红外探测器光谱响应度测试技术研究

光谱响应度是探测器的重要技术参数之一，随着红外探测技术的发展，精确测量红外探测器的光谱响应度变得越来越重要。首先对红外探测器光谱响应度的测试技术进行分析，然后建立红外探测器相对光谱响应度测量装置，并用腔体热释电探测器在该装置上进行红外探测器光谱响应度校准实验。通过对红外探测器相对光谱响应度进行重复测量，给出测量结果的平均值，最后对影响测量结果的不确定度进行分析。由于该装置的测量范围是1～20μm，因此还可以实现InSb探测器和HgCdTe探测器相对光谱响应度的测量。不确定度分析结果表明，InGaAs探测器光谱响应度的测量精度较高。     

基于红外光谱技术的混合气体检测系统概述

为了给从事红外混合气体检测领域的研究人员提供一定的借鉴与参考,针对红外混合气体检测系统中的光学复用结构以及检测方法进行了详细评述。目前,以量子级联激光器(QCL)、带间级联激光器(ICL)为代表的相干光源已逐渐取代热辐射红外光源、红外发光二极管(LED)等传统非相干光源,成为红外混合气体检测中的主流光源。相应地,具有超高探测度和极短响应时间的红外光探测器也逐渐超越以往的红外热探测器,占据红外探测器领域的主导地位。基于“复用思想”的光学复用结构则是红外混合气体检测系统的核心,主要包括单光源复用检测结构和多光源复用检测结构。其中,单光源复用检测结构以其体积小、集成度高等优点成为构建便携式混合气体检测系统的重要选择;而多光源复用检测结构是时分复用、频分复用、波分复用等思想的具体化,并凭借其较宽的光谱覆盖范围、较高的光谱分辨率等优势成为当前混合气体检测系统中的主导结构。应用于红外混合气体检测的检测方法主要有非分光红外(NDIR)光谱技术、波长/频率调制光谱技术、腔增强光谱技术以及光声光谱技术等。研究人员可通过对红外混合气体检测系统各组成部分充分了解后,设计出实用的红外混合气体检测系统,对工农业生产、环境监测、生命科学等诸多领域都具有重要意义。     

多通道扫描型红外光纤气体测量系统研究

提出了一种将声光可调滤光器技术应用于气体浓度测量的红外光谱系统。该系统以氙灯作为光源,TeO2晶体作为声光介质的色散元件,InGaAs光电二极管阵列作为多通道检测器,利用光纤探测和传输光信号,由计算机处理数据和显示结果。通过声光调制将宽带光变为单色光,通过超声射频的变化实现光谱扫描,可对不同气体进行快速测量,无机械调谐机构,结构简单。通过对甲烷气体的实验表明,该系统的有效光谱测量范围为900~1900nm,光谱分辨率为60nm,可用于对有害气体的在线检测。     

Passive infrared detector used for detection of very slowly moving of crawling people

The paper presents construction and principle of operation of passive IR detectors (PIR detectors) of a large detection range. Important virtue of these detectors is highly efficient detection of slowly moving or crawling people. The described here PIR detector detects crawling people at the distance of 140 m. To ensure high probability of detection of slowly moving objects, new method of signals analysis was applied. On the basis of the carried out real-time measurements, both probability of detection and false alarms were determined.     

一种非致冷红外探测器真空封装的研究

介绍了一种非致冷红外探测器杜瓦组件的封装设计;对探测器件在真空封装过程中的关键工艺技术进行了比较深入的分析;阐述了影响组件真空寿命及可靠性的因素以及解决措施。     

红外气体传感器多光路光学系统设计

在实验研究的基础上分析了采用红外发光二极管为光源的气体传感器在设计中应考虑的几个因素。对四种设计方案进行了比较 ,从而提出了双光源四探测器的新型多光路光学系统设计方案。采用这种光学系统不但可以对温度、环境、气室尘染、器件失配等引起的干扰进行补偿 ,而且还可以对由光源发光功率和探测器响应度变化引起的传感器灵敏度的波动进行补偿。对新光学系统进行的实验分析表明 ,该光学系统的长期工作稳定性和温度稳定性都优于其它设计方案     

Cross-interference correction and simultaneous multi-gas analysis based on infrared absorption

In this paper, we present simultaneous multiple pollutant gases (CO 2 , CO, and NO) measurements by using the non-dispersive infrared (NDIR) technique. A cross-correlation correction method is proposed and used to correct the cross-interferences among the target gases. The calculation of calibration curves is based on least-square fittings with third-order polynomials, and the interference functions are approximated by linear curves. The pure absorbance of each gas is obtained by solving three simultaneous equations using the fitted interference functions. Through the interference correction, the signal created at each filter channel only depends on the absorption of the intended gas. Gas mixture samples with different concentrations of CO 2 , CO, and NO are pumped into the sample cell for analysis. The results show that the measurement error of each gas is less than 4.5%.     

