CN111323121A - 一种紫外光谱遥感仪器大量程线性性测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外光谱遥感仪器大量程线性性测试装置，包括紫外光源、点燃电源、中性减光片、漫射板、导轨和测试模块；所述紫外光源、中性减光片和漫射板安装在导轨上，所述漫射板安装在靠近待测光谱仪的导轨一端；所述中性减光片安装在紫外光源和漫射板之间，靠近漫射板处；所述紫外光源用于提供光谱仪线性性测试所需的紫外辐射；所述中性减光片用于减弱紫外光源的辐射强度，扩大光谱仪线性性的测试量程；所述漫射板用于将紫外光源发出的光转变为面光源，以充满光谱仪视场；所述测试模块，用于当紫外光源与漫射板处于不同位置时，分别记录待测光谱仪光谱波段内的信号输出，绘制光谱强度曲线；根据光谱强度曲线判断待测光谱仪是否为线性的。
Description
技术领域
本发明涉及光谱遥感仪器技术领域，特别涉及一种紫外光谱遥感仪器大量程线性性测试装置及方法。
背景技术
对光谱遥感仪器而言，其在量程范围内线性性的测量是十分重要的。为测量其线性特性，一种方法是利用对点光源而言，其在某一面积上的辐照度与该面积到点光源的距离平方成反比，即利用辐照度的平方反比定律，进行线性性测量。这一方法的缺点是受到点光源假定、距离测量误差和导轨长度的限制，它不适用于大量程范围线性性的测量。另一种方法是双孔径叠加法。即将待测光谱仪视场用2个孔径光栏分成大致相等的2部分。用可充满待测光谱仪视场的大口径辐射光源照射待测光谱仪，分别测量被孔径光栏分割的待测光谱仪视场2部分的输出和2个孔径光栏同时被照射时待测光谱仪的输出。当2个孔径光栏同时被照射时待测光谱仪的输出等于2个孔径光栏分别被照射时待测光谱仪的输出之和时，待测光谱仪在此信号范围内是线性的；改变光源强度，即可实现某一量程范围内待测光谱仪线性性的测量。(参考文献[1]：Spectrophotometer linearity testing using thedouble-aperture method,Appl.Opt.,11,2294-2303,1972)
对光谱仪线性性测量而言，通常采用大口径积分球作为测量光源。这一方法的缺点是大口径积分球价格较为昂贵、且要求积分球的辐射强度的变化范围与光谱仪量程范围大体相当。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中大量程紫外光谱仪线性性的测试需要大量程变化光源强度和特长导轨的问题；提出了一种基于距离变化和光谱强度变化相结合的光谱仪线性性测试装置。
为实现上述目的，本发明提出了一种紫外光谱遥感仪器大量程线性性测试装置，所述装置包括紫外光源、点燃电源、中性减光片、漫射板、导轨和测试模块；所述紫外光源、中性减光片和漫射板安装在导轨上，所述漫射板安装在靠近待测光谱仪的导轨一端；所述中性减光片安装在紫外光源和漫射板之间，靠近漫射板处；
所述紫外光源用于提供光谱仪线性性测试所需的紫外辐射；所述点燃电源用于激发和点燃紫外光源；
所述中性减光片用于减弱紫外光源的辐射强度，扩大光谱仪线性性的测试量程；
所述漫射板用于将紫外光源发出的光转变为面光源，以充满光谱仪视场；
所述测试模块，用于当紫外光源与漫射板处于不同位置时，分别记录待测光谱仪光谱波段内的信号输出，绘制光谱强度曲线；根据光谱强度曲线判断待测光谱仪是否为线性的。
作为上述装置的一种改进，所述紫外光源的紫外辐射强度应保证其辐射能够覆盖待测光谱仪的线性范围；且光强稳定性和色温稳定性高于要求的测试精度。
作为上述装置的一种改进，所述漫射板采用漫透射板或漫反射板；所述漫射板的大小应保证充满待测光谱仪的视场。
