DD221015A1

DD221015A1 - RADIOMETRIC CONTROL DEVICE FOR OPTICAL SPECTRAL PHOTOMETERS

Info

Publication number: DD221015A1
Application number: DD25708883A
Authority: DD
Inventors: Karl-Heinz Suemnich
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1983-11-24
Filing date: 1983-11-24
Publication date: 1985-04-10

Abstract

Radiometrische Kontrollvorrichtung fuer optische Spektralfotometer zur Kontrolle der Stabilitaet von Spektralempfindlichkeiten, Spektralintervallen und Proportionalitaetsverhalten der Spektrometer, insbesondere unter den Einsatzbedingungen bei der Fernerkundung der Erde mit aerokosmischen Mitteln. Die staendige, genaue Kontrolle der Parameter ist eine wesentliche Voraussetzung fuer die Interpretation der spektrometrischen Messungen. Die Kontrolle wird vorgenommen durch das Einstrahlen von wenigstens zwei gesonderten Kontrollstrahlungen unter bestimmten Winkeln zur Richtung des Messstrahlenganges. Ein Strahlungsdetektor im Geraet empfaengt damit die Messstrahlung in einem bestimmten Spektralintervall und die Kontrollstrahlung in dazu definiert verschobenen Intervallen. Veraenderungen in den messtechnischen Parametern der Spektralfotometer fuehren zu charakteristischen Aenderungen in den Kontrollwerten, so dass auf die Ursachen und die Auswirkungen von Stoerungen geschlossen werden kann.Radiometric control device for optical spectrophotometers for the control of the stability of spectral sensitivities, spectral intervals and proportionality behavior of the spectrometers, in particular under the conditions of use for the remote sensing of the earth with aerocosmic means. The constant, precise control of the parameters is an essential prerequisite for the interpretation of the spectrometric measurements. The control is carried out by irradiating at least two separate control radiations at certain angles to the direction of the measuring beam path. A radiation detector in the device thus receives the measuring radiation in a certain spectral interval and the control radiation in defined intervals shifted. Changes in the metrological parameters of the spectrophotometers lead to characteristic changes in the control values, so that the causes and effects of disturbances can be deduced.

Description

Radiometrische Kontrollvorrichtung für optische Spektral-FotometerRadiometric control device for optical spectrophotometers

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine radiometrische Kontrollvorrichtung für optische Spektralfotometer, mit der die Stabilität der meßtechnisch wesentlichen Eigenschaften wie Spektralempfindlichkeit, Spektralintervall und Proportionalitätsverhalten während des Meßeinsatzes kontrolliert werden kann bzw. gegebenenfalls Korrekturen für die Meßwerte gewonnen werden können. Die radiometrische Kontrollvorrichtung ist für die Anwendung in Spektralfotometern für die Lösung von Meßaufgaben der Fernerkundung auf erdgebundenen und aerokosmischen Geräteträgern vorgesehen. Sie kann auch in anderen Spektrometer^ eingesetzt werden.The invention relates to a radiometric control device for optical spectrophotometers, with which the stability of the metrologically important properties such as spectral sensitivity, spectral interval and proportional behavior during the measurement can be controlled or, where appropriate, corrections for the measured values can be obtained. The radiometric control device is intended for use in spectrophotometers for the solution of remote sensing measurement tasks on terrestrial and aerospace equipment carriers. It can also be used in other spectrometers.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bekannt ist, daß in Mehrkanalspektrometern die Stabilität der Empfindlichkeit der Detektoren in jedem Kanal durch die Bestrahlung mit je einer mitgeführten Glühlampe als Strahlungsquelle kontrolliert wird, ohne daß dabei die Kontrolle über die Stabilität der einzelnen Glühlampen selbst gewährleistet ist und eine Überwachung der Spektralintervalle erfolgt (Anger, D., et al., Appl. optics 12 (1973) 8, p. 1753; Condon, R. 0. Infrared Physics 6 (1966) p. 1167).It is known that in multi-channel spectrometers the stability of the sensitivity of the detectors in each channel is controlled by the irradiation with each entrained incandescent lamp as the radiation source, without causing the control of the stability of the individual incandescent lamps itself is ensured and monitoring the spectral intervals (Anger , D., et al., Appl. Optics 12 (1973) 8, p. 1753; Condon, R. 0. Infrared Physics 6 (1966) p. 1167).

