光学学报, 2019, 39 (3): 0301001, 网络出版: 2019-05-10   

中红外大气背景辐射测量系统及误差分析 下载: 1323次

Measurement System and Error Analysis of Mid-Infrared Atmospheric Background Radiation
作者单位
1 中国科学院云南天文台天文光电实验室, 云南 昆明 650216
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 云南师范大学物理与电子信息学院, 云南 昆明 650504
4 云南北方驰宏光电有限公司, 云南 昆明 650217
图 & 表

图 1. 望远镜制冷组件结构设计图

Fig. 1. Structural design drawing of refrigeration module in telescope

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图 2. 抽样样本时域分布

Fig. 2. Time-domain distribution of samples

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图 3. 怀柔观测站实测(a)环境温度数据和(b)温度差值

Fig. 3. (a) Ambient temperature data and (b) temperature difference measured at Huairou observatory

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图 4. 三个天文台站大气背景辐射亮度的时间序列图

Fig. 4. Time sequences of atmospheric background radiation intensity in three astronomical observatories

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图 5. 德令哈观测站背景辐射亮度的时间序列图

Fig. 5. Time sequence of atmospheric background radiation intensity in Delingha observatory

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表 1中波红外探测器参数

Table1. Parameters of mid-infrared detector

Detector typeWavelength range /μmPixel number /(pixel×pixel)Pixel size /(10-5 m)Cooling meansNoise equivalent temperature difference /℃
HgCdTe3.7-4.8320×2563×105Stirling refrigeration0.01

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表 2常温黑体的性能参数

Table2. Characteristic parameters of common temperature blackbody

ParameterTemperature range /℃EmissivityTemperature stability /℃Temperature inhomogeneity /℃Temperature accuracy /℃Effective radiation area /cm2
Value0-1250.97±0.02±0.003±0.01±0.008400

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表 3黑体控温精度造成的相对误差

Table3. Relative error resulting from temperature control precision of blackbody

Temperature /Integrated radiance /(10-6 W·cm-2·sr-1)Relative error /%
-0.0089.9944-0.0330
09.99770
0.0081.00010.0330

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表 4数据采集误差

Table4. Data acquisition errors

Environmental temperature /℃Target temperature /Error /%Environmental temperature /℃Target temperature /Error /%
00.016300.0687
50.032050.0304
-25.0100.026015.0100.0114
150.0311150.0073
200.0378200.0073
00.055800.0542
50.051150.0508
-10.0100.034921.0100.0192
150.0366150.0368
200.0231200.0075
00.067200.0611
50.061450.0586
5.0100.019928.5100.0172
150.0256150.0285
200.0124200.0118

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表 5数据处理误差

Table5. Data processing errors

No.Environmental temperature /℃Verification temperature /℃Verification value /(10-5 W·cm-2·sr-1)Measurement value /(10-5 W·cm-2·sr-1)Error /%
1-40171.97871.93282.3754
2-40182.05392.00422.4709
3-40192.12412.07812.2134
4-40212.27842.23222.0709
52009.99780.99980.0008
62081.37961.37700.1873
720151.80111.79580.2987

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表 6外推误差估计结果

Table6. Estimation results of extrapolation errors

MeansCalibration temperature /℃Verification temperature /℃Verification value /(W·cm-2·sr-1)Measurement value /(W·cm-2·sr-1)Error /%
10-20303.0440×10-53.0690×10-50.8154
62.758.1801×10-58.2513×10-50.8631
262.75-82.7582.751.3681×10-41.3810×10-40.9348
09.9977×10-61.1237×10-512.397

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陈双远, 许方宇, 王飞翔, 袁晓伟, 罗志远, 陈骥, 罗永芳. 中红外大气背景辐射测量系统及误差分析[J]. 光学学报, 2019, 39(3): 0301001. Shuangyuan Chen, Fangyu Xu, Feixiang Wang, Xiaowei Yuan, Zhiyuan Luo, Ji Chen, Yongfang Luo. Measurement System and Error Analysis of Mid-Infrared Atmospheric Background Radiation[J]. Acta Optica Sinica, 2019, 39(3): 0301001.

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