CN111044142A - 一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光谱辐射计量技术领域,特别涉及一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量装置及其方法;本发明包括测量机构、监视机构、定位移动机构及上位机;测量机构包括一个用于放置标准灯的标准灯通道和若干个用于放置卤钨灯的待测卤钨灯通道;监视机构包括光谱采集系统,光谱采集系统包括积分球和光谱仪;本发明通过将多个卤钨灯依次排列在光学平台上,以积分球和光谱仪构成光谱采集系统,该光谱采集系统通过定位移动机构往复移动,光谱采集系统依次测量出每个卤钨灯的光谱辐照度;本发明具有光谱分辨率高、测量效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及光谱辐射计量技术领域,特别涉及一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量装置及其方法。
背景技术
在气候研究领域,地球辐射收支平衡、全球气候变暖和灾害预报等问题的研究需要横跨数十年的稳定遥感数据。据研究,只有当反射太阳谱段的在轨定标不确定度小于1%时才能满足需求,然而,现阶段国内外星上在轨辐射定标采用标准灯加漫反射板或太阳光加漫反射板等传统手段;受发射过程及空间环境等影响,这些标准会发生漂移或衰减,辐射标度与基准溯源链断裂,致使无法获得稳定观测数据,不能满足气候变化研究需求。
为满足反射太阳谱段在轨定标优于1%的精度要求,在轨反射谱段辐射定标光源(以下简称“在轨定标光源”)的定标精度需要优于0.3%,通过深入研究光谱辐射定标的机理,以卤钨灯、积分球、准直系统和漫反射板构成在轨定标光源;由于卤钨灯的光谱存在衰减,每次对光学遥感器定标之前都需要首先对在轨定标光源进行定标,以保证光学遥感器的定标精度。在轨定标光源的定标方法如下:测得其在若干波段的光谱辐亮度,通过高光谱重建得到反射太阳谱段的光谱辐亮度。为实现在轨定标光源0.3%的定标精度要求,需要在实验室研究卤钨灯的光谱衰减规律及高光谱重建算法,而这需要在实验室精确测量卤钨灯的光谱辐照度。
目前,卤钨灯的光谱辐照度通常利用通道式滤光片辐射计测量,由于滤光片辐射计是多光谱仪器,仅能测量若干波段的光谱辐照度,无法满足卤钨灯光谱衰减规律及高光谱重建算法的研究需求。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量装置,通过将多个卤钨灯依次排列在光学平台上,以积分球和光谱仪构成光谱采集系统,该光谱采集系统通过定位移动机构往复移动,光谱采集系统依次测量出每个卤钨灯的光谱辐照度;还提供了一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:提供一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量装置,其中,包括设置在光学平台上的用于放置灯源的测量机构、用于对所述测量机构内的灯源进行测量的监视机构、可带动所述监视机构进行运动的定位移动机构及用于测定监视所述监视机构所处位置且可发送指令至所述监视机构和定位移动机构的上位机;所述测量机构包括一个用于放置标准灯的标准灯通道和若干个用于放置卤钨灯的待测卤钨灯通道;所述监视机构包括光谱采集系统,所述光谱采集系统包括积分球和光谱仪。
作为本发明的一种改进,所述监视机构还包括六位半数字万用表。
作为本发明的进一步改进,所述监视机构还包括硅光电二极管。
作为本发明的更进一步改进,所述监视机构还包括放大盒。
作为本发明的更进一步改进,所述定位移动机构包括直线模组,所述直线模组包括丝杠导轨和光栅尺。
作为本发明的更进一步改进,所述测量机构包括一个用于放置标准灯的标准灯通道和三个用于放置卤钨灯的待测卤钨灯通道,相邻所述待测卤钨灯通道之间设置有喷涂黑漆的不锈钢挡板,所述标准灯通道与所述待测卤钨灯通道之间也设置有喷涂黑漆的不锈钢挡板。
一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量方法,其中,包括如下步骤:
步骤S1、在光学平台上,在测量机构内的标准灯通道放置标准灯,在若干个待测卤钨灯通道内均放置待测卤钨灯,所述标准灯通道处于所有所述待测卤钨灯通道之前;
步骤S2、定位移动机构带动监视机构移动在所述标准灯通道和所述待测卤钨灯通道之间;
步骤S3、当所述监视机构的光谱采集系统到达指定通道时,上位机同时给所述监视机构的光谱仪和六位半数字万用表发送工作指令,并持续监测是否有新光谱文件生成;当所述上位机监测到新光谱文件时,所述上位机立即给六位半数字万用表发送停止指令,并将该光谱测量期间的监视电压数据和所述光谱采集系统的位置信息存储于新光谱文件中;
步骤S4、根据测量出的光谱采集系统测量的光谱辐照度响应度及测量出的待测卤钨灯的光谱辐亮度,计算出待测卤钨灯的光谱辐照度。
