UDC621.384.3
中华人民共和国国家标准
GB/T13584—92
红外探测器参数测试方法
Measuring methods for parameters of infrared detectors1992-07-15发布
国家技术监督局
1993-05-01实施
主题内容与适用范围
3测试方法
3.1方法1010：黑体响应率
3.2方法1020：噪声
3.3方法1030：光谱响应
3.4方法1040:探测率
3.5方法1050：噪声等效功率
3.6方法1060：时间常数
3.7方法1070：面积
3.8方法1080:阻抗
附录A
黑体光谱能量因子F
附录 B
参数符号
（12）
（14)
（21）
（21）
中华人民共和国国家标准
红外探测器参数测试方法
Measuring methods for parameters of infrared detectors1主题内容与适用范围
GB/T13584-92
本标准规定了红外探测器（以下简称探测器）的参数测试方法及其检测设备和仪器的要求。本标准适用于各类单元红外探测器的参数测试，也适用于多元红外探测器相应的参数测试。2总则
2.1概述
本标准只给出了测试红外探测器参数的工作原理及方法，在引用本标准时，有关的具体要求应在细规范中加以说明。
本标准仅规定了一套基本的测试方法，它并不意味着不能采用其他的测试方法，采用其他的测试力法时，采用者必须确保测试具有相同的精度，而且必须在检测报告中予以说明。2.2一般注意事项
2.2.1对探测器和测试仪表的预防措施2.2.1.1极限值
对所有的测试，测试条件都不能超过探测器的极限值，例如：不能使用最人偏置。如果要在最大偏置值附近工作，应十分小心地监视探测器的噪声，而且偏置值的增加应十分缓慢。当用激光光源照射探测器时，应将其功率衰减到小于探测器所允许的最大功率。2.2.1.2测试用仪表
对以变压器为输入电路的前置放大器，应避免用万用表测量前置放大器的初级阻抗，以免损坏前置放大器，前置放大器应工作在线性范围内。2.2.2热平衡条件
用于各测试系统中的电子仪器，都应预热到一定时间后，方可进行测量，预热时间对不同的测试系统应有明确的规定。
2.2.3温度
对所有的测试，都应在探测器所需的工作温度下进行，探测器工作温度的波动应不影响测试精度。2.2.4黑体辐射源
黑体辐射源的温度为500K，若选用其他温度的黑体辐射源，应在测试条件中注明。在计算黑体辐射源辐射到探测器的辐射功率时，按净辐射计算。黑体辐射源至探测器的距离应远大于探测器面积的平方根，即满足微面元条件。2.2.5激光的安全防护
对使用激光器的各测试系统，要备有漫反射档光板和激光防护镜。2.2.6环境条件
2.2.6.1电磁屏蔽
国家技术监督局1992-07-15批准1993-05-01实施
GB/T13584—92
所有的测试均应在具有良好电磁屏蔽的条件下进行，测试系统的接地电阻应小于0.1Q。2.2.6.2振动
在测试过程中，应避免强的机械冲击和振动。2.2.6.3洁净度
所有测试均在洁净的房间内进行，特殊要求者应在详细规范中规定。2.2.6.4气候环境条件
所有测试均在正常大气条件下进行，特殊要求者应在详细规范中规定。正常大气条件：
温度：15～35℃；
相对湿度：45%~75%；
大气压力：86106kPa。
仲裁条件：
温度：25士1℃；
相对湿度：48%~52%；
大气压力：86106kPa。
2.2.7在测试探测器的光谱响应时，被测探测器的光学路程应与参考探测器相等。3测试方法
3.1方法1010：黑体响应率
3.1.1定义
黑体响应率是指探测器输出的电信号的基频电压的均方根值(开路)或基频电流的均方根值（短路）与入射辐射功率的基频分量的均方根值之比。用R表示。3.1.2测试方框图
偏置电源
黑体辐射源
3.1.3测量仪表