红外光谱响应度测试系统研究

红外光谱响应度是红外探测领域的重要技术指标。介绍了红外光谱响应度的测试技术及其测试系统。该系统选用以无光谱选择的腔体热释电探测器为标准,用双单色仪进行分光同时,采用国际上最新的测试方法完成了红外波段光谱响应度的测量,获得了高的测量不确定度,分析了测试结果及其影响因素。     

基于窄带隙聚合物的高性能可见-近红外光伏探测器

聚合物光伏探测器是一种极具应用前景的新型光电探测器件.研究了基于窄带隙聚合物的高性能可见-近红外光伏探测器,结果表明,所制备的光伏探测器在可见至近红外光谱范围内具有宽的光谱响应(380—960 nm)、出色的响应度(840 nm时达到380 mA/W)和归一化探测度;同时,器件在暗态反偏条件下的能级示意图揭示了器件内平均电场较低是较厚光敏层器件具有低噪声电流的主要原因.电容-电压与时间周期性响应曲线研究表明聚合物光伏探测器具有快速的响应能力和良好的周期重复性.     

Continuous‐wave optical parametric oscillator based infrared spectroscopy for sensitive molecular gas sensing

Over the past 10 years, with the advent of new crystals designs and a new generation of pump lasers, continuous‐wave (cw) optical parametric oscillators (OPOs) have developed into mature monochromatic light sources. Nowadays, cw OPOs can fulfill a wide variety of criteria for sensitive molecular gas sensing. It can access the mid‐infrared wavelength region, where many molecules have their fundamental rotational‐vibrational transitions, with high power. This high power combined with wide wavelength tuning and narrow linewidth creates excellent conditions for sensitive, high‐resolution spectroscopy. OPOs combined with robust methods, such as photoacoustic spectroscopy and cavity‐enhanced spectroscopy, are well suited for field measurements and remote‐sensing applications. The wide tunability of cw OPOs allows detection of larger molecules with broad absorption band structures, and its fast scanning capabilities allow rapid detection of trace gases, the latter is a demand for life‐science applications. After a short introduction about the physical principle of cw OPOs, with its most recent physical developments, this review focuses on sensitive molecular gas sensing with a variety of spectroscopic applications in atmospheric and life sciences.     

利用电子俘获材料研制复合型短波红外探测器

论述了短波红外探测技术的发展状况及其在探测、识别和遥感等领域的需求。阐述了高分辨、低成本的短波红外探测器的研究意义。分析了电子俘获材料(ETM)的上转换功能及其光学特性,提出了ETM与CCD结合实现复合短波红外探测的方案,并获得了初步的实验结果。     

Identification and treatment approach for spectral baseline distortion in processing of gas analysis online by Fourier transform infrared spectroscopy

Addressing the problem of baseline drift or distortion in Fourier transform infrared spectra when analyzing gas continuously at scene, a novel and simple method is proposed to identify and treat spectral baseline drift. Firstly, the spectral baseline was corrected with the common approach followed by standard gas analysis. Then, absorbance of analytes was reconstructed and reduced from the corrected spectrum. Finally, a Fourier transform was performed with the difference spectrum, and the first four-line strengths were used as feature variables to determine if baseline distortion occurred. In the end of this paper, this approach has been applied in the field of wellhead gas logging with Fourier transform infrared. The application results showed that all the spikes had been removed from the raw logging curves, confirming that this approach could be used to identify spectral baseline distortion accurately.     

二维材料异质结高灵敏度红外探测器

要想实现弱光探测,需要探测器具有高灵敏度.石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷等二维材料因具有宽光谱吸收、带隙可调、高载流子迁移率等良好的光学与电学性能,广泛应用于红外探测器的制作,然而这些材料存在弱光吸收、载流子迁移率低、空气稳定性差等问题,制约了其在高灵敏度红外探测领域的应用.同单一的二维材料相比,二维材料异质结不仅具有各...     

基于地基观测的时序卫星红外光谱建模与分析

针对地基观测的卫星红外光谱受复杂因素的影响和外场试验对测量卫星物性信息的缺乏,无法解释卫星红外光谱反演出特征的有效性和具体物理意义的问题,提出了一种基于地基观测的卫星热红外光谱的建模和分析的方法.首先,考虑了太阳辐射、地球辐射、卫星各面对探测器的可见情况、地基探测器可探测卫星的范围、大气衰减等因素的影响,更加准确地建立卫星热红外光谱模型.然后,以风云三号卫星为例,利用该模型计算了在观测时序上卫星在地基探测器入瞳上的3—14μm红外光谱辐照度;分析了影响卫星红外光谱变化的主要因素.最后,利用普朗克函数拟合卫星红外光谱,提取出特征与卫星的物性比较,并对其进行分析.结果表明:在各种影响因素中,由卫星运动引起的对探测器可见情况的改变是影响卫星红外光谱数据的主要因素.等效温度和等效面积物理含义能被有效地解释,等效温度接近于太阳帆板的温度,温差仅在15 K左右,等效面积能表征卫星投影面积的变化;发现利用帆板和本体有较大的温差,能实现帆板和本体的分离,并实现新特征的提取.     