作为上述装置的一种改进，所述中性减光片选取的原则包括：
保证将到达漫射板的紫外光源的光辐射全部减弱；
保证在紫外光源与漫射板的距离小于200mm时，待测光谱仪的输出能够覆盖待测光谱仪的最大量程。
基于上述装置，本发明还提出了一种紫外光谱遥感仪器大量程线性性测试方法，所述方法包括：
通过改变紫外光源与漫射板的位置，调整紫外光源与漫射板的距离；
所述测试模块记录待测光谱仪光谱波段内的信号输出，绘制光谱强度曲线；
从同一紫外光源位置获得的光谱强度曲线中，选取若干个波长对，其中，每个波长对中两个波长的信号比在0.5～2之间，且对每个波长的测量信噪比高于所要求的线性度测试精度2倍以上；
当紫外光源处于不同位置时，观察各波长对信号比的变化，当同一波长对信号比随不同紫外光源位置的变化小于测量误差时，判定在测量范围内待测光谱仪为线性的，计算各测量值的均方根偏差，作为线性度测试精度。
作为上述方法的一种改进，所述方法还包括：
将紫外光源、中性减光片和漫射板的中心高度调节到和待测光谱仪的入射光路的中心高度一致；
转动中性减光片和漫射板，使中性减光片和漫射板的法线与导轨长度方向平行；
将安装有紫外光源、中性减光片和漫射板的导轨放置在待测光谱仪的入射光路前，调节导轨的位置使漫射板中心在待测光谱仪的入射光轴的延长线上。
作为上述方法的一种改进，当漫射板为漫透射板时，调节导轨长度方向与待测光谱仪的入射光轴平行，当漫射板为漫反射板时，调节导轨位置使漫射板法线方向与待测光谱仪入射光轴的夹角小于30°。
作为上述方法的一种改进，所述方法还包括：打开点燃电源点燃紫外光源，改变紫外光源与漫射板的距离，初步查看待测光谱仪的输出，当待测光谱仪的输出不能覆盖待测光谱仪的最大量程时，更换中性减光片或去除中性减光片。
作为上述方法的一种改进，所述方法还包括：当紫外光源在导轨上移动，改变紫外光源与漫反射板距离不能满足线性度范围时，则更换衰减比更大的中性减光片，以削弱紫外光源强度。
本发明的优势在于：
1、本发明提出了一种基于距离变化和光谱强度变化相结合的光谱仪线性性测试装置，基于距离变化仅用于改变光强，抛弃了平方反比法中，点光源条件的约束和需要精确测量紫外光源到漫射板的距离的约束，使紫外光源可放置在距漫射板更近的距离处，以获得更大的光强，扩大了对待测光谱仪大信号的测量范围；
2、本发明的测试方法同时利用波长对信号比代替分视场测量和等于总视场测量结果的方法，无需三次测量，一次即可完成测量，该方法无需昂贵的大口径积分球，简化了测量设备，适用于需要大量程测量范围的紫外光谱仪线性度的测试，特别是光栅型紫外光谱仪线性度的测试。
附图说明
图1是本发明的紫外光谱遥感仪器线性性测试装置的示意图。
附图标记：
1、紫外光源 2、点燃电源 3、中性减光片
4、漫射板 5、导轨
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明的一种紫外光谱遥感仪器大量程线性性测试装置，包括紫外光源1、点燃电源2、中性减光片3、漫射板4和导轨5。在使用时将本装置置于待测光谱仪前；导轨5用于安装紫外光源1、中性减光片3和漫射板4，以便于紫外光源1相对于漫射板4的相对移动。漫射板4安装于紫外光源1与待测光谱仪之间，靠近待测光谱仪的导轨5一端。中性减光片3安装在紫外光源1和漫射板之4间，靠近漫射板4处，保证紫外光源1在在试验过程中延导轨移动时，中性减光片3不影响紫外光源1的移动范围。
紫外光源1用于提供光谱仪线性性测试所需的紫外辐射，要求其具有大的紫外辐射强度，保证其辐射可覆盖待测光谱仪的线性范围；且光强稳定性和色温稳定性应高于要求的测试精度。
