本實(shí)用新型屬于紅外光電探測領(lǐng)域，涉及一種弱光條件下紅外光電探測器響應(yīng)特性參數(shù)標(biāo)定裝置。

背景技術(shù)：

紅外光電探測器是將入射的紅外輻射信號轉(zhuǎn)變成電信號輸出的光電轉(zhuǎn)換器件。紅外輻射普遍存在于環(huán)境中，任何在絕對零度(-273℃)以上的物體都輻射紅外能量，紅外光電探測器就是用來測量這種紅外輻射的專門器件。紅外光電探測器響應(yīng)特性的優(yōu)劣，直接決定了紅外輻射測量的精度。在實(shí)際應(yīng)用中,需要對所使用的紅外光電探測器進(jìn)行一系列的參數(shù)標(biāo)定，以便于掌握紅外光電探測器的響應(yīng)特性。這類標(biāo)定過程主要是不斷改變紅外光電探測器靶面的入射功率，建立起多組紅外光電探測器靶面入射功率與對應(yīng)輸出電壓的關(guān)系。對于紅外光電探測器而言，特別是對于長波紅外光電探測器而言，由于環(huán)境中的其它物體都在或多或少的輻射紅外能量，因此在標(biāo)定測量過程中將不可避免的引入干擾量。在紅外光電探測器響應(yīng)的高端進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，即在標(biāo)定光源較強(qiáng)時(shí)，由于標(biāo)定光源能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于環(huán)境干擾量，所以干擾量引起的誤差往往可以忽略。但是在紅外光電探測器的低端進(jìn)行測量時(shí)，即在標(biāo)定光源較弱時(shí)，由于環(huán)境干擾量已與標(biāo)定光源能量處于相當(dāng)?shù)牧考?，所以往往在測量時(shí)光源信號已湮沒于環(huán)境干擾信號中，也就是說紅外光電探測器此時(shí)輸出的電壓信號，不但包含有標(biāo)定光源信號，而且包含有環(huán)境干擾信號，此時(shí)無法將紅外光電探測器靶面入射功率與紅外光電探測器輸出電壓建立對應(yīng)關(guān)系，更加無法通過改變紅外光電探測器靶面入射功率建立起標(biāo)定參數(shù)所需的多組功率與電壓的對應(yīng)關(guān)系，從而無法進(jìn)行弱光條件下紅外光電探測器的標(biāo)定工作。目前，普遍所使用的紅外光電探測器標(biāo)定裝置在弱光條件下都無法有效剔除環(huán)境干擾和無法改變紅外光電探測器靶面的入射功率，所以需要一個(gè)能夠在弱光條件下，對紅外光電探測器的響應(yīng)特性參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定的方法及裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的紅外光電探測器標(biāo)定裝置在弱光條件下無法有效剔除環(huán)境干擾的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種弱光條件下紅外光電探測器響應(yīng)特性參數(shù)標(biāo)定裝置。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：一種弱光條件下紅外光電探測器響應(yīng)特性參數(shù)標(biāo)定裝置，其特殊之處在于：包括標(biāo)定光源、光學(xué)斬波器、平行光管和鎖相放大器；所述光學(xué)斬波器位于標(biāo)定光源和平行光管的入口之間；所述鎖相放大器分別與光學(xué)斬波器和待測紅外光電探測器相連；待測紅外光電探測器的靶面位于所述平行光管的出口處。

上述平行光管的入口安裝有星點(diǎn)板，所述星點(diǎn)板位于平行光管的焦面處。

上述平行光管的出口安裝有窄帶濾光片，所述窄帶濾光片的截取波長與待測紅外光電探測器的待標(biāo)定波長一致。

上述標(biāo)定光源為黑體。

上述平行光管為反射式平行光管。

本實(shí)用新型還提供一種基于上述的弱光條件下紅外光電探測器響應(yīng)特性參數(shù)標(biāo)定裝置的標(biāo)定方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：

1)將黑體的溫度固定在絕對溫度T，計(jì)算待標(biāo)定波長λ的光譜輻射出射度M_λ；

2)黑體發(fā)出的紅外光束通過光學(xué)斬波器調(diào)制后打入平行光管，光學(xué)斬波器將調(diào)制信號傳送至鎖相放大器；

3)紅外光束在平行光管中折返后由平行光管出口到達(dá)待測紅外光電探測器的靶面，計(jì)算靶面接收功率W；

4)鎖相放大器根據(jù)光學(xué)斬波器傳送的調(diào)制信號的頻率從待測紅外光電探測器的輸出電信號中提取電壓V，得到接收功率W與電壓V之間的對應(yīng)關(guān)系；

5)改變黑體的溫度和/或星點(diǎn)板的星點(diǎn)直徑，重復(fù)執(zhí)行步驟1)至步驟4)得到多組接收功率W與電壓V的對應(yīng)關(guān)系，完成弱光條件下對待測紅外光電探測器的響應(yīng)特性參數(shù)標(biāo)定。

步驟1)中的光譜輻射出射度M_λ的計(jì)算公式為：

其中，λ為待標(biāo)定波長，c是光速，T為黑體的絕對溫度，h為普朗克常數(shù)，K_B為波耳茲曼常數(shù)。

步驟3)中的靶面接收功率W的計(jì)算公式為：

其中，M_λ為步驟1)中計(jì)算得到的光譜輻射出射度，D為星點(diǎn)板的星點(diǎn)直徑，f為平行光管的焦距，τ₁為平行光管在待標(biāo)定波長λ處的透過率，τ₂為窄帶濾光片在待標(biāo)定波長λ處的通過率，S為待測紅外光電探測器的靶面面積。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

