CN104181613B - 一种地基红外测云仪现场标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了地基红外测云仪现场标定方法，采用便携式点源黑体，通过加装二维精细位置调节机构，使得点源黑体进行二维位置的精细调节；点源黑体在实际标定过程中起码具有二个温度标定点，二个温度标定点标定的温度须稳定在温差至少相差30℃的两个温度点上。在每个温度点上，通过调节点源黑体的位置，使得地基红外测云仪的光机组件获得的辐射图像中均匀分布有若干检测像素点；然后采用两点法对这些像素点进行标定，得到修正系数，并根据已经存储的原始定标系数矩阵和检测像素点最新的修正系数进行内插得到全场修正系数。

Description

一种地基红外测云仪现场标定方法
技术领域
本发明属于大气探测领域，具体涉及一种地基红外测云仪现场标定方法及装置。
背景技术
地基红外测云仪一般采用大视场非致冷红外焦平面阵列这一核心器件，以便于昼夜连续获取大气向下红外辐射。然而这种器件具有温漂、时漂以及非均匀性等不利特点。为了保证红外辐射值的准确测量，仪器一般在出厂前需要进行定标。并且会在测云仪内部安装内定标黑体，在每次测量时需要对准内黑体拍摄并扣除漂移。如发明专利CN100510781C所公布的一种非致冷焦平面红外测云的方法。
由于地基红外测云仪需要长期在野外环境工作，需要如CN101089657B所述的一种光学测云仪器的三伺服装置进行防护。但在实际工作过程中，红外传感器加装的外置镜头和锗玻璃保护片会产生老化，从而使得测量的红外辐射随着时间的增加而产生变化。这种变化目前难以控制，并且尚没有现场标定的方法以保证测量辐射的准确性。只能通过一段时间更换外置镜头和锗玻璃保护片，并将测云仪重新回厂进行定标后使用。
发明内容
本发明的目的是：针对目前地基红外测云仪长期在野外工作后，外置镜头和锗玻璃保护片的老化产生的不可控制的测量准确性下降难题，提出一种现场标定方法及机构，以便于定期对地基红外测云仪开展现场标定。
本发明的技术方案为：地基红外测云仪现场标定方法，采用便携式点源黑体，通过加装二维精细位置调节机构，使得点源黑体进行二维位置的精细调节；点源黑体在实际标定过程中起码具有二个温度标定点，二个温度标定点标定的温度须稳定在温差至少相差30℃的两个温度点上。在每个温度点上，通过调节点源黑体的位置，使得地基红外测云仪的光机组件获得的辐射图像中均匀分布有若干检测像素点；然后采用两点法对这些像素点进行标定，得到修正系数，并根据已经存储的原始定标系数矩阵和检测像素点最新的修正系数进行内插得到全场修正系数。
便携式点源黑体的控温精度±0.1℃，有效发射率大于0.95，且工作温度范围在-20℃～50℃。其放置于水平和垂直导轨之上，并通过支架支撑；工作时，现场标定装 置的垂直面与被标定的地基红外测云仪光机组件平行。
采集和控制模块根据计算机的输入进行流程：(1)将点源黑体稳定在一个温度标定点；(2)控制位置调节机构，使得地基红外测云仪的光机组件获得的辐射图像中同时均匀分布有若干检测像素点，并记录位移；(3)进入第二个温度标定点，按已记录的位移获得此温度点下的若干检测像素点；
数据处理模块工作流程：(1)采用两点法对这些像素检测点进行标定，得到修正系数；(2)根据已经存储的原始定标系数矩阵和检测像素点最新的修正系数进行内插得到全场修正系数。
地基红外测云仪现场标定装置，该装置采用便携式点源黑体，便携式点源黑体装在二维精细位置调节机构，在每个温度点上，通过调节点源黑体的位置，使得地基红外测云仪光机组件获得的辐射图像中均匀分布有若干检测像素点。精细位置调节机构可以是水平和垂直导轨通过采集控制模块被控制，点源黑***置控制到厘米级；导轨的水平和垂直位移均不小于20cm；
二维精细位置调节机构包括导轨及支撑机构；设有采集和控制模块、数据处理模块组成；采集和控制模块包括导轨位置调节子模块、点源黑体温度调节子模块、数据采集子模块；数据处理模块主要用于通过数据分析得到标定系数。