本实施例采用日本浜松公司生产的150w短弧氙灯，它在紫外波段具有高的色温、辐射强度远大于1000W的光谱辐照度标准灯，辐射的光谱分布和太阳相似，在紫外波段辐射强度的漂移和波动小于0.5％。
点燃电源2用于激发和点燃紫外光源1，可采用浜松公司150W短弧氙灯的配套电源。
中性减光片3用于减弱紫外光源1的辐射强度，扩大光谱仪线性性的测试量程；在大量程测量情况下，要求中性减光片3在测试波长范围内对不同波长的削弱的变化小于测量误差或对对不同波长的削弱已知。中性减光片3的选取应保证在紫外光源与漫射板的距离小于200mm时，待测光谱仪的输出可覆盖待测光谱仪的最大量程。
漫射板4用于将紫外光源1发出的光变为面光源，以充满光谱仪视场。
漫射板4可采用漫透射板或漫反射板。当采用漫透射板时，应调节导轨位置使紫外光源1、中性减光片3和漫透射板的中心在待测光谱仪的入射光轴的延长线上。当采用漫反射板时，应调节导轨位置使漫射板的中心在待测光谱仪的入射光轴的延长线上，并保持导轨长度方向与待测光谱仪入射光轴的夹角小于30°。漫射板4的大小应保证充满待测光谱仪的视场。中性减光片3的大小应保证将到达漫射板4的紫外光源1的光辐射减弱。
通过改变光源距离、中性片和漫射板相结合，紫外光源可放置在距漫射板更近的距离处，以获得更大的光强，扩大了对待测光谱仪大信号的测量范围。
基于上述装置，本发明提出了一种紫外光谱遥感仪器大量程线性性测试方法，包括：
步骤1)将紫外光源1、中性减光片3和漫射板4的中心高度调节到和待测光谱仪的入射光路的中心高度一致；
步骤2)转动中性减光片3和漫射板4，使中性减光片3和漫射板4的法线与导轨5长度方向平行；
步骤3)将安装有紫外光源1、中性减光片3和漫射板4的导轨5放置在待测光谱仪的入射光路前，调节导轨5的位置使漫射板4中心在待测光谱仪的入射光轴的延长线上；
当采用漫透射板时，调节导轨长度方向与待测光谱仪的入射光轴平行；当采用漫反射板时，应调节导轨位置使漫射板法线方向与待测光谱仪入射光轴的夹角小于30°；
步骤4)打开点燃电源2点燃紫外光源1，改变紫外光源1与漫射板4的距离，初步查看待测光谱仪的输出，当待测光谱仪的输出不能覆盖待测光谱仪的最大量程时，应更换衰减较小的中性减光片或去除中性减光片3；
步骤5)测试过程中，从近到远，改变紫外光源1与漫射板4的距离，在不同位置分别记录待测光谱仪光谱波段内的信号输出，即光谱强度曲线；该曲线以波长为横坐标，以光谱强度为纵坐标；
与平方反比法不同，本发明的方法不需要测量紫外光源到漫射板的距离，且紫外光源到漫射板的距离也不受点光源条件的约束。
步骤6)从同一紫外光源1位置获得的光谱强度曲线中，选取若干个个波长对，要求每个波长对中两个波长的信号比在0.5～2间，且每个波长的测量信噪比高于所要求的线性度测试精度2倍以上；查看不同紫外光源位置，各波长对信号比的变化，当同一波长对信号比随不同紫外光源位置的变化小于测量误差时，表明在测量范围内待测光谱仪为线性的，且高于要求的测试精度，计算各测量平均值的均方根偏差即为线性度测试精度。
当紫外光源1在导轨5上移动，改变紫外光源1与漫反射板4距离不能满足线性度范围时，则更换衰减比更大的中性减光片，以削弱紫外光源强度。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种紫外光谱遥感仪器大量程线性性测试装置，其特征在于，所述装置包括紫外光源、点燃电源、中性减光片、漫射板、导轨和测试模块；所述紫外光源、中性减光片和漫射板安装在导轨上，所述漫射板安装在靠近待测光谱仪的导轨一端；所述中性减光片安装在紫外光源和漫射板之间，靠近漫射板处；