3.1.3.1黑体辐射源
调制盘
标准电阻
探测器
放大器
要减器
分析仪
标准信号
发生器
黑体温度为500K，从腔底到腔长的2/3处的温差小于1K，在2h内，温度的稳定度优于±0.5K；黑体辐射源的有效发射率优于0.99；带有调制盘并给出调制转换因子，优选下列各频率为调制频率：110，12.5，60，300，400，600，800，1000，1250，2500和20000Hz；优选下列各孔径为黑体辐射孔径：2
GB/T13584—92
0.5，1，23，4，5，6，7.8，10mm。被测探测器与黑体辐射孔径之间的距离可调，入射到被测探测器整个灵敏面上的黑体辐照应是均匀的。黑体辐射源应定期送计量部门检定。3.1.3.2前置放大器
前置放大器与被测探测器实现最佳源阻抗匹配，其噪声系数应小于1dB，前置放大器应工作在线性范围，并具有平坦的幅频特性，其带宽和增益应满足测试要求，增益的稳定度应优于士0.1%。3.1.3.3标准信号发生器
标准信号发生器输出均方根值确知的正弦波电压，其精度应优于士1%，输出电压可调，对502负载能输出不小于1V的均方根值，频率可调，其可调范围应满足测试要求。3.1.3.4标准衰减器
标准衰减器的频率范围应满足测试要求，其精度应优于土1%。3.1.3.5偏置电源
偏置电源采用电池，其内阻与负载电阻相比可忽略不计，偏置电源应装有一只高阻电压表或一只低阻电流表，当这些仪表装在偏置电路中时，它的内阻应不影响测量精度。3.1.3.6探测器电路
探测器电路包括探测器、探测器的负载电阻、联结偏置电源和联结探测器一一前置放大器的电路，该电路还包括一只注入信号的标准电阻Rca，被测探测器通过它接地，Rca的阻值与电路的阻值相比是很小的，通常用12电阻。
3.1.3.7频谱分析仪
频谱分析仪的频率范围应满足测试要求，其带宽应小于中心频率的1/10，电压读数精度应优于土1%，积分时间在0.1～100s范围内可调，峰值因子不小于4。当调制频率小于等于12.5Hz时.应采用锁相放大器，锁相放大器应符合3.3.3.7条的要求。3.1.4测量步骤
3.1.4.1准直
将被测探测器置于黑体辐射源的光轴上，使辐射信号垂直入射到被测探测器上，被测探测器灵敏面的法线与辐射信号的入射方向的夹角应小于10°，调节黑体辐射孔径与被测探测器之间的距离，使被测探测器输出足够大的信号。
3.1.4.2确定偏置范围
调节偏置电源，确定出被测探测器的偏置范围，但不得超过被测探测器连续工作时的最大偏置值。3.1.4.3测量信号电压V、
调节频谱分析仪的中心频率与调制频率于相同，标准信号发生器的输出调到零，记下频谱分析仪的读数；然后移去辐照，将标准信号发生器的频率置于于，调节标准衰减器，使频谱分析仪的读数仍为，记下标准信号发生器的输出信号电压和标准衰减器的衰减量，从输出信号电压中扣除标准衰减器的衰减量，得出被测探测器的信号电压V。。对各种偏置值重复上述测量，得出不同偏置值下的信号电压V。。3.1.5计算
3.1.5.1计算黑体辐照度
黑体辐照度E为：
式中：
黑体辐射源的有效发射率；
调制因子；
一斯芯藩-玻尔兹曼常数；
T—黑体温度,K；
E = α(T - T)A
（1）
T环境温度,K;
GB/T 13584—92
A—黑体辐射源的光栏面积，cm21-黑体辐射源的光栏至被测探测器之间的距离，cm；一黑体辐照度，W/cm2。
3.1.5.2计算入射到探测器上的辐射功率入射到探测器上的辐射功率P为：P=A,E
式中：P
-辐射功率，W；
探测器标称面积，cm2。
3.1.5.3计算黑体响应率
黑体响应率R为：
式中：R--—
黑体响应率，V/W；
V-—信号电压，V。
5规定条件
环境温度，K；
探测器工作温度，K；
探测器面积，cm；
黑体温度，K；
黑体辐射源的辐射孔径，mm；
调制频率,Hz；
