被动式红外光谱仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于探测目标的红外辐射接收装置，尤其涉及一种被动红外接收机，属于红外光谱设备领域。
【背景技术】
[0002]傅里叶变换光谱技术，或简称为傅里叶光谱技术，可以追溯到1880年发明的迈克尔逊(Michelson)干涉仪；虽然该发明的初衷是用于真空中光速的测量，但是它具备了现代傅里叶变换光谱仪的基本结构。1891年迈克尔逊明确指出，在双光束干涉仪的接收面上，由光程差变化引起的干涉强度变化等于被测光谱的傅里叶变换，从而奠定了现代傅里叶变换光谱仪的理论基础。在随后发展历程中，尽管傅里叶光谱技术的很多优点被人们揭示出来，但是由于高分辨率傅里叶变换光谱反演过程所需要的计算量非常大，因此直到20世纪后半叶，傅里叶光谱技术才随着数字计算机技术的发展逐步占据光谱技术、尤其是红外光谱测量领域的重要地位。特别是在1965年，J.ff.Cooley和J.W.Tukey发明了快速傅里叶变换(FFT)算法并且把它应用于干涉光谱仪上，从而使高分辨率傅里叶变换光谱反演所需要的计算时间大大缩短，也使得傅里叶变换光谱测量技术的广泛应用成为现实。
[0003]根据普朗克定律，只有当温度大于1000°C的物体才可以向外发出可见光，而所有温度大于绝对零度(_273°C )的物质都会向周围空间进行红外辐射。红外辐射也称红外线。1800年英国天文学家William Herschel在研宄太阳的热效应时，发现红光区的温度达到最大，因此命名为红外线。
[0004]对红外线的探测主要通过红外光谱仪来实现，一般分为主动式和被动式，但是目前不管哪种探测方式都存在一定的局限，比如辐射源不够功率强大、传感器不够灵敏等。主动式探测方式虽然探测距离远，灵敏度高，但是也存在体积大，耗能高，结构复杂的问题。
【实用新型内容】
[0005]为了克服现有技术的不足，解决好现有技术的问题，弥补现有目前市场上现有产品的不足。
[0006]本实用新型提供了一种被动式红外光谱仪，包括接收机和计算机终端，所述接收机与计算机终端连接，接收机的接收口指向目标，所述接收机配设有移动支架。
[0007]优选的，上述接收机为红外传感器。
[0008]优选的，上述接收机为干涉成像红外传感器。
[0009]优选的，上述接收机通过数据线与计算机终端连接。
[0010]优选的，上述计算机终端为便携式电脑。
[0011]本实用新型提供的被动式红外光谱仪，具有以下优点:
[0012]I)红外波段可以在夜间进行光谱探测；
[0013]2)无需样品提取，无需接触样品；
[0014]3)可远距离进行监测；
[0015]4)可同时测量多种物体；
[0016]5)灵敏度高，反应快。
[0017]这些优点在遥感等领域有着重要的作用。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型结构示意图。
[0019]图中标记:1_接收机；2_计算机终端；3_目标；4_数据线；5_移动支架。
【具体实施方式】
[0020]为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及【具体实施方式】对本实用新型作进一步的详细描述。
[0021]大气是光学信息传播最主要的自然介质，大气对光学新的影响是光学遥感仪器必须考虑的主要问题。大气的主要成分包括气体分子和其他微粒。气体分子的主要成分有氮气、氧气等。大气层自上而下分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。其中对流层和平流层是对探测器影响较大的两层。
[0022]光学系统在探测信号时无法避免大气的影响。其相互作用主要有大气散射、大气吸收和大气吸收。
[0023]I)大气散射
[0024]电磁波在不均匀性或各向异性介质中传播时，改变原来传播方向的现象称为散射。大气散射的强度取决于电磁波波长、穿过的大气厚度、大气微粒大小和含量。散射的主要类型有瑞利散射，Mie散射和散粒散射。瑞利散射与电磁波长有关，是粒子直径远远小于入射波长时发生的散射，散射强度与波长的四次方成反比。Mie散射是当粒子尺度与入射波长接近或可比拟时发生的散射，散射强度与波长的二次方成反比。散粒散射是波长小于粒子直径时发生的散射，也称为粗粒散射，与波长无关，是一种非选择性散射。
[0025]2)大气折射
[0026]电磁波在穿越大气时，会发生折射现象。折射率与大气密度有直接关系，底层大气密度大，电磁波的折射率大；上层大气密度小，电磁波折射率也就小。这也就是海市蜃楼发生的物理基础。
[0027]3)大气吸收
[0028]电磁波在经过大气时，大气中的各种气体成分会对电磁波有不同程度的吸收。其中以臭氧、二氧化碳和水汽对大气的吸收最为明显。
[0029]4)大气窗口
[0030]电磁波在经过大气时，与大气的相互作用是复杂的。不同电磁波在通过大气到达传感器时能量被消减的程度也是不同的。有的大部分被吸收(例如紫外线)，甚至无法通过，有的则通过率很高，消减作用很小(例如可见光)。这些透过率很高的波带被称为“大气窗口”常用的大气窗口有5个:
[0031]1)0.30?1.15m大气窗口。这是遥感技术应用的最主要窗口之一。谱段上包括全部可见光波段、部分紫外波段和部分近红外波段。其中，近紫外窗口为0.30?0.40m，透过率约为70% ;0可见光窗口为40?0.70m，透过率约为95% ;近红外窗口为0.70?1.10m，透过率约为80% ;该窗口的光谱主要反映地物对太阳光的反射，通常称为短波区，是非常理想的观测、摄影波段，很多卫星的传感器工作在这个波段中，采用摄影或扫描的方式在白天感测、收集目标信息成像。典型应用有Landsat卫星的TM的I?4波段，SPOT卫星的HRV波段等。
[0032]2) 1.30?2.50m大气窗口，属于近红外波段。该窗口按习惯分为两个子窗口，分别是1.40?1.90m及2.00?2.50m。这两个窗口的透过率都在60%?95%之间。其中，
1.55?1.75m透过率较高，白天夜间都可以应用扫描成像方式感测、收集目标信息，主要用于地质遥感。比如TM的5、7波段等用以探测植物含水量以及云、雪或用于地质制图等
[0033]3)3.50?5.0Om大气窗口，属于中红外波段，透过率约为60%?70%之间。该窗口包含地物反射光谱，可以用来探测高温目标，如森林火灾、火山、核爆炸等。比如，NOAA卫星的AVHRR传感器用3.55?3.93 μ m探测海面温度，获得昼夜云图。
[0034]4)8?14m大气窗口，属于热红外波段，透过率约为80 %。由于常温下地物光谱辐射出射度最大值对应的波长是9.7m，则该窗口是常温下地物热辐射能量最集中的波段，其探测信息最主要反映地物的发射率及温度。
[0035]5) Imm?Im微波窗口，分为毫米波、厘米波和分米波。其中，1.0?1.8mm窗口的透过率约为35%?40% ;2?5mm窗口的透过率约为50%?70% ;8?100mm微波窗口的透过率为100%。微波的特点是能穿透运云层、植被和一定厚度的冰与土壤，具有全天候的工作能力。如侧视雷达影像，Radarsat的卫星雷达影像等在具体使用时，使用者将其携带在野外，红外辐射源向目标发射红外辐射，目标将红外辐射返回，由接收机接收，再将信号出入到便携式计算机终端中，记录下信号。传感器接收到的大气中传播的红外信息可以分为两个部分:第一部分是物体本身的“辐射”经过大气“滤波”之后的传递量。这里的“辐射”是广义上的辐射，指的是从物体上发出的电磁波，既包括物体对照明源的反射，也包括物体本身发出的辐射。第二部分是大气的附加信息，即程辐射。程辐射源自大气本身作为实际物体发出、反射或散射的电磁波。程辐射与波长一定的关系，这是因为程辐射与大气的散射作用有关。
[0036]实验对比证明，在长时间测量时，两种系统获得的结果基本相同。相对于主动式遥感FTIR技术来讲，被动式遥感FTIR技术因不需要人工红外源，因而在测量时有具有对准任意方向快速收集信息的可能，因此在实际应用中，更为方便和快捷。
[0037]本实用新型的被动式红外光谱仪具体如图1所示，光谱仪包括接收机I和计算机终端2，所述接收机I与计算机终端2连接，接收机I的接收口指向目标3。接收机I为红外传感器，优选的为干涉成像红外传感器。接收机I通过数据线4与计算机终端2连接。计算机终端2连接为便携式电脑。在接收机I配设有移动支架5，移动支架5为三杆可调节结构，每一根杆可以根据实际情况调整高度并固定。
[0038]本实用新型提供的被动式红外光谱仪不使用主动红外辐射源，而是利用观测物体的自然红外辐射或对自然辐射源的反射作为信息源，通过类似于可见光的色散或干涉成像等方式获取目标的红外特征。主要探测数据为物体的发射谱。这样的工作方式具有体积小，重量轻，分辨率高，设计简单等特点，适合于车载，机载等动态平台。
[0039]以上所述之【具体实施方式】为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本【具体实施方式】，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种被动式红外光谱仪，其特征在于:所述光谱仪包括接收机(I)和计算机终端(2)，所述接收机⑴与计算机终端⑵连接，接收机⑴的接收口指向目标(3)，所述接收机(I)配设有移动支架(5)。2.根据权利要求1所述的被动式红外光谱仪，其特征在于:所述接收机(I)为红外传感器。3.根据权利要求1所述的被动式红外光谱仪，其特征在于:所述接收机(I)为干涉成像红外传感器。4.根据权利要求1所述的被动式红外光谱仪，其特征在于:所述接收机(I)通过数据线(4)与计算机终端(2)连接。5.根据权利要求1所述的被动式红外光谱仪，其特征在于:所述计算机终端(2)为便携式电脑。
【专利摘要】本实用新型涉及一种被动式红外光谱仪，包括接收机(1)和计算机终端(2)，所述接收机(1)与计算机终端(2)连接，接收机(1)的接收口指向目标(3)，所述接收机(1)配设有移动支架(5)。接收机(1)为红外传感器。接收机(1)通过数据线(4)与计算机终端(2)连接。计算机终端(2)为便携式电脑。本实用新型提供的被动式红外光谱仪不使用主动红外辐射源，而是利用观测物体的自然红外辐射或对自然辐射源的反射作为信息源，通过类似于可见光的色散或干涉成像等方式获取目标的红外特征。主要探测数据为物体的发射谱。这样的工作方式具有体积小，重量轻，分辨率高，设计简单等特点，适合于车载，机载等动态平台。
【IPC分类】G01V8/10, G01J5/10
【公开号】CN204666828
【申请号】CN201520249597
【发明人】刘晓岚
【申请人】刘晓岚
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年4月19日