CN105953927A - 一种近红外探测器均匀性测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种近红外探测器均匀性测试系统，包括容纳待测近红外探测器的避光箱，设置在避光箱前端开口处设置积分球，避光箱内设有位于积分球向待测近红外探测器的出射光路上的冷屏，避光箱内还设有支撑待测近红外探测器和冷屏的热交换器、支撑热交换器的升降台，避光箱外设有循环液体制冷机、充氮气设备，循环液体制冷机与热交换器连接形成循环管路，充氮气设备通过管路向避光箱内通入氮气。本发明为近红外探测器均匀性测试提供了稳定的低温、低背景辐射和干燥的测试环境和测试状态。
Description
技术领域
本发明涉及光学系统测试领域，具体是一种近红外探测器均匀性测试系统。
背景技术
近红外探测器均匀性测试是指在相同光照条件下，由于像元间存在响应、噪声水平和量子效率等方面的差异，各像元输出信号不一致性的测试。近红外探测器均匀性测试为近红外探测器标定以及光电类仪器的图像质量提供了重要依据。随着光电仪器设备和用户对图像质量要求的提高，迫切需要对近红外探测器进行高精度和高稳定度的均匀性测试，以满足后续图像的处理和校正。
近红外探测器的暗电流水平与工作温度直接相关，工作温度越低其暗电流水平越低，因此对近红外探测器的均匀性测试也应保证其工作在一定的低温环境下；同时，近红外探测器低温的工作温度与测试环境之间温差会使其表面结露结霜；其测试光源选择通用的积分球，然而积分球大角度出射光会在测试避光箱内多次反射形成非正常光路的杂散光，导致近红外探测器均匀性测试精度受到影响；由于近红外探测器在室温条件下的受背景辐射影响较大的特点，测试过程中需采取一定的措施进行背景辐射的抑制；近红外探测器均匀性测试需要对不同制冷温度、不同积分时间内的响应进行数据采集，其持续工作时间较长，需要稳定的低温工作环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种近红外探测器均匀性测试系统，以满足近红外探测器测试时提出的稳定低温条件、较低的背景辐射和干燥的测试环境等要求。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种近红外探测器均匀性测试系统，其特征在于：包括：
避光箱，作为容纳待测近红外探测器的避光容器；
积分球，设置在避光箱前端开口处，积分球提供均匀面光源，出光口将测试光导入避光箱内的待测近红外探测器；
冷屏，设置在积分球向待测近红外探测器的出射光路上；
热交换器，支撑待测近红外探测器和冷屏，并与近红外探测器和冷屏进行热交换；
升降台，支撑热交换器，并带动热交换器、待测近红外探测器、冷屏整体上下升降，使积分球出射光路与待测近红外探测器、冷屏处于同一高度；
循环液体制冷机，设置在避光箱外，循环液体制冷机通过管路与热交换器连接形成循环管路；
充氮气设备，设置在避光箱外，充氮气设备通过管路向避光箱内通入氮气。
所述的一种近红外探测器均匀性测试系统，其特征在于：避光箱上氮气充入位置需靠近待测近红外探测器。
所述的一种近红外探测器均匀性测试系统，其特征在于：所述的积分球大角度视场光线入射至避光箱内，多次反射使得非正常光入射至待测近红外探测器，严重影响近红外探测器均匀性测试的精度，避光箱采用发黑处理以降低避光箱内表面反射率，使入射至待测红外探测器的非正常光路产生的杂散光得到抑制。
所述的一种近红外探测器均匀性测试系统，其特征在于：所述的避光箱室温条件下其辐射发射率ελ(T)接近黑体，由避光箱产生的辐射出射度M(λ,T)如下公式(1)所述，
M(λ,T)＝ελ(T)M0(λ,T) (1)