本发明的有益效果是：本发明所提出一种地基红外测云仪现场标定方法及机构，实现了方便快捷地对地基红外测云仪进行定期现场标定，很大程度上克服了由于外置镜头和锗玻璃保护片的老化产生的不可控制的测量准确性下降难题，对保证地基红外测云仪长期数据获取的稳定性提供了有效途径。
附图说明
图1是地基红外测云仪现场标定装置示意框图；
图2是地基红外测云仪现场标定方法的流程图。
具体实施方式
地基红外测云仪现场标定装置包括便携式点源黑体、导轨及支撑机构、采集和控制模块、数据处理模块等组成。其中便携式点源黑体的控温精度±0.1℃，有效发射率大于0.95，且工作温度范围在-20℃～50℃。其放置于水平和垂直导轨之上，并通过支架支撑。导轨可通过控制模块被可靠控制，位移控制到厘米级。水平和垂直位移均不小于20cm。采集和控制模块包括导轨位置调节子模块、点源黑体温度调节子模块、数据采集子模块等。数据处理模块主要用于通过数据分析得到标定系数。
工作时，现场标定装置的垂直面与被标定的地基红外测云仪光机组件平行。
采集和控制模块根据计算机的输入开始以下流程：
(1)将点源黑体稳定在一个温度点；
(2)控制位置调节机构，使得地基红外测云仪光机组件获得的辐射图像中均匀分布有若干检测像素点，并记录位移；
(3)进入第二个温度点，按已记录的位移获得此温度点下的若干检测像素点。
然后，数据处理模块开始以下工作：
(1)采用两点法对这些像素检测像素点进行标定，得到修正系数；具体来说，就是按照定标模型y＝kx+b，其中y为辐射值，x为测云仪的AD值。将两个温度点的数据代入定标模型，即可求得定标系数k和b。
(2)根据已经存储的原始定标系数矩阵和检测点最新的修正系数(即定标系数k和b)进行内插得到全场修正系数。
点源黑体为常规的点源黑体辐射源，在黑体辐射源壳体内靠近辐射口一侧支撑悬装有一黑体辐射体，黑体辐射体上设有电加热装置和温度传感器，黑体辐射体四周与壳体内表面之间形成使空气流动的间隙，在辐射源壳体内远离辐射口的另一侧黑体辐射体与壳体端壁之间的空间里，安装有温控电路板和温控仪，在该对应侧的端壁上安装有散热风扇和控制开关及风扇开关。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.地基红外测云仪现场标定方法，其特征是采用便携式点源黑体，通过加装二维精细位置调节机构，使得点源黑体进行二维位置的精细调节；点源黑体在实际标定过程中起码具有二个温度标定点，二个温度标定点标定的温度须稳定在温差至少相差30℃的两个温度点上；在每个温度点上，通过调节点源黑体的位置，使得地基红外测云仪的光机组件获得的辐射图像中均匀分布有若干检测像素点；然后采用两点法对这些点进行标定，得到修正系数，并根据已经存储的原始定标系数矩阵和检测像素点最新的修正系数进行内插得到全场修正系数；
所述便携式点源黑体的控温精度±0.1℃，有效发射率大于0.95，且工作温度范围在-20℃～50℃；其放置于水平和垂直导轨之上，并通过支架支撑；工作时，现场标定装置的垂直面与被标定的地基红外测云仪光机组件平行；
二维精细位置调节机构是水平和垂直导轨通过采集控制模块控制，点源黑***置控制到厘米级；导轨的水平和垂直位移均不小于20cm；二维精细位置调节机构包括导轨及支撑机构；设有采集和控制模块、数据处理模块；采集和控制模块包括导轨位置调节子模块、点源黑体温度调节子模块、数据采集子模块；数据处理模块用于通过数据分析得到标定系数；
采用的流程如下：（1）将点源黑体稳定在一个温度标定点；（2）控制位置调节机构，使得地基红外测云仪的光机组件获得的辐射图像中同时均匀分布有若干检测像素点，并记录位移；（3）然后进入第二个温度标定点，按已记录的位移获得此温度点下的若干检测像素点；
数据处理模块工作流程：（1）采用两点法对这些像素检测点进行标定，得到修正系数；（2）根据已经存储的原始定标系数矩阵和检测点最新的修正系数进行内插得到全场修正系数。
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