作为本发明的一种改进,在步骤S1内,在测量前一待测卤钨灯通道时,同时点亮下一待测卤钨灯通道内待测卤钨灯进行稳定,并且重复上述过程,直至每个待测卤钨灯的测量时间都达到300小时。
作为本发明的进一步改进,在步骤S3内,如果所述上位机未监测到新光谱文件,则整合光谱采集系统的位置坐标和监测的电压数据且进行存储。
作为本发明的更进一步改进,在步骤S4内,利用标准灯测量出光谱采集系统的光谱辐照度响应度;然后,利用光谱采集系统测量出待测卤钨灯的光谱辐亮度;最后,利用待测卤钨灯的光谱辐亮度除以光谱采集系统的光谱辐照度响应度,则得到待测卤钨灯的光谱辐照度。
本发明的有益效果是:与现有技术相比,本发明通过将多个卤钨灯依次排列在光学平台上,以积分球和光谱仪构成光谱采集系统,该光谱采集系统通过定位移动机构往复移动,光谱采集系统依次测量出每个卤钨灯的光谱辐照度;本发明具有光谱分辨率高、测量效率高的优点。
附图说明
图1为本发明的高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量装置的一个实施例的布局图;
图2为本发明的高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量方法的步骤框图;
图3为本发明的高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量方法的步骤S3的流程示意图;
图4为本发明的高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量方法的步骤S4的流程示意图;
图5为本发明的高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量方法的步骤S1的测量时序示意图;
图6为本发明测量得到的光谱采集系统的光谱辐照度响应度的曲线图;
图7为本发明测量得到的卤钨灯光谱辐照度的曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1至图7所示,本发明一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量装置,包括设置在光学平台上的用于放置灯源的测量机构、用于对测量机构内的灯源进行测量的监视机构、可带动监视机构进行运动的定位移动机构及用于测定监视监视机构所处位置且可发送指令至监视机构和定位移动机构的上位机。
在本发明内,测量机构包括一个用于放置标准灯的标准灯通道和若干个用于放置卤钨灯的待测卤钨灯通道;如图1所示,作为优选,测量机构包括一个用于放置标准灯的标准灯通道和三个用于放置卤钨灯的待测卤钨灯通道,相邻待测卤钨灯通道之间设置有喷涂黑漆的不锈钢挡板,标准灯通道与待测卤钨灯通道之间也设置有喷涂黑漆的不锈钢挡板;具体地讲,测量机构包括一个用于放置标准灯的标准灯通道和三个用于放置卤钨灯的待测卤钨灯通道,具体地讲,测量机构由一个标准灯通道和三个待测卤钨灯通道构成,相邻通道间隔150mm,由喷涂黑漆的不锈钢挡板隔开;四个通道共用一套由积分球和光谱仪构成的光谱采集系统,测量时由直线模组将光谱采集系统平移到相应通道;标准灯通道的主光阑直径为20mm,与标准灯的距离为500mm,视场光阑为孔径可调光阑;三个待测卤钨灯通道的主光阑直径为36mm,与待测灯的距离为180mm,视场光阑为孔径可调光阑。
在本发明内,监视机构包括光谱采集系统,光谱采集系统包括积分球和光谱仪,进一步,监视机构还包括六位半数字万用表、硅光电二极管和放大盒;具体地讲,监视机构由积分球、光谱仪、硅光电二极管、六位半数字万用表、放大盒构成。
在本发明内,定位移动机构包括直线模组,所述直线模组包括丝杠导轨和光栅尺。
如图2所示,本发明提供一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量方法,包括如下步骤:
步骤S1、在光学平台上,在测量机构内的标准灯通道放置标准灯,在若干个待测卤钨灯通道内均放置待测卤钨灯,所述标准灯通道处于所有所述待测卤钨灯通道之前;
步骤S2、定位移动机构带动监视机构移动在所述标准灯通道和所述待测卤钨灯通道之间;
步骤S3、当所述监视机构的光谱采集系统到达指定通道时,上位机同时给所述监视机构的光谱仪和六位半数字万用表发送工作指令,并持续监测是否有新光谱文件生成;当所述上位机监测到新光谱文件时,所述上位机立即给六位半数字万用表发送停止指令,并将该光谱测量期间的监视电压数据和所述光谱采集系统的位置信息存储于新光谱文件中;
步骤S4、根据测量出的光谱采集系统测量的光谱辐照度响应度及测量出的待测卤钨灯的光谱辐亮度,计算出待测卤钨灯的光谱辐照度。
其中,在步骤S1内,在测量前一待测卤钨灯通道时,同时点亮下一待测卤钨灯通道内待测卤钨灯进行稳定,并且重复上述过程,直至每个待测卤钨灯的测量时间都达到300小时;具体地讲,如图5所示,在测量通道二时,同时点亮通道三对待测卤钨灯进行稳定;通道二测量完成后,开始测量通道三,同时点亮通道四对待测卤钨灯进行稳定;重复上述测量过程,直至每个待测卤钨灯的测量时间都达到300小时,在测量机构工作时,监视机构同时监视光源的稳定性。