其中，M0(λ,T)为黑体辐射出射度，可知在待测近红外探测器响应波段内的背景辐射会严重影响待测近红外探测器均匀性测试的精度；所述的冷屏置于待测近红外探测器和积分球之间，选用辐射发射率较小的材料，并与热交换器相接触进行热交换使得冷屏温度远低于室温，由维恩位移定律可知，当黑体的温度降低时，其光谱辐射峰值响应对应波长向长波移动，冷屏使得待测近红外探测器响应波段的背景辐射得到抑制。
所述的一种近红外探测器均匀性测试系统，其特征在于：所述的热交换器采用热传导系数较大的材料且具有迷宫的形状，侧边设有入口和出口；所述的热交换器用O形橡胶圈对四周进行密封，O形橡胶圈材料应和循环液体制冷机内液体无化学反应。
所述的一种近红外探测器均匀性测试系统，其特征在于：所述的循环液体制冷机通过软管，经热交换器入口和出口与之导通，所述的循环液体制冷机内液体可添加无水乙醇，无水乙醇在热交换器的迷宫、软管和循环液体制冷机内循环流动，对冷屏和近红外探测器进行制冷。
所述的一种近红外探测器均匀性测试系统，其特征在于：所述的冷屏和热交换器的接触面上涂有导热硅脂，提高热交换器和冷屏之间的热交换效率。
所述的一种近红外探测器均匀性测试系统，其特征在于：所述的充氮气设备具有气动接口，并与避光箱充气口连接；所述的充氮气设备向避光箱内冲入高纯氮气，避免由于温差导致测试过程中待测近红外探测器结露结霜。
本发明采用发黑处理后的避光箱以降低内表面反射率，使入射至红外探测器的非正常光路产生的杂散光得到抑制，同时在积分球与近红外探测器之间设置冷屏，并利用热交换器和循环制冷机对近红外探测器和冷屏制冷，降低测试环境中的背景辐射，保证了近红外探测器均匀性测试的精度。采用充氮气设备通过与避光箱充气口连接，将高纯氮气冲入避光箱内避免近红外探测器工作过程中结露结霜。本发明为近红外探测器均匀性测试提供了稳定的低温、低背景辐射和干燥的测试环境和测试状态。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图2为热交换器的示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种近红外探测器均匀性测试系统，包括有积分球1、避光箱2、冷屏3、热交换器4、近红外探测器5、升降台6、软管7、循环液体制冷机8和充氮气设备9。避光箱1内沿光路依次布有冷屏3和近红外探测器5，冷屏3和近红外探测器5均置于热交换器4上，热交换器4安装于升降台6上高度可调，积分球1沿光路与冷屏3、近红外探测器5处于同一高度，循环液体制冷机8和软管7、充氮气设备9处于避光箱2外部，循环液体制冷机8通过软管7与热交换器4的出口和入口403连接，充氮气设备9与避光箱充气口201连接。
本发明中：
(1)积分球1置于避光箱2开口处，开启积分球1，出射均匀光经避光箱2入射至近红外探测器5上；
(2)积分球1大角度视场光线入射至避光箱2内，多次反射使得非正常光入射至近红外探测器5，严重影响近红外探测器5均匀性测试的精度，将避光箱2发黑处理以降低内表面反射率，使入射至红外探测器5的非正常光路产生的杂散光得到抑制；
(3)发黑处理的避光箱2室温条件下其辐射发射率ελ(T)接近黑体，由避光箱2产生的辐射出射度M(λ,T)如下公式(1)所述，
M(λ,T)＝ελ(T)M0(λ,T) (1)
其中，M0(λ,T)为黑体辐射出射度。可知，在近红外探测器5响应波段内的背景辐射会严重影响其均匀性测试的精度。冷屏3置于近红外探测器5和积分球1之间，选用辐射发射率较小的材料(如黄铜)，并与热交换器4相接触进行热交换使得冷屏3和近红外探测器5温度远低于室温，使得近红外探测器5响应波段的背景辐射得到抑制；
(4)热交换器4采用热传导系数较大的材料(如紫铜401)且具有迷宫404的形状，侧边设有入口和出口403；所述的热交换器4用O形橡胶圈对四周密封槽402进行密封，O形橡胶圈材料应和循环液体制冷机8内无水乙醇无化学反应；