(1)本實(shí)用新型利用光學(xué)斬波器調(diào)制黑體出射光信號并且利用鎖相放大器提取被調(diào)制的黑體出射光信號，從而有效避免了環(huán)境輻射信號對光源信號的干擾。

(2)本實(shí)用新型在平行光管焦面處安裝了星點(diǎn)板，并通過調(diào)整星點(diǎn)板星點(diǎn)直徑與黑體溫度調(diào)整相配合的方式得到多組標(biāo)定數(shù)據(jù)。

(3)本實(shí)用新型采用窄帶濾光片提取需要標(biāo)定波長的響應(yīng)能量，從而匹配不同波長參數(shù)的待測紅外光電探測器，提高標(biāo)定精度。

(4)本實(shí)用新型利用黑體輻射公式、光譜輻照度公式等直接計(jì)算出待測紅外光電探測器靶面的接收功率，從而有效建立起標(biāo)定所需的紅外光電探測器靶面的接收功率與紅外光電探測器輸出信號的對應(yīng)關(guān)系。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型標(biāo)定裝置的較佳實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

參見圖1，本實(shí)用新型提供一種弱光條件下紅外光電探測器響應(yīng)特性參數(shù)標(biāo)定裝置，其較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)包括標(biāo)定光源1、光學(xué)斬波器2、平行光管4和鎖相放大器7。光學(xué)斬波器2位于標(biāo)定光源1和平行光管4的入口之間，鎖相放大,7分別與光學(xué)斬波器2和待測紅外光電探測器6相連，待測紅外光電探測器6的靶面位于平行光管4的出口處。

較佳的，本實(shí)施例選用黑體作為標(biāo)定光源，同時(shí)在平行光管入口處安裝星點(diǎn)板，可以通過改變星點(diǎn)板直徑和改變黑體溫度的方式進(jìn)而改變紅外光電探測器靶面的接收功率，從而得到多組標(biāo)定值。

另外，本實(shí)施例在平行光管的出口處安裝有窄帶濾光片5，利用窄帶濾光片提取標(biāo)定光源中需要標(biāo)定波長的響應(yīng)能量，從而提高標(biāo)定精度。

使用本實(shí)施例中標(biāo)定裝置進(jìn)行標(biāo)定的具體方法和原理如下：

在標(biāo)定前，先確認(rèn)窄帶濾光片5的截取波長與待測紅外光電探測器6的待標(biāo)定波長一致。窄帶濾光片5的作用是：標(biāo)定光源1選用黑體時(shí)，其在多個(gè)譜段都有能量貢獻(xiàn)，加入窄帶濾光片5可以有效抑制不需要的能量貢獻(xiàn)，使待標(biāo)定波長的能量進(jìn)入待測紅外光電探測器6的靶面。

選用黑體作為標(biāo)定光源，通過給定的絕對溫度T，由公式(1)計(jì)算得到特定波長的光譜輻射出射度M_λ：

式中，M_λ為黑體的光譜輻射出射度，λ為待標(biāo)定波長，c是光速，T為黑體的絕對溫度，h為普朗克常數(shù)，K_B為波耳茲曼常數(shù)。

黑體在固定某一溫度后，發(fā)出的紅外光束通過光學(xué)斬波器2調(diào)制后打入星點(diǎn)板3中的星點(diǎn)，而后紅外光束束在平行光管4處折返到達(dá)出口，窄帶濾光片5與待測紅外光電探測器6放置于平行光管4的出口處，紅外光束在經(jīng)過窄帶濾光片5濾光后到達(dá)待測紅外光電探測器6的靶面。待測紅外光電探測器6根據(jù)公式(2)推算出其靶面接收的功率W：

式中，M_λ是由公式(1)計(jì)算得到的光譜輻射出射度，D為星點(diǎn)板的星點(diǎn)直徑，f為平行光管的焦距，τ₁為平行光管在待標(biāo)定波長λ處的透過率，τ₂為窄帶濾光片在待標(biāo)定波長λ處的通過率，S為待測紅外光電探測器的靶面面積。

由公式(2)計(jì)算出待標(biāo)定波長在待測紅外光電探測器6靶面接收的功率W后，還需要得到功率W對應(yīng)的電壓信號V。但是由于待測紅外光電探測器6所產(chǎn)生的電信號還包含了環(huán)境中待標(biāo)定波長的干擾信號，所以需要利用鎖相放大器7提取特定頻率的黑體標(biāo)定光源信號。鎖相放大器是一種可以提取特定頻率信號的儀器。前面提到，光學(xué)斬波器2放置在黑體出光口處將黑體出射光調(diào)制成光學(xué)斬波器2所設(shè)置的特定頻率，同時(shí)光學(xué)斬波器2將該頻率通過調(diào)制信號的方式通過線纜輸入到鎖相放大器7中，作為鎖相放大器7提取光學(xué)斬波器2設(shè)置頻率依據(jù)。根據(jù)光學(xué)斬波器2輸入的頻率，鎖相放大器7從夾雜干擾信號的待測紅外光電探測器6的輸出電信號中提取出(2)式中計(jì)算得到的待測光電探測器6靶面接收功率W所對應(yīng)的電信號V。從而得到標(biāo)定所需的待測紅外光電探測器6靶面的接收功率W與其對應(yīng)電壓V之間的對應(yīng)關(guān)系。同時(shí)，可以變換星點(diǎn)板3的星點(diǎn)直徑和黑體溫度，得到多組待測紅外光電探測器6靶面接收功率W與對應(yīng)電壓V之間的關(guān)系。從而完成弱光條件下紅外光電探測器的標(biāo)定。