CN109141636B - 一种傅里叶式红外光谱仪等效噪声辐亮度测量方法 - Google Patents
一种傅里叶式红外光谱仪等效噪声辐亮度测量方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种傅里叶式红外光谱仪等效噪声辐亮度（NESR）测量方法，属于红外光谱领域，包括以下步骤：第一步，将黑体分别设置为高于环境温度和低于环境温度；第二步，采集黑体光谱数据；第三步，利用黑体数据计算辐射定标参数；第四步，采集环境温度下的黑体光谱数据进行辐射定标；第五步，根据黑体辐射亮度数据计算NESR的值。本发明适用于对红外光谱仪的快速检验和测试。
Description
技术领域
本发明属于红外光谱领域，涉及一种光谱仪技术，具体是测量傅里叶式红外光谱仪光谱等效噪声辐亮度(Noise Equivalent Spectral Radiance，NESR)的方法。
背景技术
红外光谱仪一直是科学研究和分析检测中非常重要的仪器设备。在红外光谱仪的光谱测量范围及光谱分辨率一定的情况下，系统的噪声越小，测量精度越高，仪器的性能越好。NESR是描述红外光谱仪系统噪声的一个主要指标。
根据理论公式推导，NESR的大小和系统焦距，光学系统效率，干涉仪光学效率，光学有效孔径，光敏面积，积分时间，采样次数，光谱分辨率，探测器光谱探测率等因素相关。
而其中的某些参数如干涉仪光学效率、探测器光谱探测率等参数在整机形式下的测量十分的不便。这就给设备的验收、对比、测试等带来了较大的困难。
发明内容
为了更加直接、方便、有效的测量NESR的值，本发明提出了一种简单的NESR测量方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种傅里叶式红外光谱仪等效噪声辐亮度测量方法，步骤如下
S11，将黑体设置为低于环境温度的指定温度TL，等待黑体的温度达到稳定；
S12，采集黑体干涉数据并进行傅里叶反变换得到相应的光谱数据SL；
S13，将黑体设置为高于环境温度的指定温度TH，等待黑体的温度达到稳定；
S14，采集黑体干涉数据并进行傅里叶反变换得到相应的光谱数据SH；
S15，利用光谱数据SL和光谱数据SH计算出辐射定标参数K和B；
S16，采集N个环境温度下的黑体干涉数据，并进行傅里叶反变换得到N个光谱数据；
S17，结合上述N个光谱数据及参数K和B进行辐射定标的操作，得到N个黑体辐射亮度数据；
S18，根据黑体辐射亮度数据计算NESR的值。
所述的一种傅里叶式红外光谱仪等效噪声辐亮度测量方法，其黑体干涉数据是红外传感器在采样周期内通过双边采样或过零采样或单边采样获得的包括光谱分辨率、采样精度等参数在内的所有干涉数据的集合。
所述的一种傅里叶式红外光谱仪等效噪声辐亮度测量方法，其傅里叶反变换为离散傅里叶反变换。
所述的一种傅里叶式红外光谱仪等效噪声辐亮度测量方法，在进行傅里叶反变换之前，可以进行去直流、相位校正、切趾等预处理操作。
所述的一种傅里叶式红外光谱仪等效噪声辐亮度测量方法，其指定温度TL和指定温度TH与环境温度的差值不超过10℃。
进一步，步骤S15中的光谱辐射定标参数K和B通过以下步骤计算：
S151，根据以下公式分别计算得到高温黑体和低温黑体光谱的标准值LH和LL
式中c1＝1.191062×10-12W·cm2；c2＝1.438786cm·K；T表示黑体温度，单位为K；δ代表光谱数据的波数，单位为cm-1；
S152，根据以下公式计算得到标定参数K和B
进一步，步骤S17中的辐射定标按照以下公式计算：
式中S代表步骤S16中得到的光谱数据；S'代表辐射定标后的光谱数据。
进一步，步骤S18中的NESR值按照以下公式计算：
式中的μ是N个S'的均值。
本发明的有益效果是：发明实现了对红外光谱仪噪声指标的等效测量，解决了红外光谱仪性能评价复杂的问题；利用本发明公开的NESR测量方法，无需对红外光谱仪的干涉仪光学效率、探测器光谱探测率等组件参数进行测量即可完成对整机性能的评估和测量；简化了仪器性能测量流程、提高了测量效率，在红外光谱仪器设备的推广应用有重要的实用价值；本发明适用于对红外光谱仪的快速检验和测试。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的光谱数据处理方法的一种实现流程图，可以包括：