基于近红外光谱技术的人体血糖浓度无创检测系统的研制

开发了一种小型化人体血糖浓度无创检测系统,该系统可实现人体血糖浓度的快速、实时、无创检测,主要由嵌入式系统、夹具、光源系统和微型光栅光谱仪四部分组成。提出了一种光源稳压驱动电路方案,可满足多种光谱采集条件对光源的要求。同时提出了一种一体化夹具设计方案,不仅简化了系统的光学结构,而且提高了测量条件的可重复性。分别用小波去噪和核偏最小二乘法对采集的光谱数据进行预处理和数学建模,并对系统进行性能评价,血糖浓度预测值与标准值的相关系数为0.95,预测均方根误差为0.6mmol.L-1,系统的重复性较好。     

多点瓦斯激光传感技术的研究

以甲烷为主要成分的瓦斯气体有易燃易爆特性,在进行高瓦斯矿采掘时极易发生瓦斯爆炸,实时监测矿井瓦斯浓度是煤矿安全预警的重要任务。利用基于波长调制的可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)的高灵敏度、高选择性、快速响应特点和光纤传感技术的抗电磁干扰、防燃防爆、可远程控制的优点实现了多点瓦斯的实时监测。分析研究了光强变化对气体浓度反演的影响,验证了I2f/I1f的方法能有效的减小监测浓度值的波动,系统瓦斯检测限<0.05%。     

基于红外差分检测的甲烷气体传感器

鉴于红外吸收法检测甲烷气体浓度时,误差的补偿是提高检测精度的核心。通常采用各种差分吸收技术来进行误差的补偿,减少各种干扰。基于红外差分检测原理,设计一种双波长差分甲烷传感器。利用旋转滤光盘控制滤波和光的通过,使测量光和参考光分时通过光路,实现了单光源单光路单探测器结构,消除了光源功率波动、光路损耗以及探测器的不稳定带来的误差,提高了检测精度。实验表明,在0～6%浓度范围内,该传感器最大相对误差小于1%。     

基于HgCdTe红外探测器的微弱信号检测电路设计

 被动动态傅里叶变换红外光谱（FTIR）仪可用于周围环境红外辐射的光谱分析,其中红外信号检测是光谱仪中的重要组成部分。基于高信噪比、高灵敏度、温漂小和抗干扰能力强的电路设计原理,采用滤波电源供电,使用高速低噪声高精度的运算放大器,通过合理的电路布局和元器件选择来设计红外信号检测电路。在大气环境和室内气室的实验条件下,红外信号检测电路组成的红外光谱仪对目标气体进行红外遥感,并对实验结果进行了分析和探讨。实验结果表明：在系统中运行的检测电路具有较高的信噪比和较好的稳定性,测量精度高,可实现对大气环境的红外遥感。     

基于光纤耦合长光程LED-DOAS技术的大气NO_2测量研究

大气中NO2的含量在10-9量级。研究了一种以发光二极管(LED)为光源的光纤耦合长光程差分吸收光谱(DOAS)系统,用于测量大气NO2。对比了四种不同类型和波段的蓝光LED,确定以中心波长451nm的CREE宝蓝LED为测量光源。在0.8km的测量光程、2min的测量时间分辨率的情况下,在445nm~465nm光谱反演波段内得到NO2的探测限为3.36×10-9。利用系统对大气NO2的浓度进行了一整天的连续观测,通过对吸收光谱的分析计算,反演出的大气NO2浓度在(7~31)×10-9之间变化。测量结果表明,将光纤耦合技术与LED光源的长光程DOAS系统相结合后,可实现大气NO2的高灵敏、高时间分辨率探测。     

单组分双分析通道红外气体检测方法研究

基于单分析通道非分散红外(non-dispersive infrared, NDIR)气体分析技术, 提出一种单组分双分析通道气体检测方法. 根据SO₂的红外吸收特征, 采用逐线积分气体吸收模型和方法, 选择洛伦兹展宽线型并考虑温度和气压对积分线强、线型的影响, 确定了两个分析通道的滤波参数.使用7.32 μm和4 μm波段分别反演小于等于 280 ppm与大于280 ppm的SO₂浓度;使用最小二乘法, 以三阶多项式为拟合模型, 获得了两个分析通道的定标曲线.对系统的测量线性度、检测限和测量准确度进行了分析. 两个分析通道的联合可以实现约几ppm至10000 ppm的宽动态范围的SO₂测量, 且系统测量线性度大于0.99, 测量误差小于5%.既克服了NDIR气体分析技术检测灵敏度和宽动态测量范围不能同时兼顾的缺陷, 良好的系统测量线性度还为多组分气体分析的干扰修正提供了非常必要的前提条件.