黑体辐射源的有效发射率；
探测器与黑体辐射孔径之间的距离，cm；频谱分析仪带宽,Hz；
偏置值.V：
标准电阻Real2。
3.2方法1020：噪声
3.2.1定义
探测器噪声是指探测器在无穷大负载时，扣除前置放大器的噪声后，探测器两端的噪声。用V表示。
测试方框图
3.2.3测量仪表
偏置电源
被测探测器
标准电阻
GB/T13584—92
前置放大器
标准衰减器
测量仪表应符合3.1.3.2～3.1.3.7条的要求。3.2.4测量步骤
3.2.4.1测量包括被测探测器在内的测试系统的噪声v频谱分析仪
标准信号发生器
偏置加在探测器上，将标准信号发生器的输出信号调到零，用频谱分析仪测量噪声V，改变频谱分析仪的中心频率，记录不同频率下的。对各种偏置值重复上述测量，记录不同偏置下的噪声N。3.2.4.2测量除去被测探测器后的测试系统的噪声V用阻值约等于被测探测器阻值的精密线绕电阻代替被测探测器，该线绕电阻器的温度应保持在使其产生的热噪声远小于放大器的噪声，对于很高阻抗的探测器（例如热释电探测器），应将被测探测器连同它的阻抗变换器作为探测器的一个整体，用频谱分析仪测量噪声，改变频谱分析仪的中心频率，记录不同频率下的噪声va。
3.2.4.3测量测试系统的增益G
标准信号发生器的频率置于于，把标准衰减器调到比被测探测器的噪声约大100倍的标准信号，跨接到标准电阻Re上，将频谱分析仪调到标准信号的频率，测量跨接在Re上的电压和频谱分析仪上的电压，后者被前者除，得出增益G。3.2.5计算
探测器噪声%为：
式中：证
%=(一%呢· R:/ Rt)
负载电阻的热噪声，V；
-一负载电阻，2；
一探测器电阻，2；
一频谱分析仪带宽，Hz。
3.2.6规定条件
环境温度,K；
探测器工作温度，K；
频谱分析仪带宽，Hz；
偏置值，V；
探测器电阻，Q；
f.负载电阻，2。
3.3方法1030：光谱响应
3.3.1定义
GB/T13584-92
探测器的光谱响应是指探测器的相对响应与入射辐射波长的函数关系（典型曲线如图3所示）。用R表示。bZxz.net
相对响应
3.3.2测试方框图
辐射源
3.3.3测量仪表
3.3.3.1辐射源
调制盘
被测探测器
单色仪
参考探测器
前置放大器
波长（μm）
锁相放大器
前置放大器
用灼热的能斯特灯或硅碳棒作辐射源，电源的电压稳定度应优于土1%。电流稳定度应优于土0.5%，硅碳棒或能斯特灯应放在适宜的罩子或套筒内。3.3.3.2调制盘
在辐射源与单色仪之间紧靠单色仪入射狭缝处放置两个调制盘，即在参考探测器的光路中放置调制盘，其调制频率为10Hz或12.5Hz，在被测探测器的光路中放置一调制盘，其调制频率可在下列频率点中选取：10,12.5，60，800，1000Hz。3.3.3.3单色仪
GB/T13584—92
单色仪波长的可调范围应能覆盖被测探测器的光谱响应，其单色辐射束的波长宽度应不大于中心波长的1/30，单色辐射源入射到被测探测器灵敏面上的辐照应是均匀的。3.3.3.4参考探测器
用辐射热电偶或热释电探测器作参考探测器，它的光谱响应应是已知的，响应随波长的变化曲线应平坦。参考探测器应定期送计量部门校准。3.3.3.5前置放大器
参考探测器和被测探测器后面所连接的前置放大器，均应满足光谱响应测试的要求。3.3.3.6偏置电源
偏置电源应符合3.1.3.5条的要求。3.3.3.7锁相放大器
相位锁定应小于30°，相位漂移应小于5%。3.3.4测量步骤
3.3.4.1测量参考探测器的输出信号V将单色仪的出射狭缝对准参考探测器，改变单色仪的波长，用锁相放大器测量参考探测器的输出信号V.。
3.3.4.2测量被测探测器的输出信号V。将单色仪的出射狭缝对准被测探测器。改变单色仪的波长，用锁相放大器测量被测探测器的输出信号Va。
3.3.5计算
探测器的相对光谱响应R；为：