Bei Spektralradiometern werden mit einer Glühlampe die Empfindlichkeiten mehrerer Detektoren kontrolliert, wobei auch abgestufte Graufilter zur Proportionalitätskontrolle Verwendung finden, jedoch sind mechanische Bewegungen in den Geräten vorzunehmen, um die Bauelemente während der Kontrollphase zu positionieren (Harris, T. 0., SPIE, 27 (1971), p. 117; Lansing, J. C, optical engeneering 14 (1975) 4, P- ³¹²X-In spectral radiometers, the sensitivity of multiple detectors is controlled with an incandescent lamp, using graduated gray filters for proportionality control, but mechanical movements are required in the devices to position the components during the control phase (Harris, T. 0., SPIE, 27 (FIG. 117), p. 117, Lansing, J.C., optical engeneering 14 (1975) 4, P- ³¹² X-

Zur Kontrolle der Spektralintervalle werden auch Oidymfilter eingesetzt, wobei sich die Kontrolle dann auf bestimmte feste Spektralintervalle beschränkt.Oidym filters are also used to control the spectral intervals, with control limited to certain fixed spectral intervals.

In einem bekannten Telefotometer kommen zur Kontrolle der Stabilität der Gittereigenschaften zwei Miniatur-Glühlampen zum Einsatz (DD-WP 156394). ίIn a known telemeter, two miniature incandescent lamps are used to control the stability of the lattice properties (DD-WP 156394). ί

Ziel der Erfindung ^v Object of the invention ^v

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer komplexen radiometrischen Kontrollvorrichtung für optische Spektralfotometer, bei der mit hoher Genauigkeit die wesentlichen meßtechnischen Eigenschaften der Geräte im Meßeinsatz erfaßt und in wenigen Kontrolldäten angezeigt werden können.The aim of the invention is to provide a complex radiometric control device for optical spectrophotometer, recorded with high accuracy, the essential metrological properties of the devices in the measurement and displayed in a few control units.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in ein Spektralfotometer zu integrierende radiometrische Kontrollvorrichtung vorzuschlagen, die bei geringen Abmessungen, kleiner Masse und minimalem Leistungsbedarf unter hohen thermischen und mechanischen Belastungen in kurzer Zeit und mit hoher Genauigkeit Kontrollwerte über den Momentanzustand des Fotometers hinsichtlich der Spektralempfindlichkeiten, der Spektralintervalle und des Proportionalitätsverhaltens der Detektoren liefert.The invention has for its object to propose a to be integrated in a spectrophotometer radiometric control device, the small dimensions, small mass and minimal power requirement under high thermal and mechanical loads in a short time and with high accuracy control over the instantaneous state of the photometer in terms of spectral sensitivities, the spectral intervals and the proportionality behavior of the detectors.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe unter Verwendung von Strahlungsquellen dadurch gelöst, daß sich mindestens' zwei Strahlungsquellen als Kontrollstrahler seitlich des Meßstrahlenganges am optischen Spektralfotometer befinden, deren Strahlung unter einem Winkel zum Meßstrahlengang in das Spektralfotometer gelangt. Im Kontrollstrahlengang befinden sich Farbfilter, durch die eine Änderung der Spektralverteilung eintritt. Die Strahlungsquellen sind zum Einschalten mit einer Steuereinrichtung verbunden, so daß die Kontrollstrahlen einzeln oder gemeinsam in das Spektralfotometer eintreten.According to the invention the object is achieved by using radiation sources in that at least two radiation sources are located as a control radiator laterally of the measuring beam path on the optical spectrophotometer, the radiation of which passes at an angle to the measuring beam path in the spectrophotometer. In the control beam path are color filters, through which a change in the spectral distribution occurs. The radiation sources are connected to a control device for switching on, so that the control beams enter the spectrophotometer individually or together.

Ein fotoelektrischer Detektor wird durch die Meßstrahlung in einem bestimmten Spektralintervall (Meßwellenlänge) bestrahlt, während die Kontrollstrahlung wegen der Einstrahlung unter einem Winkel in einem anderen, in definierter Weise verschobenen Spektralintervall erfolgt. Die sich im Kontrollstrahlengang befindenden Farbfilter verändern die spektrale Verteilungskurve derart, daß diese im Bereich der spektralen Meßintervalle des Spektralfotometers nichtkonstante Anstiege aufweist.A photoelectric detector is irradiated by the measuring radiation in a certain spectral interval (measuring wavelength), while the control radiation is due to the radiation at an angle in another, spectrally shifted in a defined spectral interval. The color filters located in the control beam path change the spectral distribution curve in such a way that it has non-constant increases in the spectral measurement intervals of the spectrophotometer.

