CN206362452U - 弱光条件下红外光电探测器响应特性参数标定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于红外光电探测领域，涉及一种弱光条件下红外光电探测器响应特性参数标定装置，包括标定光源、光学斩波器、平行光管和锁相放大器；所述光学斩波器位于标定光源和平行光管的入口之间；所述锁相放大器分别与光学斩波器和待测红外光电探测器相连；待测红外光电探测器的靶面位于所述平行光管的出口处。本实用新型利用光学斩波器调制黑体出射光信号并且利用锁相放大器提取被调制的黑体出射光信号，从而有效避免了环境辐射信号对光源信号的干扰。

Description

弱光条件下红外光电探测器响应特性参数标定装置

技术领域

本实用新型属于红外光电探测领域，涉及一种弱光条件下红外光电探测器响应特性参数标定装置。

背景技术

红外光电探测器是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的光电转换器件。红外辐射普遍存在于环境中，任何在绝对零度(-273℃)以上的物体都辐射红外能量，红外光电探测器就是用来测量这种红外辐射的专门器件。红外光电探测器响应特性的优劣，直接决定了红外辐射测量的精度。在实际应用中,需要对所使用的红外光电探测器进行一系列的参数标定，以便于掌握红外光电探测器的响应特性。这类标定过程主要是不断改变红外光电探测器靶面的入射功率，建立起多组红外光电探测器靶面入射功率与对应输出电压的关系。对于红外光电探测器而言，特别是对于长波红外光电探测器而言，由于环境中的其它物体都在或多或少的辐射红外能量，因此在标定测量过程中将不可避免的引入干扰量。在红外光电探测器响应的高端进行标定时，即在标定光源较强时，由于标定光源能量远远大于环境干扰量，所以干扰量引起的误差往往可以忽略。但是在红外光电探测器的低端进行测量时，即在标定光源较弱时，由于环境干扰量已与标定光源能量处于相当的量级，所以往往在测量时光源信号已湮没于环境干扰信号中，也就是说红外光电探测器此时输出的电压信号，不但包含有标定光源信号，而且包含有环境干扰信号，此时无法将红外光电探测器靶面入射功率与红外光电探测器输出电压建立对应关系，更加无法通过改变红外光电探测器靶面入射功率建立起标定参数所需的多组功率与电压的对应关系，从而无法进行弱光条件下红外光电探测器的标定工作。目前，普遍所使用的红外光电探测器标定装置在弱光条件下都无法有效剔除环境干扰和无法改变红外光电探测器靶面的入射功率，所以需要一个能够在弱光条件下，对红外光电探测器的响应特性参数进行标定的方法及装置。

实用新型内容

为了解决现有的红外光电探测器标定装置在弱光条件下无法有效剔除环境干扰的技术问题，本实用新型提供一种弱光条件下红外光电探测器响应特性参数标定装置。

本实用新型的技术解决方案是：一种弱光条件下红外光电探测器响应特性参数标定装置，其特殊之处在于：包括标定光源、光学斩波器、平行光管和锁相放大器；所述光学斩波器位于标定光源和平行光管的入口之间；所述锁相放大器分别与光学斩波器和待测红外光电探测器相连；待测红外光电探测器的靶面位于所述平行光管的出口处。

上述平行光管的入口安装有星点板，所述星点板位于平行光管的焦面处。

上述平行光管的出口安装有窄带滤光片，所述窄带滤光片的截取波长与待测红外光电探测器的待标定波长一致。

上述标定光源为黑体。

上述平行光管为反射式平行光管。

本实用新型还提供一种基于上述的弱光条件下红外光电探测器响应特性参数标定装置的标定方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)将黑体的温度固定在绝对温度T，计算待标定波长λ的光谱辐射出射度M_λ；

2)黑体发出的红外光束通过光学斩波器调制后打入平行光管，光学斩波器将调制信号传送至锁相放大器；

3)红外光束在平行光管中折返后由平行光管出口到达待测红外光电探测器的靶面，计算靶面接收功率W；

4)锁相放大器根据光学斩波器传送的调制信号的频率从待测红外光电探测器的输出电信号中提取电压V，得到接收功率W与电压V之间的对应关系；

5)改变黑体的温度和/或星点板的星点直径，重复执行步骤1)至步骤4)得到多组接收功率W与电压V的对应关系，完成弱光条件下对待测红外光电探测器的响应特性参数标定。

步骤1)中的光谱辐射出射度M_λ的计算公式为：

其中，λ为待标定波长，c是光速，T为黑体的绝对温度，h为普朗克常数，K_B为波耳兹曼常数。

步骤3)中的靶面接收功率W的计算公式为：

其中，M_λ为步骤1)中计算得到的光谱辐射出射度，D为星点板的星点直径，f为平行光管的焦距，τ₁为平行光管在待标定波长λ处的透过率，τ₂为窄带滤光片在待标定波长λ处的通过率，S为待测红外光电探测器的靶面面积。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型利用光学斩波器调制黑体出射光信号并且利用锁相放大器提取被调制的黑体出射光信号，从而有效避免了环境辐射信号对光源信号的干扰。

