可能是暗藏的不确定度的最大来源。本文还针对一些实际测量的典型情况，计算了色修正系数值，从而揭示了色修正问题可能给辐射照度计示值带来巨大的系统偏差，得出了一些有用的结论。     

第四代光谱辐射度和色温度国家基准装置的研制

基于高温黑体辐射源BB3500M研究并建立了第四代光谱辐射度和色温度国家基准装置。采用稳流和稳温相结合的反馈工作模式,开启后3 h即达到温度稳定。3 016 K时,1 h内的温度变化小于0.59 K。温度测量直接溯源至Pt-C和Re-C高温共晶点黑体,2 980 K时的测量不确定度为0.64 K(k=1)。光谱辐射亮度和光谱辐射照度的波长范围向短波分别扩展至220 nm、230 nm,长波扩展至2 550 nm,达到全波段光谱辐射亮度CCPR-S1比对的能力。新基准增加了分布温度参数的测量能力,2 353 K和2 856 K的测量不确定度(k=1)分别改善为1.6 K和2.1 K。对基准装置入射光学系统的辐照不均匀性以及短波紫外大气传输过程所带来的散射和吸收进行了数值计算,提出理论修正方法,将辐照不均匀性测量误差减小0.3%,大气传输误差减小0.29%。     

辐射照度测量与色修正系数

本文首次明确提出了辐射照度测量中的色修正系数问题 ,在理论上给出了它的计算公式。在一定情况下它可能是暗藏的不确定度的最大来源。本文还针对一些实际测量的典型情况 ,计算了色修正系数值 ,从而揭示了色修正问题可能给辐射照度计示值带来巨大的系统偏差 ,得出了一些有用的结论。     

NIMTT的紫外辐射照度标准和紫外辐照射量标准装置

本文简要介绍了紫外辐射照度，紫外曝辐照射量和色修正因子的定义及计算公式，同时也介绍了在中国测试技术研究院（NIMT）所建立的紫外辐射照度标准和紫外曝辐照射量标准装置，包括它们的构成，不确定度分量的来源及总的合成标准不确定度。     

光谱辐射亮度、光谱辐射照度、色温和分布温度新国家基准装置的建立与性能提升

光谱辐射亮度和光谱辐射照度国家基准装置始建于1975年,是光学领域的重要基准量值。其中,光谱辐射照度被国际计量局(BIPM)确定为光度辐射度(CCPR)国际关键性量值比对项目的第一项,定期举办国际关键性量值比对,确保量值的国际等效一致。1989年、2000年分别对基准装置进行第一次和第二次     

中日标准光电高温计国际比对

介绍并讨论了1999年中国计量科学研究院(NIM)和日本计量研究所(NRLM),在NRLM用光电高温计在高温黑体炉上进行的高温温标的国际比对.比对结果,显示两国温标的一致性,从1000℃～2200℃优于±1℃.     

紫外辐射照度计国内量值比对与一致性分析

中国计量科学研究院作为主导实验室组织实施了2008年紫外辐射照度计国内量值比对.12个计量机构和3个生产厂家参加并完成了比对.比对结果表明:各参比实验室的En值均符合比对的一致性要求.针对当前紫外辐射照度检测的现状以及存在的突出问题,对测量仪器的性能指标、角度响应特性和稳定性,光谱不匹配等影响紫外辐射照度计量值一致性的关键因素进行了分析研究.     

Developments for a New Spectral Irradiance Scale at the National Institute of Standards and Technology

Recent developments for a new spectral irradiance scale realization at the National Institute of Standards and Technology have been targeted to reduce the present relative expanded uncertainties of 0.67 % to 4.34 % (coverage factor of k = 2 and thus a 2 standard deviation estimate) in the spectral irradiance scale to 0.17 % for the range from 350 nm to 1100 nm. To accomplish this goal, a suite of filter radiometers calibrated using NIST’s high accuracy cryogenic radiometer have been used to measure the temperature of a high-temperature black-body. A comparison of the filter radiometer calibrations with the spectral irradiance scale along with an evaluation of the black-body calibration technique have been performed. With the aid of a monochromator, the calibrated filter radiometers will then be utilized to calibrate primary and secondary spectral irradiance standard lamps at NIST.     

Ultraviolet Spectral Irradiance Scale Comparison: 210 nm to 300 nm

Comparison of the irradiances from a number of ultraviolet spectral irradiance standards, based on different physical principles, showed agreement to within their combined standard uncertainties as assigned to them by NIST. The wavelength region of the spectral irradiance comparison was from 210 nm to 300 nm. The spectral irradiance sources were: an electron storage ring, 1000 W quartz-halogen lamps, deuterium arc lamps, and a windowless argon miniarc.     

Optical Fiber Power Meter Comparison Between NIST and NIM

We describe the results of a comparison of reference standards between the National Institute of Standards and Technology (NIST-USA) and National Institute of Metrology (NIM-China). We report optical fiber-based power measurements at nominal wavelengths of 1310 nm and 1550 nm. We compare the laboratories’ reference standards by means of a commercial optical power meter. Measurement results showed the largest difference of less than 2.6 parts in 10³, which is within the combined standard (k = 1) uncertainty for the laboratories’ reference standards.     