Das Einschalten der Glühlampen erfolgt so, daß sie nacheinander einzeln und gemeinsam strahlen, um mindestens drei unterschiedliche Strahlungsniveaus zu erzielen, welche sich teilweise durch Summation der Einzelniveaus ergeben. Hierdurch wird die Kontrolle des Proportionalitätsverhaltens in bekannter Weise gewährleistet.The incandescent lamps are switched on in such a way that they radiate individually and jointly one after the other in order to achieve at least three different radiation levels, which result in part from the summation of the individual levels. As a result, the control of the proportional behavior is ensured in a known manner.

Zur Beurteilung der meßtechnischen Eigenschaften des Spektralfotometers im Meßeinsatz werden die Kontrollwerte, die die Detektoren bei Einschaltung der Kontrollampen liefern, mit den vorher ermittelten Standardwerten verglichen. Treten Veränderungen in der Spektralempfindlichkeit eines oder mehrerer Spektralkanäle auf, so zeigen die Kontroll-To assess the metrological properties of the spectrophotometer in the measurement insert, the control values that the detectors deliver when the warning lights are switched on are compared with the previously determined standard values. If changes in the spectral sensitivity of one or more spectral channels occur, the control

werte der entsprechenden Kanäle gleiche relative Änderungen für alle Kontrollampen. Die festgestellten Änderungen ''fiieoen. djLrökjt zur Korrektur der Meßwerte, Veränderungen der Spektralintervalle führen im Gegensatz dazu, wegen der unterschiedlichen, nichtkonstanten Anstiege der spektralen Verteilungskurven zu unterschiedlichen relativen Veränderungen bei den Kontrollwerten der verschiedenen Kontrolle lampen. Aus der Größe der Veränderungen der Kontrollwerte sind bei Kenntnis der Anstiege der Spektralkurven entsprechende Korrekturwerte für die Meßstrahlung zu ermitteln.values of the corresponding channels are the same relative changes for all control lamps. The detected changes '' fiieoen. djLrökjt for the correction of the measured values, changes in the spectral intervals, in contrast, lead to different relative changes in the control values of the various control lamps because of the different, non-constant increases in the spectral distribution curves. From the magnitude of the changes in the control values, corresponding correction values for the measuring radiation are to be determined with knowledge of the increases in the spectral curves.

Beeinträchtigungen der Konstanz in der Strahlung der Kontrollampen selbst zeigen sich in einer gleichartigen Veränderung der Kontrollwerte in den verschiedenen Spektralintervallen bei der betroffenen Kontrollampe. Damit ist die für das Kontrollverfahren wesentliche Überwachung der Strahlerkonstanz gesichert.Impairments in the constancy in the radiation of the control lamps themselves are reflected in a similar change in the control values in the various spectral intervals in the control lamp concerned. This ensures the monitoring of the radiator constancy essential for the control process.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll'' nachstehend an 2 Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dazu zeigenThe invention will be '' explained in more detail below to 2 embodiments. Show this

Fig. 1 das Schema des Kontrollsystems in einem Gi tte'r spektrometer,1 shows the scheme of the control system in a Gi tte'r spectrometer,

Fig. 2 das Schema des Kontrollsystems bei einem Spektrometer mit Interferenzfiltern.Fig. 2 shows the scheme of the control system in a spectrometer with interference filters.

Neben dem Eintrittsspalt 3, durch den die Meßstrahlung 4 das Konkavgitter 5 des Gitterspektrometers unter dem Einfallswinkel *<-' erreicht, sind die beiden Kontrollampen 1, 2 angebracht. Ihre Strahlungen erreichen nach Durchgang durch die Farbfilter 6, 7 das Gitter unter den Einfallswinkeln öC± δ öC'. Ein fotoelektrisches Empfängersystem 8 hinter einem Austrittsspalt 9 nimmt die Kontrollstrahlung mit denIn addition to the entrance slit 3, through which the measuring radiation 4 reaches the concave grating 5 of the grating spectrometer at the angle of incidence * <- ', the two control lamps 1, 2 are mounted. Their radiations, after passing through the color filters 6, 7, reach the grating at the angles of incidence δ C ± δ δ C '. A photoelectric receiver system 8 behind an exit slit 9 takes the control radiation with the

Wellenlängen Λ- und A₂ auf, die sich aus der Gittergleichung mit den Einfallswinkeln und dem Meßwinkel ß ergeben: ·Wavelengths Λ and A ₂ , which result from the grid equation with the angles of incidence and the measuring angle β:

