一种具有望远光学系统辐射标定方法技术领域
本发明属于光学精密测试领域，特别涉及到一种具有望远光学系统辐射标定方法
背景技术
在辐射定标领域，目前已经解决了具有照相光学系统的光谱测温仪在实验室内辐射标定的问题，对于具有望远光学系统的光谱测温仪主要完成相对辐射功率的校准，或在外场进行远距离的校准。
对于第一种方法，只给出辐射功率相对的大小，不能准确给出辐射功率到底是多少；第二种方法在外场远距离的校准，由于受到环境光照和天气条件的影响校准精度不高。因此对于具有望远光学系统的光谱测温仪进行绝对辐射功率的校准一直是行业内的难题。
发明内容
本发明设计了一种具有望远光学系统辐射标定方法，通过对光谱功率响应函数的标定来解决长期以来具有望远光学系统光谱测温仪的辐射标定问题。
本发明的技术方案如下：一种具有望远光学系统辐射标定方法，包括以下步骤：
1）设计具有望远光学系统光谱测温仪的标准装置
根据具有望远光学系统光谱测温仪的测试要求，其成像在无限远处，因此，具有望远光学系统光谱测温仪的标准装置一般由标准光源模块和光学准直系统组成，如图1所示。
其中标准光源模块包括标准光源及其供电系统、光谱辐射亮度监控单元、可变光栏等，提供在光谱分布不变的情况下输出连续可调的辐射功率。
光学准直系统主要由光学准直镜及其精密安装调整底座等组成。
最后，标准光源的光谱功率分布和光学准直镜的光谱反射率均由计量部门进行校准。
2）建立具有望远光学系统辐射标定的数学模型。
根据光学成像原理和光谱辐射探测理论可知，在标准光源的照射下达光谱测温仪的光谱功率响应函数K(λ)由下式给出：
K(λ)=Φs(λ)·ρ(λ)/[V(λ)-V0]
式中，Φs(λ)为标准光源的光谱功率，ρ(λ)为光学准直镜的光谱反射比。V(λ)为在标准光源照射下光谱测温仪的输出光谱信号，V0为标定环境的杂光信号。根据公式（1），由于标准光源的光谱功率和光学准直镜的光谱反射比已经由计量部门标定，只要准确测试在标准光源照射下光谱测温仪的输出光谱信号和V0环境的杂光信号即可获得仪器的光谱功率响应函数K(λ)，其单位为W/V。
3）标定
打开标准光源，将光谱测温仪按照如1放置在平行光路中，对准入射光线，并对光谱测温仪进行上下、左右、前后调节，使光源的像清晰可见并充满光谱辐射计的测量视场。调节标准光源的可变光栏，使光谱测温仪的输出信号在光谱辐射计的最佳测试范围。
其次，关闭可变光栏，由光谱测温仪读取环境的杂光信号V0，再打开可变光栏，由光谱测温仪读取标准光源的输出信号V(λ)。
最后，按照建立的数学模型计算光谱测温仪的光谱功率响应函数K(λ)，并输入光谱测温仪标定系统。即完成辐射标定。
本发明的有益效果是：该方法依据光谱辐射理论和光学成像原理，模拟无限远标准目标，通过对各个模块标准辐射参数的准确测试，建立校准的数学模型来实现具有望远光学系统光谱测温仪辐射功率的标定，该方法解决了在光谱探测领域对于具有望远光学系统光谱测温仪辐射绝对功率定标的难题，且简单可行、测量精度高。
附图说明
图1为本发明的光谱测温仪标定原理图。
图2为本发明的标准光源模块图。
具体实施方式
本发明优选实施例用于爆炸测温的光谱测温计，其辐射温度范围一般为1000℃～4000℃，由于温度过高，无法采用标准黑体进行标定，一般通过对辐射功率的准确测试并结合普朗克定律来实现高温部分温度的标定。
（1）标定装置组成
其标定原理见图1，主要由标准光源模块和光学准直系统组成，其中标准光源模块包括标准光源及其供电系统、光谱辐射亮度监控单元、可变光栏等，提供在光谱分布不变的情况下输出连续可调的辐射功率，光学准直系统主要由光学准直镜及其精密安装调整底座等组成。
（2）标定原理
根据光学成像原理，当标准光源发出的光束经过光学准直系统后变为平行光，是理想的无限远标准目标，由光谱辐射探测理论可知，到达光谱测温仪的标准光谱功率Φ(λ)和光谱测温仪的光谱功率响应函数K(λ)可分别由下式给出：
Φ(λ)=Φs(λ)·ρ(λ)（1）
K(λ)=Φ(λ)/[V(λ)-V0]（2）
式中Φs(λ)为标准光源的光谱功率，ρ(λ)为光学准直镜的光谱反射比。V(λ)为在标准光源照射下光谱测温仪的输出光谱信号，V0为标定环境的杂光信号。
根据公式（1）、（2），有：
K(λ)=Φs(λ)·ρ(λ)/[V(λ)-V0]（3）
（3）标定
打开标准光源，将光谱测温仪按照如1放置在平行光路中，对准入射光线，并对光谱测温仪进行上下、左右、前后调节，使光源的像清晰可见并充满光谱辐射计的测量视场。调节标准光源的可变光栏，使光谱测温仪的输出信号在光谱辐射计的最佳测试范围。
其次，关闭可变光栏，由光谱测温仪读取环境的杂光信号V0，再打开可变光栏，由光谱测温仪读取标准光源的输出信号V(λ)。
最后，按照公式（3）计算光谱测温仪的光谱功率响应函数K(λ)，并输入光谱测温仪标定系统。即完成辐射标定。
（4）爆炸辐射功率和爆炸温度的测试
当光谱测温仪的光谱功率响应函数标定后，则光谱测温仪在某个光谱（λ1～λ2）范围对爆炸源输出的辐射功率Φt(λ)为：
Φt(λ)=∫λ2λ1K(λ)·[Vt(λ)-V0t(λ)]·dλ（4）
式中Vt(λ)为光谱测温仪测试被测爆炸源的输出光谱信号，V0t为被测爆炸源环境的杂光信号。
将公式（3）代入公式（4）即可获得光谱测温仪的的辐射功率为：
Φt(λ)=∫λ2λ1Φs(λ)·ρ(λ)·[Vt(λ)-V0t(λ)]/[V(λ)-V0]·dλ(5)
由公式（3）可知，只要对标准光源和光学准直镜进行绝对标定，即可获得光谱测温仪光谱功率响应函数，当光谱测温仪光谱功率响应函数标定后按照公式（5），通过测试被测爆炸源的输出光谱信号和被测爆炸源环境的杂光信号即可获得被测爆炸源的辐射功率。
当爆炸源辐射功率确定后，依据普朗克定律通过对发射率的算法研究即可获得爆炸源的爆炸温度。