[发明专利]一种红外光谱辐射能量测量装置及其标定方法

权利要求书

1.一种红外光谱辐射能量测量装置，其特征在于：该装置包括光栅单色仪（6）、红外探测器（5）、锁相放大器（3）和斩波器（7）；其中，斩波器（7）置于光栅单色仪（6）的入射狭缝前10～20mm，红外探测器（5）紧邻光栅单色仪（6）的出射狭缝；锁相放大器（3）与斩波器（7）、红外探测器（5）相连，对红外探测器（5）产生的交流信号进行放大处理。

2.一种红外光谱辐射能量测量装置的标定方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

（a）将黑体辐射源一（1）稳定在设定的温度T1，将黑体辐射源二（2）稳定在设定的温度T2，使黑体辐射源一（1）的辐射能量和黑体辐射源二（2）的辐射能量分别射入光栅单色仪（6）的入射狭缝；温度T1、T2高于室温100℃以上；

（b）斩波器（7）置于光栅单色仪（6）的入射狭缝前10～20mm，红外探测器（5）紧邻光栅单色仪（6）的出射狭缝；

斩波器（7）以设定的固定频率反复遮挡黑体辐射源一或黑体辐射源二的辐射能量，使辐射能量以固定的频率通、断；通的时候红外探测器（5）测量的是黑体辐射源一或黑体辐射源二的辐射能量；断的时候，红外探测器（5）测量的是斩波器（7）的辐射能量，由于斩波器（7）以固定频率遮挡黑体辐射源一或黑体辐射源二的辐射能量，且黑体辐射源一或黑体辐射源二的温度远高于室温，而斩波器（7）的温度为室温，所以红外探测器（5）上产生频率稳定的交流电信号；

（c）锁相放大器（3）与斩波器（7）、红外探测器（5）相连，对红外探测器（5）产生的交流信号进行放大处理，再传输给数据采集处理系统（4）；

数据采集处理系统（4）每次采集100～300个交流电信号数据取平均值，改善信噪比参数；同时，计算得黑体辐射源一（1）及黑体辐射源二（2）的输出电压U₁、U₂；

输出电压U₁反映的是黑体辐射源一（1）在指定方向的有效光谱辐射能量L_eff(λ,T₁)与斩波器（7）表面的有效光谱辐射能量L_meff(λ,T_am)之差；其中，λ为光栅单色仪（6）分光获得的波长，T_am为斩波器（7）的温度、即室温，

U₁=[L_eff(λ,T₁)-L_meff(λ,T_am)]·η(λ)·R(λ)·Δλ   （1）

式（1）中：R(λ)为红外探测器（5）的光谱响应度，η(λ)为光栅单色仪（6）的光谱效率，Δλ为光栅单色仪（6）分光获得的波长带宽；

相应地，输出电压U₂反映的是黑体辐射源二（2）在指定方向的有效光谱辐射能量L_reff(λ,T₂)与斩波器（7）表面的有效光谱辐射能量L_meff(λ,T_am)之差；其中，λ为光栅单色仪（6）分光获得的波长，T_am为斩波器（7）的温度、即室温，

U₂=[L_reff(λ,T₂)-L_meff(λ，T_am)]·η(λ)·R(λ)·Δλ  （2）；

式（2）中：R(λ)为红外探测器（5）的光谱响应度，η(λ)为光栅单色仪（6）的光谱效率，Δλ为光栅单色仪（6）分光获得的波长带宽；

一定温度下黑体辐射源一（1）及黑体辐射源二（2）的辐射能量M₁及M₂应满足普朗克定律，分别为：

M1(λ,T1)=c1λ-5[1exp(c2/λT1)-1]]]>

M2(λ,T2)=c1λ-5[1exp(c2/λT2)-1]]]>

其中，c₁、c₂为常数，λ、T₁、T₂已知，则标定系数B为：

B=M2(λ,T2)M1(λ,T1)=[exp(c2/λT1)-1exp(c2/λT2)-1]]]>

将U₁代入理论计算中，则U₂的标定输出值应为：

U₂*＝U₁×B

修正后，交流电信号输出的线性度L=U₂*/U₂，应尽可能接近1。