Dark Signal Temperature Dependence Correction Method for Miniature Spectrometer Modules

A dark signal temperature dependence correction method for miniature spectrometer modules is described in this paper. It is based on laboratory measurements of dark signal temperature dependence at few different integration times. A set of parameters are calculated which make it possible to estimate dark signal at any temperature and integration time within reasonable range. In field conditions, it is not always possible to take frequent dark signal readings during spectral measurements. If temperature is recorded during the measurement, this method can be used for estimating dark signal for every single spectral measurement. The method is validated on two different miniature spectrometers

A fiber optic spectrometry system for measuring irradiance distributions in sea ice environments

Author Posting. © American Meteorological Society, 2014. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 31 (2014): 2844–2857, doi:10.1175/JTECH-D-14-00108.1.A fiber optic–based spectrometry system was developed to enable automated, long-term measurements of spectral irradiance in sea ice environments. This system utilizes a single spectrometer module that measures the irradiance transmitted by multiple optical fibers, each coupled to the input fiber of the module via a mechanical rotary multiplexer. Small custom-printed optical diffusers, fixed to the input end of each fiber, allow these probes to be frozen into ice auger holes as small as 5 cm in diameter. Temperature-dependent biases in the spectrometer module and associated electronics were examined down to −40°C using an environmental chamber to identify any artifacts that might arise when operating these electronic and optical components below their vendor-defined lower temperature limits. The optical performance of the entire system was assessed by freezing multiple fiber probes in a 1.2-m-tall ice column, illuminating from above with a light source, and measuring spectral irradiance distributions at different depths within the ice column. Results indicated that the radiometric sensitivity of this fiber-based system is comparable to that of commercially available oceanographic spectroradiometers.This research was supported by the Joint Initiative Awards Fund from the Andrew W. Mellon Foundation, through Woods Hole Oceanographic Institution’s internal Interdisciplinary Study Award program (S. R. L. and T. M.), and by a China scholarship council (CSC) scholarship and the Program for Zhejiang Leading Team of S&T Innovation (Grant 2010R50036) provided to H. W.2015-06-0

The OPERA experiment Target Tracker

The main task of the Target Tracker detector of the long baseline neutrino oscillation OPERA experiment is to locate in which of the target elementary constituents, the lead/emulsion bricks, the neutrino interactions have occurred and also to give calorimetric information about each event. The technology used consists in walls of two planes of plastic scintillator strips, one per transverse direction. Wavelength shifting fibres collect the light signal emitted by the scintillator strips and guide it to both ends where it is read by multi-anode photomultiplier tubes. All the elements used in the construction of this detector and its main characteristics are described.Comment: 25 pages, submitted to Nuclear Instrument and Method

Next generation Advanced Laser Fluorometry (ALF) for characterization of natural aquatic environments: new instruments

The new optical design allows single- or multi-wavelength excitation of laser-stimulated emission (LSE), provides optimized LSE optical collection for spectral and temporal analyses, and incorporates swappable modules for flow-through and small-volume sample measurements. The basic instrument configuration uses 510 nm laser excitation for assessments of chlorophyll-a, phycobiliprotein pigments, variable fluorescence (F_v/F_m) and chromophoric dissolved organic matter (CDOM) in CDOM-rich waters. The three-laser instrument configuration (375, 405, and 510 nm excitation) provides additional Fv/Fm measurements with 405 nm excitation, CDOM assessments in a broad concentration range, and potential for spectral discrimination between oil and CDOM fluorescence. The new measurement protocols, analytical algorithms and examples of laboratory and field measurements are discussed

A Time Projection Chamber with GEM-Based Readout

For the International Large Detector concept at the planned International Linear Collider, the use of time projection chambers (TPC) with micro-pattern gas detector readout as the main tracking detector is investigated. In this paper, results from a prototype TPC, placed in a 1 T solenoidal field and read out with three independent GEM-based readout modules, are reported. The TPC was exposed to a 6 GeV electron beam at the DESY II synchrotron. The efficiency for reconstructing hits, the measurement of the drift velocity, the space point resolution and the control of field inhomogeneities are presented.Comment: 22 pages, 19 figure