S11，将黑体设置为低于环境温度的指定温度TL，此时应当等待黑体的温度达到稳定，并且指定温度TL低于环境温度10℃。
S12，采集黑体干涉数据并进行傅里叶反变换得到相应的光谱数据SL；获取待处理的干涉数据：选择一种采样方式(包含双边采样、过零采样、单边采样等)，在传感器采样周期内获得所有光谱仪生成的干涉数据的集合。在进行傅里叶反变换之前，可以进行去直流、相位校正、切趾等预处理操作。
S13，黑体为高于环境温度的指定温度TH，此时应当等待黑体的温度达到稳定，并且指定温度TH高于环境温度10℃。
S14，集黑体干涉数据并进行傅里叶反变换得到相应的光谱数据SH；反演光谱数据的过程与S12步骤相同。
S15，利用S12步骤和S14步骤的光谱数据计算出辐射度标定参数K和B：
S151，根据以下公式分别计算得到高温黑体和低温黑体光谱的标准值。
式中：
c1＝1.191062×10-12W·cm2
c2＝1.438786cm·K
T表示黑体温度，单位为K。
代表光谱数据的波数，单位为cm-1；
S152，根据以下公式计算得到标定参数K和B；
S16，采集100个环境温度下的黑体干涉数据，并进行傅里叶反变换得到N个光谱数据；反演光谱数据的过程与S12步骤相同。
S17，结合S15步骤中的K和B以及S16步骤中得到的100个光谱数据，进行辐射定标的操作，得到100个黑体辐射亮度数据，其中辐射定标按照以下公式计算：
式中S代表S16中得到的光谱数据；S'代表辐射定标后的光谱数据。
S18，计算S17步骤中得到的100个辐射亮度数据的标准差作为NESR的值，其中NESR按照以下公式计算：
式中的μ是100个S'的均值。
本发明的权利要求保护范围不限于上述实施例。
Claims (5)
1.一种傅里叶式红外光谱仪等效噪声辐亮度测量方法，其特征在于，步骤如下
S11，将黑体设置为低于环境温度的指定温度TL；
S12，采集黑体干涉数据并进行傅里叶反变换得到相应的光谱数据SL；
S13，将黑体设置为高于环境温度的指定温度TH；
S14，采集黑体干涉数据并进行傅里叶反变换得到相应的光谱数据SH；
S15，利用光谱数据SL和光谱数据SH计算出光谱辐射定标参数K和B：
S151，根据以下公式分别计算得到高温黑体和低温黑体光谱的标准值LH和LL
式中c1＝1.191062×10-12W·cm2；c2＝1.438786cm·K；T表示黑体温度，单位为K；δ代表光谱数据的波数，单位为cm-1；
S152，根据以下公式计算得到标定参数K和B
S16，采集N个环境温度下的黑体干涉数据，并进行傅里叶反变换得到N个光谱数据；
S17，结合上述N个光谱数据及参数K和B按照以下公式进行辐射定标的操作，得到N个黑体辐射亮度数据：
式中S代表步骤S16中得到的光谱数据；S'代表辐射定标后的光谱数据；
S18，根据黑体辐射亮度数据按照以下公式计算NESR的值：
式中的μ是N个S'的均值。
2.根据权利要求1所述的一种傅里叶式红外光谱仪等效噪声辐亮度测量方法，其特征在于，所述的干涉数据是红外传感器在采样周期内通过双边采样或过零采样或单边采样获得的包括光谱分辨率、采样精度在内的所有干涉数据的集合。
3.根据权利要求2所述的一种傅里叶式红外光谱仪等效噪声辐亮度测量方法，其特征在于，所述的傅里叶反变换为离散傅里叶反变换。
4.根据权利要求3所述的一种傅里叶式红外光谱仪等效噪声辐亮度测量方法，其特征在于，在进行傅里叶反变换之前还有包括去直流、相位校正、切趾在内的预处理操作。
5.根据权利要求1所述的一种傅里叶式红外光谱仪等效噪声辐亮度测量方法，其特征在于，所述的指定温度TL和指定温度TH与环境温度的差值不超过10℃。
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