= k [ sin ( cC + δ oC) +sin ßj= k [sin ( cC + δ oC) + sin βj

Durch die Kontrollstrahlungen werden in der Regel zwei unterschiedliche Kontrollwerte am Ausgang des Empfängersystems erzeugt. Tritt eine Empfindlichkeitsänderung auf - z.B. durch Belagbildung auf der Gitteroberfläche oder Veränderung der Verstärkung im Empfängersystem -,- so werden sich beide Kontrollwerte um den gleichen Faktor ändern, da beide Kontrollstrählungen in gleicher Weise betroffen sind. Dieser Faktor ist durch Vergleich der Kontrollwerte vor und nach der Veränderung festzustellen und für die Korrektur der Meßwerte der Meßstrahlung zu verwenden.The control radiation usually produces two different control values at the output of the receiver system. If a change in sensitivity occurs - eg due to formation of deposits on the grating surface or changes in the gain in the receiver system - then both control values will change by the same factor, as both control strikes are affected in the same way. This factor shall be established by comparing the control values before and after the change and used for the correction of the measured radiation readings.

Liegt eine Veränderung der eingestellten Wellenlängen vor z.B. bei Versatz des Empfängers im Meßaufbau -, so werden sich bei den ebenfalls veränderten Kontrollwellenlängen entsprechend dem nichtkonstanten Anstieg der Spektralkurve im Bereich der Kontrollwellenlängen die Kontrollwerte in unterschiedlichem Maße ändern. Bei Kenntnis des Anstieges kann so aus den veränderten Kontrollwerten die Wellenlängenverlagerung ermittelt und ihr Meßergebnis berücksichtigt werden.If there is a change in the set wavelengths before e.g. If the receiver is displaced in the measurement setup, the control values will change to a different extent in the case of the likewise changed control wavelengths corresponding to the nonconstant increase of the spectral curve in the area of the control wavelengths. With knowledge of the increase, the wavelength shift can be determined from the changed control values and their measurement result taken into account.

Die Bildung von drei nacheinander erzeugten Strahlungsniveaus erfolgt durch das Einschalten der ersten Kontrollampe 1 allein, danach wird die zweite Kontrollampe 2 zugeschaltet, so daß beide Kontrollampen gleichzeitig strahlen. Anschließend wird die Kontrollampe 1 abgeschaltet, so daß die Kontrolllampe 2 jetzt allein strahlt. Hierdurch wird eine Kontrolle des Proportionalitätsverhaltens des Empfängersystems erreicht.The formation of three consecutively generated radiation levels takes place by switching on the first indicator 1 alone, then the second indicator 2 is switched on, so that both warning lamps radiate simultaneously. Subsequently, the indicator 1 is turned off, so that the control lamp 2 now radiates alone. As a result, a control of the proportional behavior of the receiver system is achieved.

Bei einem Spektrometer mit Interferenzfiltern IF werden die Kontrollampen 1 und 2 neben dem Meßstrahl M angebracht. Die Kontrollstrahlungen durchlaufen Farbfilter 6, und durchsetzen das Interferenzfilter unter den Winkeln V₁ und v„ ; damit erreichen nur Strahlungen mit einer gegenüber der Meßstrahlung veränderten Wellenlänge den fotoelektrischen Empfänger D und erzeugen unterschiedliche Kontrollwerte. Bei einer Empfindlichkeitsänderung im Spektrometer verändern sich beide Kontrollwerte um den gleichen Faktor. Eine Wellenlängenänderung - z.B. durch Verkippen des Interferenzfilters - wird durch unterschiedliche Veränderung der Kontrollwerte angezeigt, da sich die Kontrollwellenlängen in Betrag und Richtung unterschiedlich verschieben und die Anstiege in den Spektralkurveri unterschiedlich sind.In a spectrometer with interference filters IF, the warning lamps 1 and 2 are mounted adjacent to the measuring beam M. The control radiations pass through color filters 6, and pass through the interference filter at angles V ₁ and v "; Thus, only radiations with a wavelength that is changed with respect to the measuring radiation reach the photoelectric receiver D and produce different control values. When the sensitivity changes in the spectrometer, both control values change by the same factor. A change in wavelength - eg due to tilting of the interference filter - is indicated by different changes in the control values, since the control wavelengths vary in magnitude and direction differently and the increases in the spectral curve are different.

Claims

invention claim

Radiometric control device for optical spectrophotometers for monitoring their sensitivity, VWellenLangenkonstanz and linearity using radiation sources, characterized in that at least two radiation sources are as a control emitters laterally of the measuring beam path on the spectrophotometer whose radiations reach at an angle in the spectrophotometer, are in Kontrollstrahlengahg color filter , through which a change of the spectral distribution occurs and the radiations of the control radiators, which are connected to a control device, arrive individually or jointly in the spectrophotometer. -

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