式中：S(a)-
Va·S(a)
-参考探测器的相对光谱响应。
3.3.6规定条件
环境温度，K；
相对湿度，%；
探测器工作温度，K；
参考探测器；
参考探测器调制频率，Hz；
被测探测器调制频率，Hz；
入射狭缝，mm；
波长范围.um；
偏置值，V；
窗口材料。
3.4方法1040探测率
（5）
3.4.1定义
探测率是响应率除以均方根噪声，折算到放大器的单位带宽，并按平方根面积关系折算到探测器的单位面积的值。用黑体辐射源测得的探测率称为黑体探测率，以D表示。用单色辐射源测得的探测率称为光谱探测率，以D\表示。
3.4.2测试方框图
测量黑体响应率的测试方框图见图1。测量噪声电压的测试方框图见图2。3.4.3测量仪表
测试黑体响应率的仪表应符合3.1.3条的要求；测试噪声电压的仪表应符合3.1.3.2~3.1.3.7条7
的要求。
3.4.4测量步骤
GB/T13584-92
黑体响应率R的测量按3.1.4条的规定进行。噪声电压V，的测量按3.2.4条的规定进行。3.4.5计算
3.4.5.1计算黑体探测率
探测器的黑体探测率Db为：
式中：A.探测器标称面积，cm；AF——频谱分析仪带宽。
3.4.5.2计算光谱探测率
光谱探测率D：为：
式中：F.黑体光谱能量因子；
R，——探测器的相对光谱响应
VA,·Af
ZFa·Ra
注：附录A给出了黑体温度为500K，背景温度为300K时，辐射波长在1～30um(波长间隔为0.5um》的F：值3.4.6
规定条件
环境温度，K；
探测器工作温度，K；
黑体温度，K；
调制频率,Hz；
频谱分析仪带宽，Hz；
探测器面积cm；
偏置值，V。
3.5方法1050噪声等效功率
3.5.1定义
噪声等效功率是指使探测器的输出信噪比为1时所需入射到探测器上的入射功率用NEP表示。3.5.2测试方框图
测量信号V。的测试方框图见图1。测量噪声V。的测试方框图见图2。3.5.3测量仪表
测试信号V。的测量仪表应符合3.1.3条的要求；测试噪声V.的测量仪表应符合3.1.3.2~3.1.3.7条的要求。
3.5.4测量步骤
3.5.4.1测量信号电压V
a．准直
被测探测器的准直按3.1.4.1条的规定进行。b、确定偏置范围
偏置的确定按3.1.4.2条的规定进行。c.测量信号电压V，
信号电压V.的测量按3.1.4.3条的规定进行。8
3.5.4.2测量噪声电压V。
GB/T13584—92
噪声电压V，的测量按3.2.4条的规定进行。3.5.5计算
3.5.5.1计算入射到探测器上的辐射功率入射到探测器上的辐射功率P按3.1.5.1和3.1.5.2条规定的方法计算。3.5.5.2计算探测器的噪声等效功率探测器的噪声等效功率NEP为：
式中：P一一入射到探测器上的辐射功率，W；V.信号电压，V：
噪声电压，V。
3.5.6规定条件
环境温度，K；
探测器的工作温度，K；
黑体温度，K；
调制频率,Hz；
频谱分析仪的带宽，Hz。
3.6方法1060：时间常数
时间常数用表示，通常采用下面两种表达方法。3.6.1脉冲响应时间
3.6.1.1定义
脉冲响应时间是指探测器对光脉冲响应的延迟时间，用t，表示上升时间，用：表示下降时间如果辐射脉冲的上升和下降时间与测量的时间常数相比很短，而且脉冲的上升和下降都遵从指数规律，则上升时间常数等于信号电压（或电流）上升到最大值的0.63时所需的时间，下降时间常数等于信号电压（或电流）下降到最大值的0.37时所需的时间，如图5(a)所示。如果脉冲的上升和下降不遵从指数规律，则上升时间常数是指信号电压（或电流)从最大值的10%上升到90%时所需的时间，下降时问常数是指信号电压（或电流）从最大值的90%下降到10%时所需的时间，如图5（b）所示。信号电压（相对值）
时间(S）
信号电压（相对值）
时间(S）