如图3所示,在步骤S3内,如果所述上位机未监测到新光谱文件,则整合光谱采集系统的位置坐标和监测的电压数据且进行存储;具体地讲,上位机实时监测光谱采集系统的位置,当光谱采集系统到达指定通道时,同时给光谱仪与六位半数字万用表发送工作指令,并持续监测是否有新光谱文件生成;当监测到新光谱文件时,立即给六位半数字万用表发送停止指令,并将该光谱测量期间的监视电压数据和光谱采集系统的位置信息存储于新光谱文件中。
如图4所示,在步骤S4内,利用标准灯测量出光谱采集系统的光谱辐照度响应度;然后,利用光谱采集系统测量出待测卤钨灯的光谱辐亮度;最后,利用待测卤钨灯的光谱辐亮度除以光谱采集系统的光谱辐照度响应度,则得到待测卤钨灯的光谱辐照度。
本发明在测量大量卤钨灯的光谱辐照度时,提高了测量效率,而且能够以高光谱分辨率测量卤钨灯的高光谱辐照度,如图6和图7所示,本发明测量得到的光谱采集系统的光谱辐照度响应度和卤钨灯光谱辐照度。
以上所述仅为本发明的实施方式,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量装置,其特征在于,包括设置在光学平台上的用于放置灯源的测量机构、用于对所述测量机构内的灯源进行测量的监视机构、可带动所述监视机构进行运动的定位移动机构及用于测定监视所述监视机构所处位置且可发送指令至所述监视机构和定位移动机构的上位机;所述测量机构包括一个用于放置标准灯的标准灯通道和若干个用于放置卤钨灯的待测卤钨灯通道;所述监视机构包括光谱采集系统,所述光谱采集系统包括积分球和光谱仪。
2.根据权利要求1所述的一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量装置,其特征在于,所述监视机构还包括六位半数字万用表。
3.根据权利要求2所述的一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量装置,其特征在于,所述监视机构还包括硅光电二极管。
4.根据权利要求3所述的一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量装置,其特征在于,所述监视机构还包括放大盒。
5.根据权利要求1所述的一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量装置,其特征在于,所述定位移动机构包括直线模组,所述直线模组包括丝杠导轨和光栅尺。
6.根据权利要求1所述的一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量装置,其特征在于,所述测量机构包括一个用于放置标准灯的标准灯通道和三个用于放置卤钨灯的待测卤钨灯通道,相邻所述待测卤钨灯通道之间设置有喷涂黑漆的不锈钢挡板,所述标准灯通道与所述待测卤钨灯通道之间也设置有喷涂黑漆的不锈钢挡板。
7.一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1、在光学平台上,在测量机构内的标准灯通道放置标准灯,在若干个待测卤钨灯通道内均放置待测卤钨灯,所述标准灯通道处于所有所述待测卤钨灯通道之前;
步骤S2、定位移动机构带动监视机构移动在所述标准灯通道和所述待测卤钨灯通道之间;
步骤S3、当所述监视机构的光谱采集系统到达指定通道时,上位机同时给所述监视机构的光谱仪和六位半数字万用表发送工作指令,并持续监测是否有新光谱文件生成;当所述上位机监测到新光谱文件时,所述上位机立即给六位半数字万用表发送停止指令,并将该光谱测量期间的监视电压数据和所述光谱采集系统的位置信息存储于新光谱文件中;
步骤S4、根据测量出的光谱采集系统测量的光谱辐照度响应度及测量出的待测卤钨灯的光谱辐亮度,计算出待测卤钨灯的光谱辐照度。
8.根据权利要求7所述的一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量方法,其特征在于,在步骤S1内,在测量前一待测卤钨灯通道时,同时点亮下一待测卤钨灯通道内待测卤钨灯进行稳定,并且重复上述过程,直至每个待测卤钨灯的测量时间都达到300小时。
9.根据权利要求7所述的一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量方法,其特征在于,在步骤S3内,如果所述上位机未监测到新光谱文件,则整合光谱采集系统的位置坐标和监测的电压数据且进行存储。
10.根据权利要求7所述的一种高光谱分辨率卤钨灯光谱辐照度测量方法,其特征在于,在步骤S4内,利用标准灯测量出光谱采集系统的光谱辐照度响应度;然后,利用光谱采集系统测量出待测卤钨灯的光谱辐亮度;最后,利用待测卤钨灯的光谱辐亮度除以光谱采集系统的光谱辐照度响应度,则得到待测卤钨灯的光谱辐照度。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200421 |