主動(dòng)式紅外光譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于探測(cè)目標(biāo)的紅外輻射接收裝置，尤其涉及一種主動(dòng)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(jiǎn)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(cè)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(qiáng)度變化等于被測(cè)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(diǎn)被人們揭示出來(lái)，但是由于高分辨率傅里葉變換光譜反演過(guò)程所需要的計(jì)算量非常大，因此直到20世紀(jì)后半葉，傅里葉光譜技術(shù)才隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)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(cè)量領(lǐng)域的重要地位。特別是在1965年，J.ff.Cooley和J.1 Tukey發(fā)明了快速傅里葉變換(FFT)算法并且把它應(yīng)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(jì)算時(shí)間大大縮短，也使得傅里葉變換光譜測(cè)量技術(shù)的廣泛應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。
[0003]根據(jù)普朗克定律，只有當(dāng)溫度大于1000°C的物體才可以向外發(fā)出可見(jiàn)光，而所有溫度大于絕對(duì)零度(-273Γ)的物質(zhì)都會(huì)向周?chē)臻g進(jìn)行紅外輻射。紅外輻射也稱紅外線。1800年英國(guó)天文學(xué)家William Herschel在研究太陽(yáng)的熱效應(yīng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)紅光區(qū)的溫度達(dá)到最大，因此命名為紅外線。
[0004]對(duì)紅外線的探測(cè)主要通過(guò)紅外光譜儀來(lái)實(shí)現(xiàn)，一般分為主動(dòng)式和被動(dòng)式，但是目前不管哪種探測(cè)方式都存在一定的局限，比如輻射源不夠功率強(qiáng)大、傳感器不夠靈敏等。
【實(shí)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(wèn)題，彌補(bǔ)現(xiàn)有目前市場(chǎng)上現(xiàn)有產(chǎn)品的不足。
[0006]本實(shí)用新型提供了一種主動(dòng)式紅外光譜儀，所述光譜儀包括紅外源、接收器、放大器和計(jì)算機(jī)終端，其中，紅外源與放大器連接，接收器與計(jì)算機(jī)終端連接，紅外源的輸出口和接收器的接收口均指向目標(biāo)。
[0007]優(yōu)選的，上述紅外源為高強(qiáng)度主動(dòng)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設(shè)置在目標(biāo)同一側(cè)。
[0010]優(yōu)選的，上述接收器通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)終端連接。
[0011 ] 優(yōu)選的，上述計(jì)算機(jī)終端連接為便攜式電腦。
[0012]本實(shí)用新型提供的主動(dòng)式紅外光譜儀的探測(cè)方式具有靈敏度高，探測(cè)距離遠(yuǎn)，多液滴，氣溶膠等懸浮物都有很好的探測(cè)能力。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中標(biāo)記:1_紅外源；2_接收器；3_放大器；4_計(jì)算機(jī)終端；5_目標(biāo)；6_數(shù)據(jù)線。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0016]大氣是光學(xué)信息傳播最主要的自然介質(zhì)，大氣對(duì)光學(xué)新的影響是光學(xué)遙感儀器必須考慮的主要問(wèn)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?dú)?、氧氣等。大氣層自上而下分為?duì)流層、平流層、中間層、熱層和散逸層。其中對(duì)流層和平流層是對(duì)探測(cè)器影響較大的兩層。
[0017]光學(xué)系統(tǒng)在探測(cè)信號(hào)時(shí)無(wú)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。
[0018]I)大氣散射
[0019]電磁波在不均勻性或各向異性介質(zhì)中傳播時(shí)，改變?cè)瓉?lái)傳播方向的現(xiàn)象稱為散射。大氣散射的強(qiáng)度取決于電磁波波長(zhǎng)、穿過(guò)的大氣厚度、大氣微粒大小和含量。散射的主要類(lèi)型有瑞利散射，Mie散射和散粒散射。瑞利散射與電磁波長(zhǎng)有關(guān)，是粒子直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于入射波長(zhǎng)時(shí)發(fā)生的散射，散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方成反比。Mie散射是當(dāng)粒子尺度與入射波長(zhǎng)接近或可比擬時(shí)發(fā)生的散射，散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的二次方成反比。散粒散射是波長(zhǎng)小于粒子直徑時(shí)發(fā)生的散射，也稱為粗粒散射，與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，是一種非選擇性散射。
[0020]2)大氣折射
[0021]電磁波在穿越大氣時(shí)，會(huì)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)。
[0022]3)大氣吸收
[0023]電磁波在經(jīng)過(guò)大氣時(shí)，大氣中的各種氣體成分會(huì)對(duì)電磁波有不同程度的吸收。其中以臭氧、二氧化碳和水汽對(duì)大氣的吸收最為明顯。
[0024]4)大氣窗口
[0025]電磁波在經(jīng)過(guò)大氣時(shí)，與大氣的相互作用是復(fù)雜的。不同電磁波在通過(guò)大氣到達(dá)傳感器時(shí)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(wú)法通過(guò)，有的則通過(guò)率很高，消減作用很小(例如可見(jiàn)光)。這些透過(guò)率很高的波帶被稱為“大氣窗口”常用的大氣窗口有5個(gè):