MEG Upgrade Proposal

We propose the continuation of the MEG experiment to search for the charged lepton flavour violating decay (cLFV) \mu \to e \gamma, based on an upgrade of the experiment, which aims for a sensitivity enhancement of one order of magnitude compared to the final MEG result, down to the $6 \times 10^{-14}$ level. The key features of this new MEG upgrade are an increased rate capability of all detectors to enable running at the intensity frontier and improved energy, angular and timing resolutions, for both the positron and photon arms of the detector. On the positron-side a new low-mass, single volume, high granularity tracker is envisaged, in combination with a new highly segmented, fast timing counter array, to track positron from a thinner stopping target. The photon-arm, with the largest liquid xenon (LXe) detector in the world, totalling 900 l, will also be improved by increasing the granularity at the incident face, by replacing the current photomultiplier tubes (PMTs) with a larger number of smaller photosensors and optimizing the photosensor layout also on the lateral faces. A new DAQ scheme involving the implementation of a new combined readout board capable of integrating the diverse functions of digitization, trigger capability and splitter functionality into one condensed unit, is also under development. We describe here the status of the MEG experiment, the scientific merits of the upgrade and the experimental methods we plan to use.Comment: A. M. Baldini and T. Mori Spokespersons. Research proposal submitted to the Paul Scherrer Institute Research Committee for Particle Physics at the Ring Cyclotron. 131 Page

Automated proximal sensing for estimation of the bidirectional reflectance distribution function in a Mediterranean tree-grass ecosystem

Premio Extraordinario de Doctorado de la UAH en el año académico 2015-2016Los sistemas automáticos de proximal sensing permiten adquirir información espectral de las cubiertas terrestres elevada frecuencia temporal, que puede relacionarse con observaciones remotas o de otros tipos de sensores como los sistemas de eddy covariance. Si bien inicialmente los sistemas automáticos empleaban sensores multi-banda, en los últimos años se ha incrementado el uso de sensores hiperespectrales. Si bien estos sensores ofrecen información redundante y de alta resolución espectral, las mediciones están sujetas a múltiples fuentes de incertidumbre; tanto instrumentales (dependencias de la temperatura o el nivel de señal) como direccionales (dependencia de la geometría de observación e iluminación). Las dependencias instrumentales pueden ser minimizadas, por ejemplo, controlando la temperatura del instrumento o el nivel de señal registrado. En otros casos, es necesario parametrizar y emplear modelos para corregir los datos. En la presente tesis doctoral los capítulos 1 al 3 presentan la caracterización completa de un espectrómetro de campo instalado en un sistema automático. Los capítulos 1 y 2 analizan las fuentes de no linealidad en este instrumento, una de las cuales no había sido anteriormente descrita en este tipo de instrumentos. El tercer capítulo muestra el conjunto completo de modelos de corrección de los efectos instrumentales y la cadena de procesado correspondiente. Por otro lado, los sistemas automáticos se enfrentan a efectos direccionales ya que adquieren mediciones continuamente durante el ciclo solar diario y bajo cualquier condición de iluminación. Esto maximiza los rangos de los ángulos de iluminación y también de la fracción difusa de la irradiancia. Esta variabilidad de condiciones de iluminación, combinada con una variación de los ángulos de observación permite obtener la información necesaria para caracterizar las respuestas direccionales de la cubierta observada. Algunos sistemas automáticos multi-angulares ya han sido empleados para realizar esta caracterización mediante la estimación de la Función de Distribución de Reflectividad Bidireccional (BRDF) en ecosistemas homogéneos. Sin embargo, esto no se ha conseguido aún en áreas heterogéneas, como es el caso de los ecosistemas tree-grass o de sabana. Así mismo, los trabajos previos no han considerado los efectos de la radiación difusa en el estudio del BRDF. En el capítulo 4 proponemos una metodología que permite desmezclar y caracterizar simultáneamente la función de distribución de reflectividad hemisférica-direccional de las dos cubiertas de vegetación presentes en el ecosistema, pasto y arbolado. También se analizan los efectos de las diferentes características del método. Finalmente, los resultados se escalan y se comparan con productos globales de satélite como el producto BRDF de MODIS. La conclusión obtenida es que se requieren más esfuerzos en el desarrollo y caracterización de sensores hiperespectrales instalados en sistemas automáticos de campo. Estos sistemas deberían adoptar configuraciones multi-angulares de modo que puedan caracterizarse las respuestas direccionales. Para ello, será necesario considerar los efectos de la radiación difusa; y en algunos casos también la heterogeneidad de la escena

