用于测量温度的零位红外辐射计

美国Stennis空间中心目前正在研制一种可在各种工业和科学应用中用于非接触测量温度的零位自定标红外辐射计。这种红外辐射计特别适用于测量环境或接近环境的温度,更确切地说,它特别适合于测量天然水体的表面温度。虽然该辐射计工作于长波红外谱段(8μm～12μm),但其基本工作原理也适用于能透过大气且灵敏度和测量精度等设计要求可以得到满足的其它一些谱段。     

空间目标色温测量的波段选择

针对某空间目标色温测量技术,提出了一种可用于选择最优波段和提高系统温度分辨力与测温灵敏度的方法。 基于目标不同波长辐亮度的比对,推导了目标单色辐射率之比 与标准黑体波长及色温之间的关系,建立了目标色温测量数学模型,从而巧妙地绕开辐射率对测温工作的不利影响。同时建立了波段优 选评价函数数学模型,并通过分析系统的温度分辨力及测温灵敏度与探测波段之间的关系优选探测波段,提高了色温测量的精度。 基于红外系统进行的波段选择仿真结果表明,在8.0 ～ 8.5 μm范围内,当波段宽度取60 nm时,对温度为200 ～ 300 K的空间目标进行色温测量的温度分辨力最高可达到0.07 K。对不同温度目标的温度分辨力与测温灵敏度分别平 均提高了7.9 %和11.3 %。通过波段优选可以有效提高温度分辨力及测温灵敏度,为空间目标探测与识别装置的 研制提供了技术支持。     

国外光纤温度传感器研制概况

Ⅰ、引言科研和生产活动过程几乎都与温度的测量和控制有关,现代科学技术的发展已提供了种类繁多的温度测量方法及装置。测量温度范围自接近绝对零度到超过10~5K高能量等离子体的温度。室温到中、高温度测量常用的金属电阻、半导体热敏电阻及热电偶温度计测量精度都很高,根据需要可使相对误差小于10~(-2)～10~(-4),响应速度可达几十微秒量级,并且易于以传感器形式与控制系统结合,应用十分广泛。随着电子技术的发展,相继出现各种用途的扫描热辐射计和实时热成象系统,可作大面积表面温度分布监测。     

基于层次化离散与残差网络的可调谐二极管激光吸收光谱层析成像

快速、准确、适用性强的重建算法是可调谐二极管激光吸收光谱层析成像(TDLAT)的核心研究内容之一。现有算法一般取位于燃烧场中心的某局部区域作为感兴趣区域(RoI),利用整个燃烧场对激光束的光谱吸收值重建RoI这一局部区域内的气体参数分布。重建结果与实际情况存在一定偏差。针对这一问题,该文研究燃烧场的空间层次化离散方法,进而为TDLAT系统设计一种基于残差网络(ResNet)的层次化温度层析成像方案(HTT-ResNet)。该方案能够根据有限数量的光谱吸收测量值完整重建整个燃烧场的温度图像,并对计算资源与燃烧场不同空间区域的成像分辨率进行优化配置,着重实现RoI内温度分布的高空间分辨率成像。利用随机多模态高斯火焰模型与实际TDLAT系统测量数据进行的实验均表明,HTT-ResNet重建的温度图像能够准确定位火焰的空间位置、清晰描述燃烧场的温度分布。     

光纤光栅传感器在石油测井中的应用

介绍一种新型光纤布拉格(Bragg)光栅油井温度/压力传感器.在详细分析光纤光栅温度、应力传感原理的基础上,设计了适合于井下温度、压力参数测量的传感器.通过温度和压力实验推导了传感器波长与温度、压力之间的关系,得到了压力响应灵敏度的解析表达式.该传感器可实现温度和压力同时测量.现场实验证明:温度测量范围为10～100℃,温度灵敏度为0.0213=nm/℃;在0～20MPa的压力变化范围内,压力灵敏度达0.1631nm/Mpa,能够很好地满足油井井下测量的要求.     

用于电光定标的高性能光谱辐射计

美国圣巴巴拉红外公司已研制出一种可对电光测试站、光源及光学表面进行高精确度辐射定标的双波段红外光谱辐射计．这台型号为RAD-9000的红外光谱辐射计覆盖3μm-5μm和8μm-12μm两个谱段,其热灵敏度好于40mK,支持278至373K的目标温度,光谱分辨率(D1／1)优于2％．该红外光谱辐射计由计算机进行控制．除了能提供高性能的相对辐射测量以外,     

FY-4辐射计红外图像的仿真技术方法研究

研究了FY-4辐射计红外图像的仿真技术方法.考虑地表经纬度、海拔高度、地表区域类型、大气辐射传输等因素的影响,建立了地表区域温度模型和红外辐射亮度模型,计算得到FY-4辐射计接收的地球表面红外辐射亮度分布;研究辐射计成像中几何畸变的空间响应特性,建立空间转换模型,模拟生成了符合FY-4辐射计空间分辨率指标的红外视场图像.结果表明,仿真生成的红外图像效果逼真,可用于FY-4辐射计技术指标的验证和成像效果的评价.     