[0026]1)0.30?1.15m大氣窗口。這是遙感技術(shù)應(yīng)用的最主要窗口之一。譜段上包括全部可見(jiàn)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(guò)率約為70% ;0可見(jiàn)光窗口為40?0.70m，透過(guò)率約為95% ;近紅外窗口為0.70?1.10m，透過(guò)率約為80%;該窗口的光譜主要反映地物對(duì)太陽(yáng)光的反射，通常稱為短波區(qū)，是非常理想的觀測(cè)、攝影波段，很多衛(wèi)星的傳感器工作在這個(gè)波段中，采用攝影或掃描的方式在白天感測(cè)、收集目標(biāo)信息成像。典型應(yīng)用有Landsat衛(wèi)星的TM的I?4波段，SPOT衛(wèi)星的HRV波段等。
[0027]2) 1.30?2.50m大氣窗口，屬于近紅外波段。該窗口按習(xí)慣分為兩個(gè)子窗口，分別是1.40?1.90m及2.00?2.50m。這兩個(gè)窗口的透過(guò)率都在60%?95%之間。其中，1.55?1.75m透過(guò)率較高，白天夜間都可以應(yīng)用掃描成像方式感測(cè)、收集目標(biāo)信息，主要用于地質(zhì)遙感。比如TM的5、7波段等用以探測(cè)植物含水量以及云、雪或用于地質(zhì)制圖等
[0028]3)3.50?5.0Om大氣窗口，屬于中紅外波段，透過(guò)率約為60%?70%之間。該窗口包含地物反射光譜，可以用來(lái)探測(cè)高溫目標(biāo)，如森林火災(zāi)、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(cè)海面溫度，獲得晝夜云圖。
[0029]4) 8?14m大氣窗口，屬于熱紅外波段，透過(guò)率約為80%。由于常溫下地物光譜輻射出射度最大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)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(cè)信息最主要反映地物的發(fā)射率及溫度。
[0030]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(guò)率約為35%?40% ;2?5_窗口的透過(guò)率約為50%?70% ; 8?100mm微波窗口的透過(guò)率為100%。微波的特點(diǎn)是能穿透運(yùn)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(dá)影像，Radarsat的衛(wèi)星雷達(dá)影像等在具體使用時(shí)，使用者將其攜帶在野外，紅外輻射源向目標(biāo)發(fā)射紅外輻射，目標(biāo)將紅外輻射返回，由接收器接收，再將信號(hào)出入到便攜式計(jì)算機(jī)終端中，記錄下信號(hào)。傳感器接收到的大氣中傳播的紅外信息可以分為兩個(gè)部分:第一部分是物體本身的“輻射”經(jīng)過(guò)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(duì)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(shí)際物體發(fā)出、反射或散射的電磁波。程輻射與波長(zhǎng)一定的關(guān)系，這是因?yàn)槌梯椛渑c大氣的散射作用有關(guān)。
[0031]本實(shí)用新型的主動(dòng)式紅外光譜儀具體如圖1所示，紅外光譜設(shè)備帶有紅外源1，紅外源I向待測(cè)目標(biāo)5發(fā)射紅外輻射，在目標(biāo)的同一側(cè)設(shè)有紅外傳感器2，傳感器2接收經(jīng)過(guò)目標(biāo)5吸收后的紅外譜線，從而獲得目標(biāo)5物體的紅外輻射響應(yīng)特征，進(jìn)行定性或定量分析。主要探測(cè)數(shù)據(jù)為物體的吸收譜。
[0032]本實(shí)用新型提供的主動(dòng)式紅外光譜儀的探測(cè)方式具有靈敏度高，探測(cè)距離遠(yuǎn)，多液滴，氣溶膠等懸浮物都有很好的探測(cè)能力。
[0033]以上所述之【具體實(shí)施方式】為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，并非以此限定本實(shí)用新型的具體實(shí)施范圍，本實(shí)用新型的范圍包括并不限于本【具體實(shí)施方式】，凡依照本實(shí)用新型之形狀、結(jié)構(gòu)所作的等效變化均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種主動(dòng)式紅外光譜儀，其特征在于:所述光譜儀包括紅外源(I)、接收器(2)、放大器(3)和計(jì)算機(jī)終端(4)，其中，紅外源(I)與放大器(3)連接，接收器(2)與計(jì)算機(jī)終端(4)連接，紅外源⑴的輸出口和接收器⑵的接收口均指向目標(biāo)(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式紅外光譜儀，其特征在于:所述紅外源(I)為高強(qiáng)度主動(dòng)輻射源。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式紅外光譜儀，其特征在于:所述接收器(2)為紅外傳感器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式紅外光譜儀，其特征在于:所述紅外源(I)和接收器(2)設(shè)置在目標(biāo)(5)同一側(cè)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式紅外光譜儀，其特征在于:所述接收器(2)通過(guò)數(shù)據(jù)線(6)與計(jì)算機(jī)終端(4)連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的主動(dòng)式紅外光譜儀，其特征在于:所述計(jì)算機(jī)終端(4)連接為便攜式電腦。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種主動(dòng)式紅外光譜儀，包括紅外源(1)、接收器(2)、放大器(3)和計(jì)算機(jī)終端(4)，其中，紅外源(1)與放大器(3)連接，接收器(2)與計(jì)算及終端(4)連接，紅外源(1)的輸出口和接收器(2)的接收口均指向目標(biāo)(5)。紅外源(1)為高強(qiáng)度主動(dòng)輻射源。紅外源(1)和接收器(2)設(shè)置在目標(biāo)(5)同一側(cè)。接收器(2)通過(guò)數(shù)據(jù)線(6)與計(jì)算機(jī)終端(4)連接。計(jì)算機(jī)終端(4)連接為便攜式電腦。本實(shí)用新型提供的主動(dòng)式紅外光譜儀的探測(cè)方式具有靈敏度高，探測(cè)距離遠(yuǎn)，多液滴，氣溶膠等懸浮物都有很好的探測(cè)能力。
【IPC分類(lèi)】G01V8/10
【公開(kāi)號(hào)】CN204807712
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520257391
【發(fā)明人】劉曉嵐
【申請(qǐng)人】劉曉嵐
【公開(kāi)日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年4月21日