CN104280136A - 一种热电探测器的温度漂移和光谱响应补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热电探测器的温度漂移和光谱响应补偿方法，用辐射计标定激光器能量；将热电探测器放入温控箱内，在不同温度下测试不同波长激光器能量，构建T-λ响应输出表；将热电探测器测试值与辐射计的标定值对比分析，构建T-λ修正系数表；利用提出的修正系数计算方法获得修正系数表中未列出的T-λ对应的修正系数，然后与热电探测器测量值相乘，获得温度漂移和光谱响应补偿之后的能量。采用上述方案，可以实现热电探测器进行温度漂移补偿的同时，对光谱响应输出进行修正，综合考虑了温度漂移和光谱响应对热电探测器的测试影响，从而提高了热电探测器的测试精度。

Description

一种热电探测器的温度漂移和光谱响应补偿方法

技术领域

本发明属于热电探测器的温度漂移和光谱响应补偿技术领域，尤其涉及的是一种热电探测器的温度漂移和光谱响应补偿方法。

背景技术

热电探测器是基于热电效应响应光辐射的红外探测器，主要包括热电堆探测器和热释电探测器，可用于温度和能量的测试。目前，热电探测器主要工作于近红外、中红外和远红外波段，相对于光子探测器，热电探测器的光谱响应比较平坦，如图1所示。在实际应用中，一般将热电探测器的光谱响应视为定值，未有对热电探测器不同波长的响应输出进行修正，从而使热电探测器的响应输出具有误差。

随着技术的发展，国内外已研制出工作于太赫兹波段的热电探测器，光谱响应如图2所示。由于太赫兹材料的束缚，太赫兹热电探测器的光谱响应并不平坦。此时采用传统的方法，将太赫兹热电探测器的光谱响应视为定值，进行温度或能量测试，不同波长的测试结果会产生较大的误差，需要对不同波长的响应输出进行修正。然而，在现有技术中，未发现可以对热电探测器不同波长响应输出进行修正的技术。

另外，热电探测器的响应输出易受环境温度变化的影响，发生的温度漂移会导致热电探测器的输出存在误差，需要进行温度漂移补偿。在现有技术中，一般将热电探测器放入温控箱中，通过改变温控箱的温度，在不同温度条件下，测试多组热电探测器的响应输出，并计算相应的温度漂移补偿系数，采用拟合算法，得到温度漂移补偿系数与温度之间的关系曲线，从而实现热电探测器的温度漂移补偿。

然而，现有技术未考虑热电探测器的光谱响应对温度漂移补偿系数的影响，无法体现不同波长对应的温度漂移补偿系数，导致热电探测器的响应输出误差较大。另外，现有技术采用拟合算法计算温度漂移补偿系数与温度之间的关系，计算复杂。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种热电探测器的温度漂移和光谱响应补偿方法。

本发明的技术方案如下：

一种热电探测器的温度漂移和光谱响应补偿方法，其中于，包括以下步骤：

步骤1：将热电探测器放入温控箱内，控制热电探测器所处的环境温度T；

步骤2：采用辐射计标定不同波长激光器的输出能量；

步骤3：通过改变温控箱内的温度，在同一波长激光器输出能量相同时，测量热电探测器在不同温度下的响应输出，与响应度相除，获得一组热电探测器的测试能量；

步骤4：改变激光器输出波长λ，重复步骤3，获得多组热电探测器的测试能量；

步骤5：根据在不同的环境温度下，测量的不同波长激光器输出能量E(T,λ)，构建T-λ响应输出表；

步骤6：把热电探测器测量的激光器能量，与辐射计标定的激光器输出能量进行对比分析，通过相除计算，获得相应的修正系数，并构建T-λ修正系数表；

步骤7：对于修正系数表中未列出的T-λ对应的修正系数，通过查表法确定周围最邻近四点对应的修正系数P(T_i,λ_j)、P(T_i,λ_j+1)、P(T_i+1,λ_j)、P(T_i+1,λ_j+1)，以及与周围四点的距离a、b、c、d，分别根据公式(1)、公式(2)、公式(3)、公式(4)计算距离a、b、c、d；

