一種高背景抑制型熱紅外高光譜實驗裝置的製作方法

2023-09-23 15:30:15

專利名稱：一種高背景抑制型熱紅外高光譜實驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光、機、電一體化的儀器技術，特別是一種製冷溫度可調 的高背景抑制型熱紅外高光譜成像實驗裝置。
背景技術：
高光譜成像儀器具有精細的光譜分辨能力，能從獲取的遙感數據中直接分 析目標的物質成分，從而有效地識別地物、分辨目標、揭露軍事偽裝。熱紅外 成像俗稱為"火"眼，緣於它對溫度的敏感。採用熱紅外探測器獲取地面目標 的紅外輻射，記錄的是目標自身的紅外輻射(發射紅外線)信息，因而又稱"熱 圖像"。在譜段進行細分後可以廣泛地用於地表溫度探測、城市熱流分析、環 境災害監測及礦蝕巖的識別等領域。同時該技術在軍事偽裝識別和水下目標探 測等應用上具有非常顯著的作用效果。我國高光譜成像技術在可見近紅外波段 進入業務運行階段，短波紅外也已有地面原理樣機，但在長波熱紅外譜段還沒 有開展預先研究。因此，本發明設計一種熱紅外高光譜成像實驗裝置，可用於 獲取熱紅外高光譜成像數據進行分析。本裝置除了可進行熱紅外高光譜成像以 外，其特點在於加入了一個可控溫的杜瓦，可對光學系統的溫度進行控制，以 便於分析影響熱紅外成像質量的關鍵因素。

發明內容
本發明的目的是提供一種熱紅外高光譜成像實驗裝置，由於系統的製冷溫 度可調，因此，可用於分析影響熱紅外高光譜成像質量的關鍵因素及其影響因 子。同時在探測器前端放置漸變濾光片用於進一步降低各個光譜通道的背景，因此，系統可實現較高的信噪比。 本發明的技術方案如下
本發明的一種高背景抑制型熱紅外高光譜實驗裝置，包括紅外望遠鏡頭組
4，狹縫5，熱紅外分光組件6，熱紅外探測器8，熱紅外波段漸變濾光片7、 可控溫度的製冷箱1和數據採集存儲電子學系統11。可控溫度的製冷箱1體內 抽真空，內置可升降杜瓦14，可灌注液氮，整個成像光學系統放置於製冷箱1 中，成像光路保溫包裝，其底板與液氮製冷的冷頭連接，同時也加熱控溫裝置 用於調整溫度。成像光路由於是單獨包裝，阻隔箱體對成像質量的影響，並且 光路鏡筒可以鍍上特殊塗層，降低背景輻射。為進一步降低通過光路多次反射、 透射的背景雜光，在探測器前端又增加了漸變濾光片，濾光片的帶通寬度和分 光組件的光譜解析度相當。
工作原理目標信號經望遠鏡組入射到光學系統，通過狹縫進一步阻擋雜
散光後入射到熱紅外分光組件，將入射的熱紅外譜段光線按光譜展開，經過漸 變濾光片進一步減小雜散光的影響，然後成像於熱紅外探測器，再通過數據採 集存儲電子系統採集各個波段的光譜信息，完成熱紅外光譜圖象的溫度反演及 比輻射率反演。
本發明的優點是易於實現，信噪比高，實驗方便。


圖l為本發明的裝置圖。
附圖中l.製冷箱；2.鍺窗口；3.光學鏡筒；4.紅外望遠鏡頭組；5. 狹縫；6.熱紅外分光組件；7.熱紅外波段漸變濾光片；8.熱紅外探測器； 9.內部探測器線纜；IO.外部探測器線纜；ll.數據採集存儲電子學系統；12. 轉接頭；13.控溫裝置；14.可升降杜瓦；15.成像光路箱；16.導熱底板。
圖2為本發明的裝置主要部件立體分布圖。
具體實施例方式下面根據圖l給出本發明一個較好實施例，以便進一步給出本發明的技術 細節，使能更好地說明本發明的結構特徵和功能特點，但不是用來限定本發明 的範圍。
系統實現成像指標
光譜範圍8.0 10. 5um 光譜解析度80nm 波段數>32 量化位數12bits
成像方式推帚成像
NEAT:《0. 3K
參閱圖l，本實例採用圓柱形製冷箱l，箱體中放置可上下升降的杜瓦2， 液氮灌注其中，控溫裝置13控制成像光路箱15內的溫度在80K-200K範圍內 連續變化，熱紅外光學窗口6採用9ram厚的鍺玻璃，分光組件6核心部件採用 平面反射閃耀光柵，探測器8採用法國Sofradir公司的長波320 X 256探測器， 自帶制冷機。調整系統的溫度，可以獲取在不同溫度值的探測器圖像，從而分 析不同溫度下熱紅外高光譜成像系統的信噪比。具體如圖2所示。
熱紅外分光組件6採用平面反射閃耀光柵，設計入射光與衍射光夾角為90 度，光線入射角為41.2度，光柵刻線為10線對/mm，閃耀波長為9. 37um，則 8um時衍射角為47. 62度，10. 5um時衍射角為49. 79度。
熱紅外波段漸變濾光片7選擇選擇波段在8um 10. 5um的漸變濾光片， 漸變步長為80nm，與探測器相應譜段匹配。探測器光譜解析度為80nm，在相 應譜段內，信號完全通過，而噪聲只有原來的1/32，有效地提高了信噪比。
製冷箱1設計製冷箱1中放置可上下升降的杜瓦2，通過導熱底板16 將光學系統製冷至77K，控溫裝置13可控制杜瓦的溫度。由於探測器工作溫度 範圍為一41° 71° ，成像光路箱15封閉整個光學系統，以免低溫光學系統
5影響探測器的工作。製冷箱l內部抽真空，以免空氣中的水汽在低溫下凝結影 響光學系統的工作。
數據採集存儲電子學系統11將採集到的光學信號轉換為數位訊號，通過 輻射定標及光譜定標參數，對紅外高光譜圖象進行非均勻性校正及溫度反演。
權利要求
1. 一種高背景抑制型熱紅外高光譜實驗裝置，包括紅外望遠鏡頭組(4)、狹縫(5)、熱紅外分光組件(6)、熱紅外探測器(8)、熱紅外波段漸變濾光片(7)、製冷箱(1)和數據採集存儲電子學系統(11)，其特徵在於所述的製冷箱(1)中的成像光路箱(15)的溫度可以通過控溫裝置(13)在80K-200K範圍內連續可調。
全文摘要
一種高背景抑制型熱紅外高光譜實驗裝置，可用於獲取熱紅外高光譜實驗數據。它包括熱紅外望遠鏡頭組，狹縫，熱紅外分光組件，熱紅外探測器，熱紅外波段漸變濾光片、可控溫度的製冷箱和數據採集存儲電子學系統。本發明結構簡單，易於實現。
文檔編號G01N21/00GK101482491SQ20081020456
公開日2009年7月15日 申請日期2008年12月15日 優先權日2008年12月15日
發明者軍 劉, 徐衛明, 穎 林, 王建宇, 鵬 童, 董德平, 袁立銀 申請人:中國科學院上海技術物理研究所