Thermal stabilization of static single-mirror Fourier transform spectrometers

Schardt, Michael; Schwaller, Christian; Tremmel, Anton J.; Koch, Alexander W.

doi:10.1117/12.2261924

Cited by 3 publications

(3 citation statements)

References 21 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Отношение сигнал/шум в приборе зависит от освещенности детектора, изменения температуры ФПУ при самонагревании и от температуры окружающей среды. Такие закономерности могут быть устранены благодаря введению новых температурных коэффициентов для калибровки спектральных погрешностей [5].…”

Section: рис 1 оптическая схема инфракрасного фурье-спектрометраunclassified

Determination of the sensitivity of a microbolometer camera as part of a fourier spectroradiometer

Ostrichenko¹

2019

PTSJ

View full text Add to dashboard Cite

SPIN-код: 3588-1749 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Российская Федерация Аннотация Ключевые слова Рассмотрена микроболометрическая камера, представляющая собой фотоприемное устройство (ФПУ) инфракрасного излучения, выполнены измерения ее основных параметров: чувствительности ФПУ и отношения сигнал/шум (SNR) приемника. Данные величины применяются для настроек модулей микроболометрической камеры в составе прибора. Полученная в результате эксперимента чувствительность камеры составила 80 мK, что оказалось хуже заявленного, а SNR прибора, приведенное к одному градусу, оказалось равным 342. Построена зависимость отношения сигнал/шум от частоты работы затвора микроболометрической камеры. Для подтверждения работоспособности получен спектр аммиака, выполнено его сравнение с эталонным спектром. Спектральный анализ, фотоприемное устройство, инфракрасное излучение, микроболометрическая камера, дискретные сигналы, низкочастотные фильтры, чувствительность микроболометричской камеры Поступила в редакцию 29.05.2019 Введение. Микроболометрические матрицы используют в различных конфигурациях фурье-спектрометра [1, 2]. Схема размещения инфракрасной (ИК) камеры в составе статического фурье-спектрометра представлена на рис. 1. Излучение, входящее в интерферометр, с помощью светоделителя разделяется на два когерентных потока: отраженный и прошедший. После прохождения оптической системы эти потоки создают мнимое изображение на зеркалах интерферометра Майкельсона. С использованием проекционного объектива изображение формируется в плоскости фотоприемного устройства (ФПУ, ИК-камера), где наблюдается двумерная интерференционная картина. ИК-камеры представляют собой матрицу из микроболометрических детекторов, объединенных в связанную систему. Работа болометров основана на изменении электрического сопротивления термочувствительного элемента при его нагревании [3], в то время как в пироэлектрическом детекторе используется свойство спонтанной поляризации, которая зависит от температуры. Обнаружительная способность охлаждаемых ФПУ на основе тройного соединения CdHgTe (кадмий−ртуть−теллур, КРТ) составляет около 10 10 см ⋅ Гц 1/2 /Вт и на 2 порядка выше по сравнению с неохлаждаемыми фотоприемниками: пироэлектрическими и болометрическими (около 10 8 см ⋅ Гц 1/2 /Вт) [4]. Однако нужно отметить, что график спектральной чувствительности неохлаждаемых матричных ФПУ полностью покрывает рабо-

show abstract

Section: рис 1 оптическая схема инфракрасного фурье-спектрометраunclassified

Determination of the sensitivity of a microbolometer camera as part of a fourier spectroradiometer

Ostrichenko¹

2019

PTSJ

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…The detector image as well as the detector temperature are read out at a frequency of 50 Hz for quantitative analysis (see Section 6.1 ) and at 200 Hz for qualitative high-speed measurements (see Section 6.2 ). After an algorithmic correction accounting for the microbolometer temperature according to [ 13 ], the spectra are calculated. The absorption spectra for the calibration are determined using Equation ( 2 ).…”

Section: Setup Of Gas Measurement Systemmentioning

confidence: 99%

“…Static single-mirror Fourier transform spectrometers (sSMFTS) [ 11 , 12 ] show a rugged and compact design with high SNR, as they work without moving parts and still are based on the Fourier transform principle. Temperature effects can be compensated with suitable algorithmic corrections [ 13 ]. Additionally, sSMFTS show high measurement frequencies of up to 200 Hz [ 14 ] allowing the monitoring of fast chemical reactions or of gases propagating at very high flow rates.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Gas Measurement Using Static Fourier Transform Infrared Spectrometers

Köhler

Schardt

Rauscher

et al. 2017

Sensors

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Online monitoring of gases in industrial processes is an ambitious task due to adverse conditions such as mechanical vibrations and temperature fluctuations. Whereas conventional Fourier transform infrared (FTIR) spectrometers use rather complex optical and mechanical designs to ensure stable operation, static FTIR spectrometers do not require moving parts and thus offer inherent stability at comparatively low costs. Therefore, we present a novel, compact gas measurement system using a static single-mirror Fourier transform spectrometer (sSMFTS). The system works in the mid-infrared range from 650 cm−1 to 1250 cm−1 and can be operated with a customized White cell, yielding optical path lengths of up to 120 cm for highly sensitive quantification of gas concentrations. To validate the system, we measure different concentrations of 1,1,1,2-Tetrafluoroethane (R134a) and perform a PLS regression analysis of the acquired infrared spectra. Thereby, the measured absorption spectra show good agreement with reference data. Since the system additionally permits measurement rates of up to 200 Hz and high signal-to-noise ratios, an application in process analysis appears promising.

show abstract