公式(1)： $a=\sqrt{{(T_i-T)}^2+{({\mathrm{\λ}}_j-\mathrm{\λ})}^2}$

公式(2)： $b=\sqrt{{(T_i-T)}^2+{({\mathrm{\λ}}_{j+1}-\mathrm{\λ})}^2}$

公式(3)： $c=\sqrt{{(T_{i+1}-T)}^2+{({\mathrm{\λ}}_j-\mathrm{\λ})}^2}$

公式(4)： $d=\sqrt{{(T_{i+1}-T)}^2+{({\mathrm{\λ}}_{j+1}-\mathrm{\λ})}^2}$

然后，根据公式(5)计算相应的修正系数：

公式(5)： $P(T,\mathrm{\λ})=\frac{d\·P(T_i,{\mathrm{\λ}}_j)+c\·P(T_i,{\mathrm{\λ}}_{j+1})+b\·P(T_{i+1},{\mathrm{\λ}}_j)+a\·P(T_{i+1},{\mathrm{\λ}}_{j+1})}{a+b+c+d};$

步骤8：根据热电探测器所处的环境温度和激光器波长，通过步骤1～步骤7获得相应的修正系数，与热电探测器测量的能量相乘，以获得温度漂移和光谱响应补偿之后的能量。

所述的热电探测器的温度漂移和光谱响应补偿方法，其中，步骤2和步骤6中所述辐射计是低温辐射计或电替代辐射计。

所述的热电探测器的温度漂移和光谱响应补偿方法，其中，所述步骤3和步骤5中的不同环境温度下是指温度间隔相等的温度环境。

采用上述方案，可以对热电探测器进行温度漂移补偿的同时，对光谱响应输出进行修正，综合考虑了温度漂移和光谱响应对热电探测器的测试影响，从而提高了热电探测器的测试精度。另外，本发明通过四则运算计算了T-λ的修正系数，避免了现有技术的拟合运算，效率得到提高。

附图说明

图1为现有技术近红外～远红外热电探测器的光谱响应曲线。

图2为现有技术太赫兹热电探测器的光谱响应曲线。

图3为本发明T-λ对应的修正系数计算示意图。

图4为本发明温度漂移和光谱响应补偿方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种热电探测器的温度漂移和光谱响应补偿方法。技术方案如下：

步骤1.将热电探测器放入温控箱内，控制热电探测器所处的环境温度T。

步骤2.采用辐射计标定不同波长激光器的输出能量。

步骤3.通过改变温控箱内的温度，在同一波长激光器输出能量相同时，测量热电探测器在不同温度下的响应输出，与响应度相除，获得一组热电探测器的测试能量。

步骤4.改变激光器输出波长，重复步骤3，获得多组热电探测器的测试能量。

步骤5.根据在不同的环境温度下，测量的不同波长激光器输出能量E(T,λ)，构建T-λ响应输出表，如表1所示。

表1T-λ响应输出表

步骤6.把热电探测器测量的激光器能量，与辐射计标定的激光器输出能量进行对比分析，通过相除计算，获得相应的修正系数，并构建T-λ修正系数表，如表2所示。

表2T-λ修正系数表

步骤7.对于修正系数表中未列出的T-λ对应的修正系数，通过查表法确定周围最邻近四点对应的修正系数P(T_i,λ_j)、P(T_i,λ_j+1)、P(T_i+1,λ_j)、P(T_i+1,λ_j+1)，以及与周围四点的距离a、b、c、d，如图3所示。分别根据公式(1)、(2)、(3)、(4)计算距离a、b、c、d。

$a=\sqrt{{(T_i-T)}^2+{({\mathrm{\λ}}_j-\mathrm{\λ})}^2}---\left(1\right)$

$b=\sqrt{{(T_i-T)}^2+{({\mathrm{\λ}}_{j+1}-\mathrm{\λ})}^2}---\left(2\right)$

$c=\sqrt{{(T_{i+1}-T)}^2+{({\mathrm{\λ}}_j-\mathrm{\λ})}^2}---\left(3\right)$

$d=\sqrt{{(T_{i+1}-T)}^2+{({\mathrm{\λ}}_{j+1}-\mathrm{\λ})}^2}---\left(4\right)$