Automated proximal sensing for estimation of the bidirectional reflectance distribution function in a Mediterranean tree-grass ecosystem

Premio Extraordinario de Doctorado de la UAH en el año académico 2015-2016Los sistemas automáticos de proximal sensing permiten adquirir información espectral de las cubiertas terrestres elevada frecuencia temporal, que puede relacionarse con observaciones remotas o de otros tipos de sensores como los sistemas de eddy covariance. Si bien inicialmente los sistemas automáticos empleaban sensores multi-banda, en los últimos años se ha incrementado el uso de sensores hiperespectrales. Si bien estos sensores ofrecen información redundante y de alta resolución espectral, las mediciones están sujetas a múltiples fuentes de incertidumbre; tanto instrumentales (dependencias de la temperatura o el nivel de señal) como direccionales (dependencia de la geometría de observación e iluminación). Las dependencias instrumentales pueden ser minimizadas, por ejemplo, controlando la temperatura del instrumento o el nivel de señal registrado. En otros casos, es necesario parametrizar y emplear modelos para corregir los datos. En la presente tesis doctoral los capítulos 1 al 3 presentan la caracterización completa de un espectrómetro de campo instalado en un sistema automático. Los capítulos 1 y 2 analizan las fuentes de no linealidad en este instrumento, una de las cuales no había sido anteriormente descrita en este tipo de instrumentos. El tercer capítulo muestra el conjunto completo de modelos de corrección de los efectos instrumentales y la cadena de procesado correspondiente. Por otro lado, los sistemas automáticos se enfrentan a efectos direccionales ya que adquieren mediciones continuamente durante el ciclo solar diario y bajo cualquier condición de iluminación. Esto maximiza los rangos de los ángulos de iluminación y también de la fracción difusa de la irradiancia. Esta variabilidad de condiciones de iluminación, combinada con una variación de los ángulos de observación permite obtener la información necesaria para caracterizar las respuestas direccionales de la cubierta observada. Algunos sistemas automáticos multi-angulares ya han sido empleados para realizar esta caracterización mediante la estimación de la Función de Distribución de Reflectividad Bidireccional (BRDF) en ecosistemas homogéneos. Sin embargo, esto no se ha conseguido aún en áreas heterogéneas, como es el caso de los ecosistemas tree-grass o de sabana. Así mismo, los trabajos previos no han considerado los efectos de la radiación difusa en el estudio del BRDF. En el capítulo 4 proponemos una metodología que permite desmezclar y caracterizar simultáneamente la función de distribución de reflectividad hemisférica-direccional de las dos cubiertas de vegetación presentes en el ecosistema, pasto y arbolado. También se analizan los efectos de las diferentes características del método. Finalmente, los resultados se escalan y se comparan con productos globales de satélite como el producto BRDF de MODIS. La conclusión obtenida es que se requieren más esfuerzos en el desarrollo y caracterización de sensores hiperespectrales instalados en sistemas automáticos de campo. Estos sistemas deberían adoptar configuraciones multi-angulares de modo que puedan caracterizarse las respuestas direccionales. Para ello, será necesario considerar los efectos de la radiación difusa; y en algunos casos también la heterogeneidad de la escena