W波段十二通道直接检波式辐射计前端设计

文中研制了一种W波段十二通道直接检波式辐射计前端，该辐射计前端将矩形喇叭天线、低噪声放大器、检波器以及积分放大电路集成在一个模块，整个模块体积为66 mm×67 mm×49 mm,具有高集成度和小型化的特点。该辐射计前端在积分放大部分通过调整各支路的放大倍数，使得每个通道最终输出电压相对稳定和一致，输出电压范围为4.11 V～4.36 V。同时，各通道检波器灵敏度在75 GHz～100 GHz范围内最高达1 200 mV/mW,辐射计温度灵敏度达0.39 K。该多通道辐射计具有宽带高灵敏度、高集成度、低功耗等特点。     

W波段宽带辐射计

以被动式毫米波成像为应用背景,介绍了辐射计的工作原理,成功研制了一种带宽35 GHz集成直接检波式辐射计原理样机,以满足成像系统对辐射计的需求。信号由两级低噪声放大器进行放大,再由检波器直接检波,最后进行视频放大,以提供足够高的信号供后端进行数据采集。放大器由两级低噪声放大器组成,放大增益40 dB。单独对检波器进行设计、测试,在75~100 GHz范围内,该检波器电压灵敏度大于1 000 mV/mW,在100~110 GHz范围内,电压灵敏度大于500 mV/mW。最后集成了一个整体辐射计模块,该辐射计在35 GHz带宽内积分时间为0.6 ms,温度灵敏度为0.45 K。     

红外辐射计中两种信号变换方法的分析

光电辐射计中的信号处理往往是与以信噪比(c/m)为准则的最优化直接相关的。为此,采用光学调制,实现了使光通量的包络振幅频谱移到某一区域,在该区域内,探测器的多余噪声影响降低到许可的范围内。然而,在红外技术中所使用的光机调制器(一般是单程的),其有效系数较小。同时,已知有可以更有效地利用由目标入射辐射能的双程光机调制器。本文将对单程辐射计和双程辐射计进行比较分析,对其信号变换方法作出评价,并考虑到理想的和非理想的通量调制以及仪器的不同工作条件。图1和图2给出了单程辐射计和双程辐射计的方框图。图中:1为斩光器,2为辐射能探     

用检测噪声电平指导辐射计设计

灵敏的毫米波辐射计接收机能够接收地物、人为目标或大气等辐射或反射的微弱电磁能量,并提供描绘目标噪声温度的直流输出〔1〕～〔4〕。就电路的方块图而言,辐射计的设计与人们所熟悉的超外差接收机极为相似。然而,它们之间的差别是极大的。例如,辐射计的灵敏度并不是以信号的电压为多少微伏来衡量,而是以可以区分的最小噪声温度的变化来衡量。精心设计的辐射计,其灵敏度     

双频微波辐射计的温度控制电路

双频微波辐射计这种被动式遥感仪器可同时独立地测量大气对流层中的水汽和液态水含量,它主要包括天线及控制系统、接收机、数据预处理和主计算机四个部分。整个辐射计的接收机组件和有关电路都置于恒温机箱中并配以高精度温控电路,使参考负载的温度保持不变。这套恒温装置可以保证在环境温度从-20℃到+50℃范围内变化时,箱内的温度保持     

毫米波零中频全功率辐射计系统

提出了一种零中频接收的毫米波全功率辐射计系统,可降低外差式全功率辐射计系统实现的难度和成本,有利于实现系统的集成化和轻小型化。运用随机过程理论分析了全功率辐射计视频信号功率谱和温度灵敏度,在此基础上分析了零中频全功率辐射计的温度灵敏度。结果表明,在满足截止频率高于1/2视频积分滤波器带宽条件下,零中频辐射计中频通道可采用高通滤波器抑制直流漂移和低频噪声,而不会影响辐射计温度灵敏度,其理论值与射频带宽2倍于中频带宽的全功率辐射计相同。完成了一个34～40GHz毫米波多通道零中频全功率辐射计系统的设计和研制,采用10通道一体化集成和本振空馈功率分配技术,实现了系统的集成化和小型化,测试温度灵敏度与理论值相符,表明了理论分析的正确性和设计方法的可行性。     