Results of a CCPR Intercomparison of Spectral Irradiance Measurements by National Laboratories

An intercomparison of spectral irradiance measurements by 12 national laboratories has been carried out between 1987 and 1990. The intercomparison was conducted under the auspices of the Comité Consultatif de Photometrie et Radiometrie (CCPR) of the Comité International des Poids et Mesures, and the National Institute of Standards and Technology (NIST) served as the pilot laboratory. The spectral range of the intercomparison was 250 to 2400 nm and the transfer standards used were commercial tungsten-halogen lamps of two types. The world-wide consistency of the results (one standard deviation) was on the order of 1% in the visible spectral region and 2 to 4% in the ultraviolet and infrared portions of the spectrum. The intercomparison revealed no statistically significant differences between spectral-irradiance scales based on blackbody physics and absolute detector radiometry.     

Irradiance of Horizontal Quartz-Halogen Standard Lamps

Spectral irradiance calibrations often require that irradiance standard lamps be oriented differently than the normal calibration orientation used at the National Institute of Standards and Technology and at other standards laboratories. For example, in solar measurements the instruments are generally upward viewing, requiring horizontal working standards for minimization of irradiance calibration uncertainties. To develop a working standard for use in a solar ultraviolet intercomparison, NIST determined the irradiance of quartz-halogen lamps operating in the horizontal position, rather than in the customary vertical position. An experimental technique was developed which relied upon equivalent lamps with independent mounts for each orientation and a spectroradiometer with an integrating sphere whose entrance port could be rotated 90° to view either lamp position. The results presented here are limited to 1000 W quartz-halogen type lamps at ultraviolet wavelengths from 280 nm to 400 nm. Sources of uncertainty arose from the lamps, the spectroradiometer, and the lamp alignment, and increased the uncertainty in the irradiance of horizontal lamps by less than a factor of two from that of vertical NIST standard lamps. The irradiance of horizontal lamps was less than that of vertical lamps by approximately 6 % at long wavelengths (400 nm) to as much as 12 % at the shortest wavelengths (280 nm). Using the Wien radiation law, this corresponds to color temperature differences of 15.7 K and 21.3 K for lamps with clear and frosted envelopes, respectively.     

常温黑体光谱发射率校准技术研究

为了能够实现常温状态下的黑体光谱发射率的准确测量,基于连续可调激光器,搭建了一套中红外波段黑体光谱发射率测量装置。采用自行设计10 mA恒流源对MCT探测器进行驱动,测量结果的动态范围从7.29×10⁴提高到4.32×10⁵,有效提升了探测系统的动态范围。该装置实现了覆盖光谱范围7.5～10.6μm,发射率测量量值范围0.01～0.999 9的高精度测量,最优不确定度为4.0×10^-5(k=2)。     

发散光照射方法标定空间紫外遥感仪器光谱辐照度响应度

以辐射度学为理论基础,推导出了发散光和平行光两种照射方法标定的空间紫外遥感仪器光谱辐照度响应度的结果表达式,分析了影响两种照射方法定标结果的因素。通过相关的测试实验,数值估算了采用发散光照射方法为仪器进行辐照度定标时所引入的定标方法误差。计算结果表明,在假设平行光辐照度值均匀及发散光源为朗伯光源的情况下,采用发散光照射方法定标时所引入的定标方法误差小于1．2％。数值估算结果对于采用发散光照射方法为空间紫外遥感仪器进行光谱辐照度定标具有一定的指导意义。     

NIM新一代二端对电容电桥装置

基于一种交流电桥自动辅助平衡方法,中国计量科学研究院(NIM)研制了新一代二端对电容电桥装置。电桥采用固定比率的感应耦合比率臂电桥,通过复用比率,用单一电桥即实现了计算电容过渡和电容10:1传递;采用一种改进的靴带法实现电桥感应比率臂比率的精确校验。该装置用于电容单位的量值复现和标准电容器的高准度量值传递。利用新一代二端对电容电桥装置,可从计算电容装置复现1 pF电容值,并实现电容 1~100 pF的十进制量值传递,电容量值传递相对标准不确定度可达5×10^-9(1592 Hz)。采用该电桥参加了10 pF和100 pF电容国际关键比对(CCEM.K4-2017),中国比对成绩优异,数据均非常接近关键比对参考值(KCRV),其中100 pF的结果最接近KCRV,与KCRV取得了很好的一致性,从而获得国际互认。     

表面粗糙度国际比对自动测量系统关键技术研究

基于中国计量科学研究院的表面粗糙度基准计量装置,开展了视觉定位系统、自动操作系统和多自由度位移系统的研究,从而实现依据国际比对协议规定流程的自动化测量。实验验证表明：该系统可有效实现表面粗糙度的自动化测量,满足国际比对的要求。在对国际比对规定的表面粗糙度标准器的测量实验中,该系统的自动定位测量的重复性为4.2 nm,相比于手动定位测量提高了2.6倍,有效地减少了测量过程中引入的人为误差。