红外傅里叶变换光谱在化学上的应用

(一)红外傅里叶变换光谱(FT-IR)的特点 1.FT-IR FT-IR是利用干涉谱的傅里叶变换取得红外光谱的技术,被变换的干涉谱是双光束Michelson干涉仪当光束间光程差从零变到一些极大值时的记录。FT-IR系统是由Michelson干涉仪和计算机组成的,它是多路技术、干涉量度技术和变换技术的结合体。这里,光谱是通过数字变换复原的量,而干涉谱才是原始测量的量。当光源的发射为复色辐射时,干涉谱为:     

飞机红外光谱辐射特性的多光谱测量

飞机机体及其羽流的红外光谱辐射特性,可以为探测、跟踪系统的谱段选择提供依据。准确的光谱辐射特性有利于提高系统探测和跟踪的能力。对飞机的红外辐射光谱特性进行了外场测量研究。建立和分析了辐射传输模型,设计了一个多谱段、滤光片分光的中波红外多光谱成像仪,采用了640pixel×512pixel的中波面阵探测器,响应波长范围覆盖3.7~4.8μm,并对其噪声性能进行了评估。实际选取了民航飞机进行实验测量,获取了机体及羽流在4个谱段上的光谱辐射特性。与传统的方法相比,获得了更真实的飞机红外辐射光谱特性。     

辐射背景对岩石受力热红外光谱变化影响的实验研究

研究表明,岩石在加载过程中表面的红外辐射随应力发展而变化,而辐射信息的有效提取与辐射背景存在密切关系。通过理论分析不同实验环境对岩石受力热红外光谱变化影响,开展了花岗岩在室内外环境下的受力热红外光谱观测实验,分析了不同辐射背景下岩石红外辐射与应力的相关性以及由应力引发的辐射变化信息的强弱差异,并对两种环境下岩石应力热红外探测的优势波段进行了对比分析。结果表明,辐射背景对岩石受力热红外光谱探测结果有重要影响,室外环境因背景辐射较弱,相同应力作用下的红外辐射变化更加显著,与应力之间的相关程度更高,优势波段区间更宽,更加有利于岩石应力的热红外探测。8.0~11.8 μm波段是利用热红外遥感监测地表花岗岩应力变化的优势波段。     

尾喷焰红外辐射特性的小波压缩

本文针对发动机尾喷焰的目标红外特性开展谱分析研究.采用热流法求解辐射传输方程,获得尾喷焰表观红外辐射特性仿真数据,应用多尺度小波分解红外光谱获得小波压缩系数.考察了不同小波函数及小波尺度下红外特性光谱的压缩效果.研究结果表明,基于小波的尾喷焰红外辐射特性光谱数据压缩方法是可行的,尾喷焰红外光谱主要信息基本保留,变量维数压缩可达10倍以上.     

机载FTIR地球大气红外背景辐射光谱特征研究

介绍了机载傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪测量地球大气红外背景辐射的实验过程,对地球/大气的红外背景辐射进行了详细的分析,给出了描述这一辐射过程的理论表达式,证明红外背景辐射主要取决于地表温度、地表发射率、大气透过率和大气温度这四个参数。在理论分析的基础上,对不同观测高度、不同地物背景的实测光谱进行了对比和分析,得到了红外背景辐射的光谱特征。     

一种2～14μm红外光谱辐射计的辐射定标方法

提出了一种分区多点标定的辐射定标方法。定标原理如下:将测量目标的温度区间分为n个子区间,测量并记录目标温度区间内n+1个不同温度黑体对应的红外光谱辐射计输出数据,并分别计算各个子区间的定标系数;进行红外光谱辐射测量时,比对红外光谱辐射计输出数据和记录数据,确定待测目标所属温度子区间;使用对应子区间的定标系数进行辐射定标,以提高测量精度。使用该方法对研制的渐变滤光片型红外光谱辐射计进行辐射定标,并根据定标结果反演测量黑体的等效亮温温差。实验结果表明,该方法的辐射定标精度优于1.5 K,可应用于红外光谱辐射计的辐射定标。     