所述紫外光源用于提供光谱仪线性性测试所需的紫外辐射；所述点燃电源用于激发和点燃紫外光源；
所述中性减光片用于减弱紫外光源的辐射强度，扩大光谱仪线性性的测试量程；
所述漫射板用于将紫外光源发出的光转变为面光源，以充满光谱仪视场；
所述测试模块，用于当紫外光源与漫射板处于不同位置时，分别记录待测光谱仪光谱波段内的信号输出，绘制光谱强度曲线；根据光谱强度曲线判断待测光谱仪是否为线性的。
2.根据权利要求1所述的紫外光谱遥感仪器大量程线性性测试装置，其特征在于，所述紫外光源的紫外辐射强度应保证其辐射能够覆盖待测光谱仪的线性范围；且光强稳定性和色温稳定性高于要求的测试精度。
3.根据权利要求1所述的紫外光谱遥感仪器大量程线性性测试装置，其特征在于，所述漫射板采用漫透射板或漫反射板；所述漫射板的大小应保证充满待测光谱仪的视场。
4.根据权利要求1所述的紫外光谱遥感仪器大量程线性性测试装置，其特征在于，所述中性减光片选取的原则包括：
保证将到达漫射板的紫外光源的光辐射全部减弱；
保证在紫外光源与漫射板的距离小于200mm时，待测光谱仪的输出能够覆盖待测光谱仪的最大量程。
5.一种紫外光谱遥感仪器大量程线性性测试方法，基于权利要求1-4之一所述的装置实现，所述方法包括：
通过改变紫外光源与漫射板的位置，调整紫外光源与漫射板的距离；
所述测试模块记录待测光谱仪光谱波段内的信号输出，绘制光谱强度曲线；
从同一紫外光源位置获得的光谱强度曲线中，选取若干个波长对，其中，每个波长对中两个波长的信号比在0.5～2之间，且对每个波长的测量信噪比高于所要求的线性度测试精度2倍以上；
当紫外光源处于不同位置时，观察各波长对信号比的变化，当同一波长对信号比随不同紫外光源位置的变化小于测量误差时，判定在测量范围内待测光谱仪为线性的，计算各测量值的均方根偏差，作为线性度测试精度。
6.根据权利要求5所述的紫外光谱遥感仪器大量程线性性测试方法，其特征在于，所述方法还包括：
将紫外光源、中性减光片和漫射板的中心高度调节到和待测光谱仪的入射光路的中心高度一致；
转动中性减光片和漫射板，使中性减光片和漫射板的法线与导轨长度方向平行；
将安装有紫外光源、中性减光片和漫射板的导轨放置在待测光谱仪的入射光路前，调节导轨的位置使漫射板中心在待测光谱仪的入射光轴的延长线上。
7.根据权利要求6所述的紫外光谱遥感仪器大量程线性性测试方法，其特征在于，当漫射板为漫透射板时，调节导轨长度方向与待测光谱仪的入射光轴平行，当漫射板为漫反射板时，调节导轨位置使漫射板法线方向与待测光谱仪入射光轴的夹角小于30°。
8.根据权利要求6所述的紫外光谱遥感仪器大量程线性性测试方法，其特征在于，所述方法还包括：打开点燃电源点燃紫外光源，改变紫外光源与漫射板的距离，初步查看待测光谱仪的输出，当待测光谱仪的输出不能覆盖待测光谱仪的最大量程时，更换中性减光片或去除中性减光片。
9.根据权利要求6所述的紫外光谱遥感仪器大量程线性性测试方法，其特征在于，所述方法还包括：当紫外光源在导轨上移动，改变紫外光源与漫反射板距离不能满足线性度范围时，则更换衰减比更大的中性减光片，以削弱紫外光源强度。
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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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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20200623 |