主動式紅外光譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于探測目標的紅外輻射接收裝置，尤其涉及一種主動紅外光譜儀，屬于紅外光譜設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傅里葉變換光譜技術(shù)，或簡稱為傅里葉光譜技術(shù)，可以追溯到1880年發(fā)明的邁克爾遜(Michelson)干涉儀；雖然該發(fā)明的初衷是用于真空中光速的測量，但是它具備了現(xiàn)代傅里葉變換光譜儀的基本結(jié)構(gòu)。1891年邁克爾遜明確指出，在雙光束干涉儀的接收面上，由光程差變化引起的干涉強度變化等于被測光譜的傅里葉變換，從而奠定了現(xiàn)代傅里葉變換光譜儀的理論基礎(chǔ)。在隨后發(fā)展歷程中，盡管傅里葉光譜技術(shù)的很多優(yōu)點被人們揭示出來，但是由于高分辨率傅里葉變換光譜反演過程所需要的計算量非常大，因此直到20世紀后半葉，傅里葉光譜技術(shù)才隨著數(shù)字計算機技術(shù)的發(fā)展逐步占據(jù)光譜技術(shù)、尤其是紅外光譜測量領(lǐng)域的重要地位。特別是在1965年，J.ff.Cooley和J.W.Tukey發(fā)明了快速傅里葉變換(FFT)算法并且把它應用于干涉光譜儀上，從而使高分辨率傅里葉變換光譜反演所需要的計算時間大大縮短，也使得傅里葉變換光譜測量技術(shù)的廣泛應用成為現(xiàn)實。
[0003]根據(jù)普朗克定律，只有當溫度大于1000°C的物體才可以向外發(fā)出可見光，而所有溫度大于絕對零度(_273°C )的物質(zhì)都會向周圍空間進行紅外輻射。紅外輻射也稱紅外線。1800年英國天文學家William Herschel在研宄太陽的熱效應時，發(fā)現(xiàn)紅光區(qū)的溫度達到最大，因此命名為紅外線。
[0004]對紅外線的探測主要通過紅外光譜儀來實現(xiàn)，一般分為主動式和被動式，但是目前不管哪種探測方式都存在一定的局限，比如輻射源不夠功率強大、傳感器不夠靈敏等。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決好現(xiàn)有技術(shù)的問題，彌補現(xiàn)有目前市場上現(xiàn)有產(chǎn)品的不足。
[0006]本實用新型提供了一種主動式紅外光譜儀，所述光譜儀包括紅外源、接收器、放大器和計算機終端，其中，紅外源與放大器連接，接收器與計算及終端連接，紅外源的輸出口和接收器的接收口均指向目標。
[0007]優(yōu)選的，上述紅外源為高強度主動輻射源。
[0008]優(yōu)選的，上述接收器為紅外傳感器。
[0009]優(yōu)選的，上述紅外源和接收器分別設(shè)置在目標的兩側(cè)。
[0010]優(yōu)選的，上述接收器通過數(shù)據(jù)線與計算機終端連接。
[0011]優(yōu)選的，上述計算機終端連接為便攜式電腦。
[0012]本實用新型提供的主動式紅外光譜儀的探測方式具有靈敏度高，探測距離遠，多液滴，氣溶膠等懸浮物都有很好的探測能力。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本實用新型，下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細描述。
[0015]大氣是光學信息傳播最主要的自然介質(zhì)，大氣對光學新的影響是光學遙感儀器必須考慮的主要問題。大氣的主要成分包括氣體分子和其他微粒。氣體分子的主要成分有氮氣、氧氣等。大氣層自上而下分為對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層。其中對流層和平流層是對探測器影響較大的兩層。
[0016]光學系統(tǒng)在探測信號時無法避免大氣的影響。其相互作用主要有大氣散射、大氣吸收和大氣吸收。
[0017]I)大氣散射
[0018]電磁波在不均勻性或各向異性介質(zhì)中傳播時，改變原來傳播方向的現(xiàn)象稱為散射。大氣散射的強度取決于電磁波波長、穿過的大氣厚度、大氣微粒大小和含量。散射的主要類型有瑞利散射，Mie散射和散粒散射。瑞利散射與電磁波長有關(guān)，是粒子直徑遠遠小于入射波長時發(fā)生的散射，散射強度與波長的四次方成反比。Mie散射是當粒子尺度與入射波長接近或可比擬時發(fā)生的散射，散射強度與波長的二次方成反比。散粒散射是波長小于粒子直徑時發(fā)生的散射，也稱為粗粒散射，與波長無關(guān)，是一種非選擇性散射。
[0019]2)大氣折射
[0020]電磁波在穿越大氣時，會發(fā)生折射現(xiàn)象。折射率與大氣密度有直接關(guān)系，底層大氣密度大，電磁波的折射率大；上層大氣密度小，電磁波折射率也就小。這也就是海市蜃樓發(fā)生的物理基礎(chǔ)。
[0021]3)大氣吸收
[0022]電磁波在經(jīng)過大氣時，大氣中的各種氣體成分會對電磁波有不同程度的吸收。其中以臭氧、二氧化碳和水汽對大氣的吸收最為明顯。
[0023]4)大氣窗口
[0024]電磁波在經(jīng)過大氣時，與大氣的相互作用是復雜的。不同電磁波在通過大氣到達傳感器時能量被消減的程度也是不同的。有的大部分被吸收(例如紫外線)，甚至無法通過，有的則通過率很高，消減作用很小(例如可見光)。這些透過率很高的波帶被稱為“大氣窗口”常用的大氣窗口有5個:
[0025]I) 0.30?1.15m大氣窗口。這是遙感技術(shù)應用的最主要窗口之一。譜段上包括全部可見光波段、部分紫外波段和部分近紅外波段。其中，近紫外窗口為0.30?0.40m，透過率約為70% ;0可見光窗口為40?0.70m，透過率約為95% ;近紅外窗口為0.70?1.10m，透過率約為80% ;該窗口的光譜主要反映地物對太陽光的反射，通常稱為短波區(qū)，是非常理想的觀測、攝影波段，很多衛(wèi)星的傳感器工作在這個波段中，采用攝影或掃描的方式在白天感測、收集目標信息成像。典型應用有Landsat衛(wèi)星的TM的I?4波段，SPOT衛(wèi)星的HRV波段等。
[0026]2) 1.30?2.50m大氣窗口，屬于近紅外波段。該窗口按習慣分為兩個子窗口，分別是1.40?1.90m及2.0O?2.50m。這兩個窗口的透過率都在60%?95%之間。其中，
1.55?1.75m透過率較高，白天夜間都可以應用掃描成像方式感測、收集目標信息，主要用于地質(zhì)遙感。比如TM的5、7波段等用以探測植物含水量以及云、雪或用于地質(zhì)制圖等
[0027]3)3.50?5.0Om大氣窗口，屬于中紅外波段，透過率約為60%?70%之間。該窗口包含地物反射光譜，可以用來探測高溫目標，如森林火災、火山、核爆炸等。比如，NOAA衛(wèi)星的AVHRR傳感器用3.55?3.93 μ m探測海面溫度，獲得晝夜云圖。
[0028]4)8?14m大氣窗口，屬于熱紅外波段，透過率約為80%。由于常溫下地物光譜輻射出射度最大值對應的波長是9.7m，則該窗口是常溫下地物熱輻射能量最集中的波段，其探測信息最主要反映地物的發(fā)射率及溫度。
[0029]5) Imm?Im微波窗口，分為毫米波、厘米波和分米波。其中，1.0?1.8mm窗口的透過率約為35%?40% ;2?5mm窗口的透過率約為50%?70% ;8?100mm微波窗口的透過率為100%。微波的特點是能穿透運云層、植被和一定厚度的冰與土壤，具有全天候的工作能力。如側(cè)視雷達影像，Radarsat的衛(wèi)星雷達影像等在具體使用時，使用者將其攜帶在野外，紅外輻射源向目標發(fā)射紅外輻射，目標將紅外輻射返回，由接收器接收，再將信號出入到便攜式計算機終端中，記錄下信號。傳感器接收到的大氣中傳播的紅外信息可以分為兩個部分:第一部分是物體本身的“輻射”經(jīng)過大氣“濾波”之后的傳遞量。這里的“輻射”是廣義上的輻射，指的是從物體上發(fā)出的電磁波，既包括物體對照明源的反射，也包括物體本身發(fā)出的輻射。第二部分是大氣的附加信息，即程輻射。程輻射源自大氣本身作為實際物體發(fā)出、反射或散射的電磁波。程輻射與波長一定的關(guān)系，這是因為程輻射與大氣的散射作用有關(guān)。
[0030]本實用新型的主動式紅外光譜儀具體如圖1所示，紅外光譜設(shè)備帶有紅外輻射源，高強度主動輻射源像待測目標發(fā)射紅外輻射，在目標的另一側(cè)設(shè)有紅外傳感器，傳感器接收經(jīng)過目標吸收后的紅外譜線，從而獲得目標物體的紅外輻射響應特征，進行定性或定量分析。主要探測數(shù)據(jù)為物體的吸收譜。
[0031]本實用新型提供的主動式紅外光譜儀的探測方式具有靈敏度高，探測距離遠，多液滴，氣溶膠等懸浮物都有很好的探測能力。
[0032]以上所述之【具體實施方式】為本實用新型的較佳實施方式，并非以此限定本實用新型的具體實施范圍，本實用新型的范圍包括并不限于本【具體實施方式】，凡依照本實用新型之形狀、結(jié)構(gòu)所作的等效變化均在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種主動式紅外光譜儀，其特征在于:所述光譜儀包括紅外源、接收器、放大器和計算機終端，其中，紅外源與放大器連接，接收器與計算及終端連接，紅外源的輸出口和接收器的接收口均指向目標。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動式紅外光譜儀，其特征在于:所述紅外源為高強度主動輻射源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動式紅外光譜儀，其特征在于:所述接收器為紅外傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動式紅外光譜儀，其特征在于:所述紅外源和接收器分別設(shè)置在目標的兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動式紅外光譜儀，其特征在于:所述接收器通過數(shù)據(jù)線與計算機終端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的主動式紅外光譜儀，其特征在于:所述計算機終端連接為便攜式電腦。
【專利摘要】本實用新型涉及一種主動式紅外光譜儀，包括紅外源、接收器、放大器和計算機終端，其中，紅外源與放大器連接，接收器與計算及終端連接，紅外源的輸出口和接收器的接收口均指向目標。紅外源為高強度主動輻射源。接收器為紅外傳感器。紅外源和接收器分別設(shè)置在目標的兩側(cè)。接收器通過數(shù)據(jù)線與計算機終端連接。計算機終端連接為便攜式電腦。本實用新型提供的主動式紅外光譜儀的探測方式具有靈敏度高，探測距離遠，多液滴，氣溶膠等懸浮物都有很好的探測能力。
【IPC分類】G01J3-28
【公開號】CN204313960
【申請?zhí)枴緾N201420826967
【發(fā)明人】勵春亞
【申請人】象山星旗電器科技有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月13日