红外诱饵的辐射特性及在光电对抗系统中的作用

介绍了红外诱饵的辐射特性及在光电对抗系统中的作用，给出两类诱饵的光谱辐射特性曲线、光谱辐射数据表、红外热辐射特征、时域变化特性曲线等，指出诱饵弹的发展趋势。     

FT-IR微量取样

博里叶变换红外(FT-IR)光谱具有光通量、速度和频率精度都超过传统色散型的红外光谱的优点。因此FT-IR是理想的适用于微量样品研究的仪器。本文中,我们将介绍一种用于FT-IR光谱仪的非常灵敏的微量取样附件的设计及它的一些应用。在别的地方叙述过的微量取样附件是由全反红外显微镜组成,安装在仪器的样品室之上。由FT-IR仪器出来的红外光束聚焦到样品上,样品是水平地固定在一个标准的显微镜的X-Y平台上。由样品透射或反射的辐射用一个卡塞格仑物镜来会聚。该物镜在显微镜主体内产生样品的一个象,在该象平面上有一个可变光阑用来分离出样品的感兴趣的部位。通过该光阑的光聚焦在一个非常灵敏的小面积的MCT探测器上。直线排列的可观察的成象系统允许对样品进行直观的观察。该微量取样附件可以记录尺寸大小从20μm×20μm到250μm×250μm的样品的FT-IR光谱。本文将介绍微型FT-IR技术的各种应用。这些应用包括显微微粒的辨别,例如液体里不希望的悬浮物,煤粒不均匀性的研究等等。在高聚物分析方面,该技术可用来研究缺陷,例如高聚物薄膜中的凝胶和雾点。高聚物层压材料可穿过其厚度做成切片,以记录每一层的光谱。     

污染云团红外辐射传输模型与红外光谱的计算机仿真

针对建立的三层结构污染云团红外辐射传输模型,采用实测场地背景和各种干扰物辐射光谱作为基本的辐射数据,对不同浓度的污染云团红外辐射光谱进行仿真.结果表明:利用实测场地背景辐射光谱和该模型仿真污染云团DMMP红外光谱,光谱在810 cm-1,920 cm-1和1 040 cm-1波段上有明显的特征峰.当模型考虑干扰物和背景辐射的变化影响时,污染云团在810 cm-1,920 cm-1和1 040 cm-1波段上的光谱特征明显减弱.仿真光谱与场地实测光谱有比较好的符合,两者的RMS误差约为1.0.     

红外光谱辐射亮度测量中温度均匀性和源尺寸效应的研究

在已有的紫外、可见和近红外波段的光谱辐射亮度国家基准的基础上，将光谱辐射亮度的测量范围向红外波段扩展，建立2 μm～14 μm红外光谱辐射亮度计量基准装置，可为遥感对地观测、气候变化、目标识别、材料发射率测量等领域的红外光谱辐射定标提供技术支撑。针对红外光谱辐射亮度测量中的温度均匀性和源尺寸效应进行研究，通过定制光阑或限制所用腔口位置实现了温度均匀性的提升；采用光学仿真、增加光阑和简化光路等方法进行了系统源尺寸效应的分析和抑制，有效地降低了源尺寸效应的不确定度。下一步将对系统的非线性效应等参数进行研究，并对整套系统的不确定度进行评估。     

点源红外目标模拟器测量数学模型

用数学公式分析从黑体入射光阑到红外光谱辐射计中探测器的有效响应面及红外辐射的传输过程（包括入射角的余弦值、辐射源的立体角、红外光谱辐射计中的入射光阑口径、光学镜的光谱反射率、大气传输比等因素）对光谱辐射传输的影响。建立适用的目标模拟器测量数学模型。     

中国遥感卫星辐射校正场陆表热红外发射率光谱野外测量

中国遥感卫星辐射校正场陆表发射率光谱是利用陆表场地进行遥感器红外通道绝对辐射定标的关键因子之一。基于光谱平滑的温度与发射率分离反演迭代算法,利用高精度的BOMEM MR154傅里叶变换红外光谱仪和红外标准板,对敦煌戈壁陆表发射率光谱进行测量。获得了不同时间和地点测量的陆表发射率光谱数据,并与利用CE312通道式红外辐射计在相同区域的测量结果进行比较分析。结果表明各个通道发射率的差别均在0.012以内,具有较好的一致性。利用该发射率光谱测量结果,可以在敦煌戈壁——中国遥感卫星辐射校正陆面场,对目前国内外主流的遥感卫星热红外通道进行在轨场地绝对辐射定标。     

空间目标红外辐射特性研究

利用目标的红外光谱特性进行目标探测和识别是一种有效的方法。以空间卫星为目标,研究了其红外辐射特性形成的机理;利用所建立的数学模型,仿真了空间目标在探测面上所形成的红外光谱特性曲线;分析了模型中各参数对目标光谱特性的影响程度和卫星目标的红外光谱曲线。     

利用红外光谱仪快速测量塑料薄膜厚度

通过对塑料薄膜红外光谱的研究,得到了快速定量无损伤测量塑料薄膜厚度的方法:记录不同厚度的同种塑料薄膜傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,应用朗伯-比尔定律,结合红外光谱分析法作出塑料薄膜的厚度与特征峰吸光度的工作曲线,从而快速、准确、无损伤地测量薄膜的厚度.同时建立了特征峰吸光度与厚度线性关系的数学模型,并对此种模型进行了验证.     