微波辐射计在雷测数据折射误差修正中的应用

基于用微波辐射计实时测量反演大气折射率剖面的研究,并与施放气象探空仪直接测量的结果进行比对,结果表明微波辐射计实时测量反演得到的大气折射率剖面能够较好地反映雷达站所在地的折射率分布。将反演和实测折射率剖面应用于某次雷达测量数据的电波折射误差计算中,由修正量比对残差分析结果得出:将微波辐射计实时测量反演的大气折射率剖面用于电波折射误差修正是有效的。为微波辐射计应用于高精度机动测控雷达,提高测量数据处理的精度提供了理论和试验依据。     

野外光谱辐射计

本发明提供一种简单但又非常坚固的双谱段辐射计,它可以用于在野外进行长期独立的光谱辐射测量,如它能够按照用户选择的时间间隔(数分钟到几天)自动搜集光谱辐射测量数据,从而帮助人们对各种表面参数进行监控．该仪器的两个主要应用是监测内陆水面悬浮泥沙浓度及混浊度和监测陆地表面植被。     

低旁瓣微波辐射计天线设计和应用

提出一种高灵敏度微波辐射计设计方法,它采用辐射计天线的低旁瓣和高主波束效率设计,通过降低辐射计的系统噪声温度(尤其是外部变化的天线噪声温度),实现系统的高灵敏度。给出了微波辐射计天线方向图的理论仿真和实验结果及系统灵敏度的测量结果。辐射计天线实测结果表明:二个波段的天线副瓣电平均低达-30dB,天线主波束效率均高于95%。微波辐射计系统的实测结果表明:新方法使辐射计实际测量达到0.05K的高灵敏度。该系统也可在大气遥感测量、人工影响天气、土壤水分测量等领域应用,为防洪抗旱提供实时的降雨特性资料,在雷达和卫星通讯等领域,应用于电波的中性大气折射订正。     

HL-2A托克马克中微波诊断系统

介绍了核聚变装置HL-2A托克马克中各种微波技术在等离子体诊断中的应用。说明了各种诊断的基本原理、电路安排以及在放电中的测量结果。电子回旋辐射(ECE)主要用来测量主等离子体电子温度及其扰动分布。测量的时间分辨率可以达到4m s(扫频)或者1μs(单频),空间分辨率为3 cm。电子温度的测量范围为10 eV~10 kev。微波反射用于等离子体密度分布、等离子体旋转及等离子体密度扰动等方面的测量及研究,在测量密度分布时的时间分辨为1m s,空间分辨大约1 cm左右。微波干涉诊断用来测定偏滤器中等离子体的平均密度变化,时间分辨率为0.1m s。     

红外辐射计仪器误差的评价

测量物体(目标)温度的辐射温度计,即红外光电辐射计,在实用科学研究中获得了广泛的应用。在很大程度上,仪器的使用条件决定着仪器误差的大小。在其他同等条件下,用光电辐射计测量辐射温度的误差,与仪器光学系统的透过系数和温度有关。在这些参数值完全固定的情况下来校准辐射计。如果校准时,任何一个参数发生变化,都将导致测量误差。     

红外系统的微型制冷

红外光电探测器及阵列常常需要通过制冷来取得最佳性能。1～3μmPbS 探测器尽管一般在室温下工作,但最佳工作度温通常为195K。一般说来,1～3,3～5和8～14μm波段的本征红外光电探测器,其工作温度在300～60K范围内。非本征光电探测器的工作温度更低,Si(In)、Si(Ga)和 Si(As)的工作温度通常分别为45、25和15K。在热探测器领域,Ge测辐射热计在0.3K下取得了极佳灵敏度;     

FBG嵌入型光纤Sagnac环的窄道空间微流速和温度测量系统

提出了一种光纤布拉格光栅(FBG)嵌入型光纤Sagna c环的窄道空间微流速和温度测量系统,其由传统光纤Sagnac环和嵌入光纤Sagnac环中的FBG 组成。光纤Sagnac环中的保偏光纤(PMF)受到的侧压 力会随着微流体流速的不同而发生变化,通过监测光纤Sagnac输出干涉峰的漂移实现对微 流速的测量。此外,嵌入光纤Sagnac环中的FBG对温度有较高的响应灵敏度,可以实现环 境温度的监测。实 验过程中,用毛细管模拟窄道空间,将光纤Sagnac环中的PMF置于毛细管内部,用 微流泵获得一定范 围的微流速。实验结果表明,当微流体的微流速在0～450μm/min范 围内变化时,光纤Sagnac环输出的干涉谱 向短波方向漂移;由监测波长1522.47544.64nm处的谐振峰可知,测量的微流速平均灵敏 度分别为 5.59pm/(μm/min);实时监测环境温 度的结果表明,在20～45℃范围内,FBG的温 度灵敏度为9.74pm/℃。本文传感器具有测量范围大、灵敏度高、结 构简单和成本低等优点,特别适用于微通道如生物血管等方面。