然后，根据公式(5)计算相应的修正系数：

$P(T,\mathrm{\λ})=\frac{d\·P(T_i,{\mathrm{\λ}}_j)+c\·P(T_i,{\mathrm{\λ}}_{j+1})+b\·P(T_{i+1},{\mathrm{\λ}}_j)+a\·P(T_{i+1},{\mathrm{\λ}}_{j+1})}{a+b+c+d}---\left(5\right)$

步骤8.根据热电探测器所处的环境温度和激光器波长，通过以上方法获得相应的修正系数，与热电探测器测量的能量相乘，即可获得温度漂移和光谱响应补偿之后的能量。由此便实现了在工作温度和工作波长范围内，热电探测器进行温度漂移补偿的同时，对不同波长响应输出进行修正，提高了热电探测器的测试精度和校准效率。

上述步骤中，步骤2和步骤6中所述辐射计是低温辐射计或电替代辐射计。

上述步骤3和步骤5中的不同环境温度下是指温度间隔相等的温度环境。

采用上述方案，可以对热电探测器进行温度漂移补偿的同时，对光谱响应输出进行修正，综合考虑了温度漂移和光谱响应对热电探测器的测试影响，从而提高了热电探测器的测试精度。另外，本发明通过四则运算计算了T-λ的修正系数，避免了现有技术的拟合运算，效率得到提高。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种热电探测器的温度漂移和光谱响应补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将热电探测器放入温控箱内，控制热电探测器所处的环境温度T；

步骤2：采用辐射计标定不同波长激光器的输出能量；

步骤3：通过改变温控箱内的温度，在同一波长激光器输出能量相同时，测量热电探测器在不同温度下的响应输出，与响应度相除，获得一组热电探测器的测试能量；

步骤4：改变激光器输出波长λ，重复步骤3，获得多组热电探测器的测试能量；

步骤5：根据在不同的环境温度下，测量的不同波长激光器输出能量E(T,λ)，构建T-λ响应输出表；

步骤6：把热电探测器测量的激光器能量，与辐射计标定的激光器输出能量进行对比分析，通过相除计算，获得相应的修正系数，并构建T-λ修正系数表；

步骤7：对于修正系数表中未列出的T-λ对应的修正系数，通过查表法确定周围最邻近四点对应的修正系数P(T_i,λ_j)、P(T_i,λ_j+1)、P(T_i+1,λ_j)、P(T_i+1,λ_j+1)，以及与周围四点的距离a、b、c、d，分别根据公式(1)、公式(2)、公式(3)、公式(4)计算距离a、b、c、d；

公式(1)： $a=\sqrt{{(T_i-T)}^2+{({\mathrm{\λ}}_j-\mathrm{\λ})}^2}$

公式(2)： $b=\sqrt{{(T_i-T)}^2+{({\mathrm{\λ}}_{j+1}-\mathrm{\λ})}^2}$

公式(3)： $c=\sqrt{{(T_{i+1}-T)}^2+{({\mathrm{\λ}}_j-\mathrm{\λ})}^2}$

公式(4)： $d=\sqrt{{(T_{i+1}-T)}^2+{({\mathrm{\λ}}_{j+1}-\mathrm{\λ})}^2}$

然后，根据公式(5)计算相应的修正系数：

公式(5)： $P(T,\mathrm{\λ})=\frac{d\·P(T_i,{\mathrm{\λ}}_j)+c\·P(T_i,{\mathrm{\λ}}_{j+1})+b\·P(T_{i+1},{\mathrm{\λ}}_j)+a\·P(T_{i+1},{\mathrm{\λ}}_{j+1})}{a+b+c+d};$

步骤8：根据热电探测器所处的环境温度和激光器波长，通过步骤1～步骤7获得相应的修正系数，与热电探测器测量的能量相乘，以获得温度漂移和光谱响应补偿之后的能量。

2.如权利要求1所述的热电探测器的温度漂移和光谱响应补偿方法，其特征在于，步骤2和步骤6中所述辐射计是低温辐射计或电替代辐射计。

3.如权利要求1所述的热电探测器的温度漂移和光谱响应补偿方法，其特征在于，所述步骤3和步骤5中的不同环境温度下是指温度间隔相等的温度环境。