交流等离子体显示器的红外辐射光谱

为优化交流等离子体显示器(AC PDP)的单元结构和驱动电压,采用光谱测量系统和交流等离子体显示器宏单元对电极结构参量、带有浮动电极的新型单元结构及维持电压脉冲参量对Ne-Xe混合气体放电辐射的红外光谱的影响进行了实验研究。结果表明,随着维持电极宽度增加,单元放电辐射的828 nm红外光谱的强度提高,而其辐射效率基本保持不变;随着维持电极间隙增大或在维持电极间加有适当宽度的浮动电极,红外辐射光谱的强度及其辐射效率均提高;提高维持电压脉冲频率或幅度,可增加红外辐射强度,但辐射效率降低。     

压力作用下石英砂岩的热红外光谱变化与敏感响应波段

在实验室对石英砂岩进行单轴压缩加载,利用红外光谱辐射计(观测波段8～14μm)对加载过程中试样的红外光谱辐射变化特征进行观测,研究岩石红外辐射对应力响应的敏感波段。实验结果显示,当岩石被加载时,红外光谱随之发生变化,但不同波段变化特征不同,在8.0～11.5μm范围(尤其在8.6～9.1μm)石英砂岩的红外光谱辐射强度随载荷增加而增加,二者间近似呈两次曲线关系,且光谱辐射强度的"信噪比"较高;在其它波段光谱辐射强度与载荷的相关性差且"信噪比"较低。由此表明,8.0～11.5μm是石英砂岩红外辐射对应力响应的敏感波段,也是岩石应力与灾变红外遥感监测的优势波段,而最佳监测波段是8.6～9.1μm。     

高温目标短波红外光谱辐射亮度方向效应研究

为探究高温目标短波红外波段(1300～2500 nm)光谱辐射亮度是否具有方向效应,及光谱辐射亮度与辐射天顶角的关系,以500℃石墨与金属板(304不锈钢)为高温目标,设计了暗室条件下高温目标0°～70°辐射天顶角光谱辐射亮度测量实验。利用方差分析研究短波红外波段辐射亮度是否具有方向效应,采用最小二乘法,对高温目标的方向光谱辐射亮度进行拟合,进而探究其变化规律。实验结果显示:在显著性水平α=0.01的条件下,石墨板与金属板在不同辐射天顶角的光谱辐射亮度均存在显著差异;采用最小二乘法,使用指数函数对高温目标的方向光谱辐射亮度进行拟合,拟合精度均大于0.95。研究表明:金属板较石墨板具有更显著的方向效应;石墨光谱辐射亮度方向效应不随波长的变化而变化,金属板光谱辐射亮度方向效应受波长的影响;两种材质的方向光谱辐射亮度与辐射天顶角(0°～70°)均呈指数关系。     

毛细管的GC-FT-IR对一些农药混合物的研究

付里叶变换红外(FT-IR)光谱仪的高速度和高灵敏度的优点使它能接到毛细管气体色谱上并完成高速运转的GC-FT-IR实验。同时带有数据收集的FT-IR数据系统,能够由红外数据来重建色谱的程序。这些色谱程序可以是克-施密特数或是官能团。在数据收集处理的终了,记录下的各种色谱成分的光谱可以根据气相红外数据检索出来。     

短波红外成像光谱仪的景物辐射采集特性

为了研究棱镜色散的非线性对短波红外(1.0~2.5μm)成像光谱仪采集景物辐射能量和信噪比(SNR)的影响,首先推导出系统采集辐射能量和光谱采样计算表达式,并在短波红外光谱范围内进行了计算分析。结果表明,在相同的光谱通道数前提下,与等间隔光谱采样方法相比,单棱镜色散成像光谱仪探测器像元采集到的景物辐射能量,在1.0~1.85μm光谱范围比较高,在1.85~2.5μm光谱范围比较低,信噪比具有类似的特点;随着光谱采样通道数的增加,大气的弱吸收特征越来越明显地表现出来。     

地表发射率的机载傅里叶变换红外光谱反演方法研究

介绍了利用机载傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪测量地球、大气辐射的实验过程,并对由光谱仪测得的辐射与地表光谱发射率、大气透过率等参数的关系进行了深入的分析,给出了理论表达式。提出了一种基于梯度搜索的优化方法,即由机载FTIR光谱仪测得的辐亮度光谱反演得到方差最小的光谱发射率最优解。反演结果表明,在中红外波段,沙地平均光谱发射率为0.70,裸土地表平均光谱发射率为0.95。