光谱辐照度标准探测器的研制与应用

摘要

近年来基于探测器的光谱辐射精确定标方法和技术在光辐射度学、定量化遥感等领域得到了广泛的重视和应用。本文主要研究用于标准传递的光谱辐照度标准探测器及其应用，以建立溯源至低温绝对辐射计的标准传递链路，提高光谱辐照度的绝对定标精度。
　　 本文首先讨论了基于标准探测器的定标原理和技术流程。针对可见-近红外波段的光谱辐照度定标，本文采用硅陷阱探测器为核心研制了光谱辐照度探测器，它具有高灵敏度、良好的线性和稳定性等优点。本文系统地描述了标准探测器的光学、机械以及电子学系统的设计方案。光谱辐照度标准探测器的关键组成部分滤光片辐射计，在不加温控的情况下，整体具有10-3量级的温度系数，成为不确定度的主要来源之一，因此设计了基于单片机的数字PID精密温度控制系统，温控精度可达0.1℃，滤光片温度系数预期可降低到10-4量级，有效地减小了环境温度变换引起的不确定度。最后，对研制的光谱辐照度标准探测器各项性能参数进行了不确定度分析，利用其完成了标准灯光谱辐照度测量实验，测量不确定度小于1.4％。
　　 实验结果表明光谱辐照度标准探测器定标系统具有精度高、性能稳定等特点，为实现基于探测器的光谱辐照度标准传递提供了有效和可行的技术手段。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章综述

1.1辐射定标的意义

1.2辐射标准的传递

1.3光谱辐照度标准探测器国内外研究现状

1.4论文的主要工作

第二章光谱辐照度标准探测器设计

2.1光谱辐照度标准探测器的原理

2.1.1相关基本概念

2.1.2陷阱探测器(Trap detector)

2.1.3滤光片辐射计

2.1.4基于探测器的光谱辐照度测量方法

2.2光谱辐照度标准探测器光学系统设计

2.2.1系统光路设计

2.2.2光谱辐照度标准探测器中Trap接收光通量的估算

2.2.3孔径光阑的测量

2.2.4滤光片透过率的测量

2.3机械设计和热学设计

2.4电子学系统设计

2.4.1Trap前放I-V转换电路

2.4.2 AD数据采集电路设计

2.4.3显示及串口通信电路

第三章基于单片机的数字PID精密温度控制系统

3.1设计精密温控系统的必要性

3.2数字PID控制概述

3.2.1常见的温度控制系统

3.2.2 PID控制原理

3.2.3数字PID控制器

3.2.4时间最优PID控制

3.3温度控制系统硬件设计

3.3.1数字式温度传感器-DS18B20

3.3.2 12位数模转换芯片-AD7248A

3.3.3大电流驱动-OPA548

3.3.4半导体致冷器-TEC

3.4温度控制系统软件设计

3.4.1系统工作流程

3.4.2增量式数字PID控制流程

3.4.3 PID参数的整定方法

3.5温度控制系统性能分析

3.5.1参数K的影响分析

3.5.2环境温度影响分析

第四章光谱辐照度标准探测器性能评测及应用

4.1光谱辐照度标准探测器性能测试及不确定度分析

4.1.1孔径光阑半径a的测量及不确定度分析

4.1.2滤光片透过率测量不确定度

4.1.3Trap探测器光谱响应率定标及不确定度

4.1.4光谱辐照度标准探测器光谱辐照度响应率

4.2光谱辐照度标准探测器测量标准灯光谱辐照度实验

4.2.1实验装置

4.2.2实验过程与数据结果

4.2.3不确定度分析

第五章总结

参考文献

硕士期间发表论文

致谢