[发明专利]一种宽波段红外扫描分光装置及校准方法

说明书

技术领域

本发明属于红外辐射分光测试技术领域，尤其涉及的是一种宽波段红外扫描分光装置及校准方法。

背景技术

红外渐变滤光片主要应用于红外光谱辐射测试中，在不同位置透过不同波长辐射，用做分光器件，应用中要求其能覆盖3～5μm与8～14μm两个红外大气窗口，并可进行快速波长扫描，基于镀膜技术的特点(最大波长不大于最小波长两倍)，目前一般采用3～4片CVF(圆形渐变滤光片)拼接为一个圆环形进行旋转扫描的方式来实现。但由于CVF镀膜技术难度大(我国目前还未见成熟的相应镀膜技术)，成本高，限制了其广泛应用。

论文“大口径红外光电系统辐射定标及误差分析”(红外与激光工程，第40卷第9期，第1624～1628页，2011年9月)、论文“红外目标模拟器校准系统的研制与应用”(红外与毫米波学报，第22卷第4期，第251～255页，2003年8月)与论文“红外光谱辐射计的研制”(红外与激光工程，第28卷第2期，第14～17页，1999年4月)均采用CVF作为分光器件，镀膜技术难度大，成本高。如图1所示，入射光点2会聚到CVF1上，透射波段光强被位于正后方的红外探测器所探测，随着CVF1在电机的转轴3驱动下匀速旋转过程中，探测器完成不同波长光强的扫描测试。现有技术采用CVF分光的方式，CVF器件镀膜技术难度大，成本非常高，难以被普遍采用。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种宽波段红外扫描分光装置及校准方法。

本发明的技术方案如下：

一种宽波段红外扫描分光装置，其中，包括夹具、驱动电机、光电开关、外压环及内压环；所述驱动电机驱动安装有渐变滤光片的夹具进行旋转扫描测试，夹具中的内压环与外压环压住LVF非工作区域进行固定；进行测试时，入射镜头会聚的光点打在LVF上，所述夹具在驱动电机的驱动下旋转，透过的辐射用红外探测器进行探测，随着LVF的旋转以完成不同波长的扫描测试，同时使用光电开关检测零位开口位置作为零角度位置，其余位置通过计数电机步进数来确定。

一种宽波段红外扫描分光装置的校准方法，其中，设完成不同波长的扫描测试后测得的数据为辐射强度p与时间t/角度θ的关系为：P＝f₁(t)＝f₂(θ)，若求得波长λ对应的角度θ的函数关系：θ＝f₃(λ)，将其代入上式中即求得辐射强度p与波长λ的函数关系式：P＝f₂(f₃(λ))。

所述的宽波段红外扫描分光装置的校准方法，其中，所述的波长与角度的关系θ＝f₃(λ)计算方法是：

若渐变滤光片工作波长从左到右为λ_min□λ_max，则在中间位置处工作波长为λ_mid＝(λ_min+λ_max)/2，通过定位找到其对应的角度为θ₀，其对应关系为：那么，在θ₀+Δθ位置处对应的波长为：λ_mid+Δλ，求得Δθ与Δλ关系，即建立波长与角度的对应关系；

先求得角度Δθ与滤光片长度Δl位置对应关系：

公式1：Δl＝R*sinΔθ

将公式1代入波长Δλ与滤光片长度Δl位置函数关系式，求得到波长Δλ与角度Δθ的函数关系如下：

公式2：Δλ＝Δl*(λ_max-λ_min)/l＝(R*sinΔθ)*(λ_max-λ_min)/l

其中，l为滤光片总长度，R为光点扫描半径。

所述的宽波段红外扫描分光装置的校准方法，其中，根据公式2，将测试得到的角度与辐射坐标系换算到波长与辐射的坐标系，达到波长校准的目的。

所述的宽波段红外扫描分光装置的校准方法，其中，所述将测试得到的角度与辐射坐标系换算到波长与辐射的坐标系的具体步骤为：根据公式2，将角度Δθ用波长Δλ表示为：