CN204313960U - 主动式红外光谱仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种主动式红外光谱仪，包括红外源、接收器、放大器和计算机终端，其中，红外源与放大器连接，接收器与计算及终端连接，红外源的输出口和接收器的接收口均指向目标。红外源为高强度主动辐射源。接收器为红外传感器。红外源和接收器分别设置在目标的两侧。接收器通过数据线与计算机终端连接。计算机终端连接为便携式电脑。本实用新型提供的主动式红外光谱仪的探测方式具有灵敏度高，探测距离远，多液滴，气溶胶等悬浮物都有很好的探测能力。

Description

主动式红外光谱仪

技术领域

本实用新型涉及一种用于探测目标的红外辐射接收装置，尤其涉及一种主动红外光谱仪，属于红外光谱设备领域。

背景技术

傅里叶变换光谱技术，或简称为傅里叶光谱技术，可以追溯到1880年发明的迈克尔逊(Michelson)干涉仪；虽然该发明的初衷是用于真空中光速的测量，但是它具备了现代傅里叶变换光谱仪的基本结构。1891年迈克尔逊明确指出，在双光束干涉仪的接收面上，由光程差变化引起的干涉强度变化等于被测光谱的傅里叶变换，从而奠定了现代傅里叶变换光谱仪的理论基础。在随后发展历程中，尽管傅里叶光谱技术的很多优点被人们揭示出来，但是由于高分辨率傅里叶变换光谱反演过程所需要的计算量非常大，因此直到20世纪后半叶，傅里叶光谱技术才随着数字计算机技术的发展逐步占据光谱技术、尤其是红外光谱测量领域的重要地位。特别是在1965年，J.W.Cooley和J.W.Tukey发明了快速傅里叶变换(FFT)算法并且把它应用于干涉光谱仪上，从而使高分辨率傅里叶变换光谱反演所需要的计算时间大大缩短，也使得傅里叶变换光谱测量技术的广泛应用成为现实。

根据普朗克定律，只有当温度大于1000℃的物体才可以向外发出可见光，而所有温度大于绝对零度(-273℃)的物质都会向周围空间进行红外辐射。红外辐射也称红外线。1800年英国天文学家William Herschel在研究太阳的热效应时，发现红光区的温度达到最大，因此命名为红外线。

对红外线的探测主要通过红外光谱仪来实现，一般分为主动式和被动式，但是目前不管哪种探测方式都存在一定的局限，比如辐射源不够功率强大、传感器不够灵敏等。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，解决好现有技术的问题，弥补现有目前市场上现有产品的不足。

本实用新型提供了一种主动式红外光谱仪，所述光谱仪包括红外源、接收器、放大器和计算机终端，其中，红外源与放大器连接，接收器与计算及终端连接，红外源的输出口和接收器的接收口均指向目标。

优选的，上述红外源为高强度主动辐射源。

优选的，上述接收器为红外传感器。

优选的，上述红外源和接收器分别设置在目标的两侧。

优选的，上述接收器通过数据线与计算机终端连接。

优选的，上述计算机终端连接为便携式电脑。

本实用新型提供的主动式红外光谱仪的探测方式具有灵敏度高，探测距离远，多液滴，气溶胶等悬浮物都有很好的探测能力。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

大气是光学信息传播最主要的自然介质，大气对光学新的影响是光学遥感仪器必须考虑的主要问题。大气的主要成分包括气体分子和其他微粒。气体分子的主要成分有氮气、氧气等。大气层自上而下分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。其中对流层和平流层是对探测器影响较大的两层。

光学系统在探测信号时无法避免大气的影响。其相互作用主要有大气散射、大气吸收和大气吸收。

1)大气散射

电磁波在不均匀性或各向异性介质中传播时，改变原来传播方向的现象称为散射。大气散射的强度取决于电磁波波长、穿过的大气厚度、大气微粒大小和含量。散射的主要类型有瑞利散射，Mie散射和散粒散射。瑞利散射与电磁波长有关，是粒子直径远远小于入射波长时发生的散射，散射强度与波长的四次方成反比。Mie散射是当粒子尺度与入射波长接近或可比拟时发生的散射，散射强度与波长的二次方成反比。散粒散射是波长小于粒子直径时发生的散射，也称为粗粒散射，与波长无关，是一种非选择性散射。

2)大气折射

电磁波在穿越大气时，会发生折射现象。折射率与大气密度有直接关系，底层大气密度大，电磁波的折射率大；上层大气密度小，电磁波折射率也就小。这也就是海市蜃楼发生的物理基础。

3)大气吸收

电磁波在经过大气时，大气中的各种气体成分会对电磁波有不同程度的吸收。其中以臭氧、二氧化碳和水汽对大气的吸收最为明显。

4)大气窗口

电磁波在经过大气时，与大气的相互作用是复杂的。不同电磁波在通过大气到达传感器时能量被消减的程度也是不同的。有的大部分被吸收(例如紫外线)，甚至无法通过，有的则通过率很高，消减作用很小(例如可见光)。这些透过率很高的波带被称为“大气窗口”常用的大气窗口有5个：

1)0.30～1.15m大气窗口。这是遥感技术应用的最主要窗口之一。谱段上包括全部可见光波段、部分紫外波段和部分近红外波段。其中，近紫外窗口为0.30～0.40m，透过率约为70％；0可见光窗口为40～0.70m，透过率约为95％；近红外窗口为0.70～1.10m，透过率约为80％；该窗口的光谱主要反映地物对太阳光的反射，通常称为短波区，是非常理想的观测、摄影波段，很多卫星的传感器工作在这个波段中，采用摄影或扫描的方式在白天感测、收集目标信息成像。典型应用有Landsat卫星的TM的1～4波段，SPOT卫星的HRV波段等。

2)1.30～2.50m大气窗口，属于近红外波段。该窗口按习惯分为两个子窗口，分别是1.40～1.90m及2.00～2.50m。这两个窗口的透过率都在60％～95％之间。其中，1.55～1.75m透过率较高，白天夜间都可以应用扫描成像方式感测、收集目标信息，主要用于地质遥感。比如TM的5、7波段等用以探测植物含水量以及云、雪或用于地质制图等

3)3.50～5.00m大气窗口，属于中红外波段，透过率约为60％～70％之间。该窗口包含地物反射光谱，可以用来探测高温目标，如森林火灾、火山、核爆炸等。比如，NOAA卫星的AVHRR传感器用3.55～3.93μm探测海面温度，获得昼夜云图。

4)8～14m大气窗口，属于热红外波段，透过率约为80％。由于常温下地物光谱辐射出射度最大值对应的波长是9.7m，则该窗口是常温下地物热辐射能量最集中的波段，其探测信息最主要反映地物的发射率及温度。

5)1mm～1m微波窗口，分为毫米波、厘米波和分米波。其中，1.0～1.8mm窗口的透过率约为35％～40％；2～5mm窗口的透过率约为50％～70％；8～1000mm微波窗口的透过率为100％。微波的特点是能穿透运云层、植被和一定厚度的冰与土壤，具有全天候的工作能力。如侧视雷达影像，Radarsat的卫星雷达影像等在具体使用时，使用者将其携带在野外，红外辐射源向目标发射红外辐射，目标将红外辐射返回，由接收器接收，再将信号出入到便携式计算机终端中，记录下信号。传感器接收到的大气中传播的红外信息可以分为两个部分：第一部分是物体本身的“辐射”经过大气“滤波”之后的传递量。这里的“辐射”是广义上的辐射，指的是从物体上发出的电磁波，既包括物体对照明源的反射，也包括物体本身发出的辐射。第二部分是大气的附加信息，即程辐射。程辐射源自大气本身作为实际物体发出、反射或散射的电磁波。程辐射与波长一定的关系，这是因为程辐射与大气的散射作用有关。

本实用新型的主动式红外光谱仪具体如图1所示，红外光谱设备带有红外辐射源，高强度主动辐射源像待测目标发射红外辐射，在目标的另一侧设有红外传感器，传感器接收经过目标吸收后的红外谱线，从而获得目标物体的红外辐射响应特征，进行定性或定量分析。主要探测数据为物体的吸收谱。

本实用新型提供的主动式红外光谱仪的探测方式具有灵敏度高，探测距离远，多液滴，气溶胶等悬浮物都有很好的探测能力。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种主动式红外光谱仪，其特征在于：所述光谱仪包括红外源、接收器、放大器和计算机终端，其中，红外源与放大器连接，接收器与计算及终端连接，红外源的输出口和接收器的接收口均指向目标。

2.根据权利要求1所述的主动式红外光谱仪，其特征在于：所述红外源为高强度主动辐射源。

3.根据权利要求1所述的主动式红外光谱仪，其特征在于：所述接收器为红外传感器。

4.根据权利要求1所述的主动式红外光谱仪，其特征在于：所述红外源和接收器分别设置在目标的两侧。

5.根据权利要求1所述的主动式红外光谱仪，其特征在于：所述接收器通过数据线与计算机终端连接。

6.根据权利要求5所述的主动式红外光谱仪，其特征在于：所述计算机终端连接为便携式电脑。