(2)本实用新型在平行光管焦面处安装了星点板，并通过调整星点板星点直径与黑体温度调整相配合的方式得到多组标定数据。

(3)本实用新型采用窄带滤光片提取需要标定波长的响应能量，从而匹配不同波长参数的待测红外光电探测器，提高标定精度。

(4)本实用新型利用黑体辐射公式、光谱辐照度公式等直接计算出待测红外光电探测器靶面的接收功率，从而有效建立起标定所需的红外光电探测器靶面的接收功率与红外光电探测器输出信号的对应关系。

附图说明

图1为本实用新型标定装置的较佳实施例结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型提供一种弱光条件下红外光电探测器响应特性参数标定装置，其较佳实施例的结构包括标定光源1、光学斩波器2、平行光管4和锁相放大器7。光学斩波器2位于标定光源1和平行光管4的入口之间，锁相放大,7分别与光学斩波器2和待测红外光电探测器6相连，待测红外光电探测器6的靶面位于平行光管4的出口处。

较佳的，本实施例选用黑体作为标定光源，同时在平行光管入口处安装星点板，可以通过改变星点板直径和改变黑体温度的方式进而改变红外光电探测器靶面的接收功率，从而得到多组标定值。

另外，本实施例在平行光管的出口处安装有窄带滤光片5，利用窄带滤光片提取标定光源中需要标定波长的响应能量，从而提高标定精度。

使用本实施例中标定装置进行标定的具体方法和原理如下：

在标定前，先确认窄带滤光片5的截取波长与待测红外光电探测器6的待标定波长一致。窄带滤光片5的作用是：标定光源1选用黑体时，其在多个谱段都有能量贡献，加入窄带滤光片5可以有效抑制不需要的能量贡献，使待标定波长的能量进入待测红外光电探测器6的靶面。

选用黑体作为标定光源，通过给定的绝对温度T，由公式(1)计算得到特定波长的光谱辐射出射度M_λ：

式中，M_λ为黑体的光谱辐射出射度，λ为待标定波长，c是光速，T为黑体的绝对温度，h为普朗克常数，K_B为波耳兹曼常数。

黑体在固定某一温度后，发出的红外光束通过光学斩波器2调制后打入星点板3中的星点，而后红外光束束在平行光管4处折返到达出口，窄带滤光片5与待测红外光电探测器6放置于平行光管4的出口处，红外光束在经过窄带滤光片5滤光后到达待测红外光电探测器6的靶面。待测红外光电探测器6根据公式(2)推算出其靶面接收的功率W：

式中，M_λ是由公式(1)计算得到的光谱辐射出射度，D为星点板的星点直径，f为平行光管的焦距，τ₁为平行光管在待标定波长λ处的透过率，τ₂为窄带滤光片在待标定波长λ处的通过率，S为待测红外光电探测器的靶面面积。

由公式(2)计算出待标定波长在待测红外光电探测器6靶面接收的功率W后，还需要得到功率W对应的电压信号V。但是由于待测红外光电探测器6所产生的电信号还包含了环境中待标定波长的干扰信号，所以需要利用锁相放大器7提取特定频率的黑体标定光源信号。锁相放大器是一种可以提取特定频率信号的仪器。前面提到，光学斩波器2放置在黑体出光口处将黑体出射光调制成光学斩波器2所设置的特定频率，同时光学斩波器2将该频率通过调制信号的方式通过线缆输入到锁相放大器7中，作为锁相放大器7提取光学斩波器2设置频率依据。根据光学斩波器2输入的频率，锁相放大器7从夹杂干扰信号的待测红外光电探测器6的输出电信号中提取出(2)式中计算得到的待测光电探测器6靶面接收功率W所对应的电信号V。从而得到标定所需的待测红外光电探测器6靶面的接收功率W与其对应电压V之间的对应关系。同时，可以变换星点板3的星点直径和黑体温度，得到多组待测红外光电探测器6靶面接收功率W与对应电压V之间的关系。从而完成弱光条件下红外光电探测器的标定。

Claims (5)

1.一种弱光条件下红外光电探测器响应特性参数标定装置，其特征在于：包括标定光源、光学斩波器、平行光管和锁相放大器；所述光学斩波器位于标定光源和平行光管的入口之间；所述锁相放大器分别与光学斩波器和待测红外光电探测器相连；待测红外光电探测器的靶面位于所述平行光管的出口处。

2.根据权利要求1所述的弱光条件下红外光电探测器响应特性参数标定装置，其特征在于：所述平行光管的入口安装有星点板，所述星点板位于平行光管的焦面处。

3.根据权利要求2所述的弱光条件下红外光电探测器响应特性参数标定装置，其特征在于：所述平行光管的出口安装有窄带滤光片，所述窄带滤光片的截取波长与待测红外光电探测器的待标定波长一致。

4.根据权利要求1-3中任一所述的弱光条件下红外光电探测器响应特性参数标定装置，其特征在于：所述标定光源为黑体。

5.根据权利要求4所述的弱光条件下红外光电探测器响应特性参数标定装置，其特征在于：所述平行光管为反射式平行光管。