(5)热交换器4通过软管7连接到循环液体制冷机8上，近红外探测器5安装在热交换器4上，在循环液体制冷机8中加入无水乙醇，无水乙醇通过软管7在热交换器4和循环液体制冷机8之间循环流动，近红外探测器3工作时产生的热量通过无水乙醇最后与循环液体制冷机8交换，可以降低近红外探测器5工作时的环境温度，热交换器4和循环液体制冷机8为近红外探测器5的测试提供了稳定的低温工作环境；
(6)循环液体制冷机8通过软管7，经热交换器4入口和出口403与之导通，循环液体制冷机8内液体可添加无水乙醇，无水乙醇在热交换器4的迷宫404、软管7和循环液体制冷机8内循环流动，对冷屏3和近红外探测器5制冷；
(7)冷屏3和热交换器4的接触面上涂有导热硅脂，提高热交换器4和冷屏3之间的热交换效率；
(8)充氮气设备9具有气动接口，并与避光箱2充气口201连接，向避光箱2内冲入高纯氮气，避免由于温差导致测试过程中近红外探测器5结露结霜。
Claims (8)
1.一种近红外探测器均匀性测试系统，其特征在于：包括：
避光箱，作为容纳待测近红外探测器的避光容器；
积分球，设置在避光箱前端开口处，积分球提供均匀面光源，出光口将测试光导入避光箱内的待测近红外探测器；
冷屏，设置在积分球向待测近红外探测器的出射光路上；
热交换器，支撑待测近红外探测器和冷屏，并与近红外探测器和冷屏进行热交换；
升降台，支撑热交换器，并带动热交换器、待测近红外探测器、冷屏整体上下升降，使积分球出射光路与待测近红外探测器、冷屏处于同一高度；
循环液体制冷机，设置在避光箱外，循环液体制冷机通过管路与热交换器连接形成循环管路；
充氮气设备，设置在避光箱外，充氮气设备通过管路向避光箱内通入氮气。
2.根据权利要求1所述的一种近红外探测器均匀性测试系统，其特征在于：避光箱上氮气充入位置需靠近待测近红外探测器。
3.根据权利要求1所述的一种近红外探测器均匀性测试系统，其特征在于：所述的积分球大角度视场光线入射至避光箱内，多次反射使得非正常光入射至待测近红外探测器，严重影响近红外探测器均匀性测试的精度，避光箱采用发黑处理以降低避光箱内表面反射率，使入射至待测红外探测器的非正常光路产生的杂散光得到抑制。
4.根据权利要求1所述的一种近红外探测器均匀性测试系统，其特征在于：所述的避光箱室温条件下其辐射发射率ελ(T)接近黑体，由避光箱产生的辐射出射度M(λ,T)如下公式(1)所述，
M(λ,T)＝ελ(T)M0(λ,T) (1)
其中，M0(λ,T)为黑体辐射出射度，可知在待测近红外探测器响应波段内的背景辐射会严重影响待测近红外探测器均匀性测试的精度；所述的冷屏置于待测近红外探测器和积分球之间，选用辐射发射率较小的材料，并与热交换器相接触进行热交换使得冷屏温度远低于室温，由维恩位移定律可知，当黑体的温度降低时，其光谱辐射峰值响应对应波长向长波移动，冷屏使得待测近红外探测器响应波段的背景辐射得到抑制。
5.根据权利要求1所述的一种近红外探测器均匀性测试系统，其特征在于：所述的热交换器采用热传导系数较大的材料且具有迷宫的形状，侧边设有入口和出口；所述的热交换器用O形橡胶圈对四周进行密封，O形橡胶圈材料应和循环液体制冷机内液体无化学反应。
6.根据权利要求1或5所述的一种近红外探测器均匀性测试系统，其特征在于：所述的循环液体制冷机通过软管，经热交换器入口和出口与之导通，所述的循环液体制冷机内液体可添加无水乙醇，无水乙醇在热交换器的迷宫、软管和循环液体制冷机内循环流动，对冷屏和近红外探测器进行制冷。
7.根据权利要求1所述的一种近红外探测器均匀性测试系统，其特征在于：所述的冷屏和热交换器的接触面上涂有导热硅脂，提高热交换器和冷屏之间的热交换效率。
8.根据权利要求1所述的一种近红外探测器均匀性测试系统，其特征在于：所述的充氮气设备具有气动接口，并与避光箱充气口连接；所述的充氮气设备向避光箱内冲入高纯氮气，避免由于温差导致测试过程中待测近红外探测器结露结霜。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |