CN102853997B - 积分球光源辐射非均匀性定标方法和定标系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种积分球光源辐射非均匀性定标方法和定标系统，系统由扫描探测器、监测探测器、多维精密位移台、第一数字多用表、第二数字多用表、控制器组成。扫描探测器固定在多维精密位移台上，用于探测被标定积分球辐射不同位置处的光辐射强弱；监测探测器位于被标定积分球的一个监测孔处，用于监测被标定积分球光辐射的自身漂移；多维精密位移台与控制器相连，在控制器的控制下实现在被标定积分球的辐射孔上的球面圆形扫描；第一数字多用表与扫描探测器相连，测量扫描信号；第二数字多用表与监测探测器相连，测量辐射漂移；控制器与第一数字多用表、第二数字多用表相连，分别获得的扫描信号和监测信号，并计算被标定积分球光的辐射非均匀性，显示定标结果。本发明在计算辐射非均匀性中扣除漂移对定标结果的影响，且扫描轨迹为球面圆形，能正好覆盖积分球辐射区域。

Description

积分球光源辐射非均匀性定标方法和定标系统

技术领域

本发明涉及一种定标方法和定标系统，特别是涉及一种积分球光源辐射非均匀性定标方法和定标系统。

背景技术

积分球光源是计量校准中最常用的辐射标准之一，广泛应用于计量校准亮度计、辐射度计、成像器件、相机以及平板显示器件等。辐射非均匀性是积分球光源重要的指标，与积分球的反射涂层、光源的分布、开口位置等众多因素有关。传统积分球光源辐射非均匀性定标方法常采用光电探测器“平面弓形”扫描法，即把单元探测器置于精密二维移动的位移台上，计算机控制精密位移台在积分球出光孔处进行二维平面扫描，每扫描到一个位置，记录探测器的输出信号。把积分球出光孔扫描一遍后，将得到出光孔处各个位置的输出光信号，把每个位置的信号带入下式(1)，即可求得积分球的辐射非均匀性。

$U=\frac{1}{\stackrel{\‾}{V}}\×\sqrt{\frac{1}{M-1}{(V_i-\stackrel{\‾}{V})}^2}\×100\%...\left(1\right)$

式中：U——积分球辐射非均匀性；M——位移台扫描位置数；所有位置探测器输出电压信号的平均值；V_i——第i个位置探测器输出电压信号。

积分球光源辐射非均匀性定标方法常采用光电探测器“平面弓形”扫描法，扫描区域是正方形。这种定标方法存在以下缺点：一、扫描过程中没有考虑到积分球光源自身的漂移对定标结果的影响。二、“弓形”扫描区域是一个正方形，而积分球辐射孔基本为圆形，扫描区域无法正好覆盖整个辐射区域。三、扫描在一个平面上进行，而不是在球面上进行，不能反映积分球光源球面上的辐射非均匀性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种积分球光源辐射非均匀性定标方法和定标系统，其在计算中扣除漂移对定标结果的影响，能正好覆盖积分球辐射区域。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种积分球光源辐射非均匀性定标系统，其特征在于，其包括扫描探测器、监测探测器、多维精密位移台、第一数字多用表、第二数字多用表、控制器，扫描探测器固定在多维精密位移台上，用于探测被标定积分球辐射不同位置处的光辐射强弱；监测探测器位于被标定积分球的一个监测孔处，用于监测被标定积分球光辐射的自身漂移；多维精密位移台与控制器相连，在控制器的控制下实现在被标定积分球的辐射孔上的球面圆形扫描；第一数字多用表与扫描探测器相连，用于接收扫描探测器的第一输出信号，并将第一输出信号发送到控制器；第二数字多用表与监测探测器相连，用于接收监测探测器的第二输出信号，并将第二输出信号发送到控制器；控制器与第一数字多用表、第二数字多用表相连，分别获得的扫描信号和监测信号，并计算被标定积分球光的辐射非均匀性，显示定标结果。

优选地，所述多维精密位移台包括角度旋转机构、X轴位移机构、Y轴位移机构、Z轴位移机构。

本发明还提供一种积分球光源辐射非均匀性定标方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、将扫描探测器、监测探测器、多维精密位移台、第一数字多用表、第二数字多用表、控制器连接，通电进行预热；

S2、控制器将扫描探测器移动到多维精密位移台的角度旋转机构的中心，并通多维精密位移台的X轴位移机构、Y轴位移机构、Z轴位移机构将扫描探测器移动到被标积分球的辐射孔中心球面处；

S3、控制器控制多维精密位移台，按设定的半径步进Δr和角度步进Δθ在被标定积分球的辐射孔的球面上进行扫描，每扫描到一个位置，控制器从第一数字多用表读取扫描探测器的第一输出信号，记为V_(r，θ，i)，同时控制器从第二数字多用表读取监测探测器的第二输出信号，记为V_s，i；

S4、计算出监测探测器在不同扫描位置处输出信号的平均值计算公式如下式：

$\stackrel{\‾}{V_s}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{s,i}$

式中：N为扫描点数；

则每个扫描点的辐射漂移V_σ，i为如下式：

$V_{\mathrm{\σ},i}=V_{s,i}-\stackrel{\‾}{V_s}$

扣除辐射漂移后，被标定积分球在每个扫描点的实际输出信号V′_(r，θ，i)为如下式：

V′_(r，θ，i)＝V_(r，θ，i)-V_σ，i

被标定积分球在每个扫描点的实际输出信号平均值为如下式：

$\stackrel{\‾}{V_{(r,\mathrm{\θ})}^{\′}}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{(r,\mathrm{\θ},i)}^{\′}$

则被标定积分球辐射非均匀性标定结果U_R为如下式：

$U_R=\frac{1}{\stackrel{\‾}{V_{(r,\mathrm{\θ})}^{\′}}}\×\sqrt{\frac{1}{N-1}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(V_{(r,\mathrm{\θ},i)}^{\′}-\stackrel{\‾}{V_{(r,\mathrm{\θ})}^{\′}})}^2}\×100\%$

S5、结果显示：给出积分球辐射非均匀性标定结果U_R，并显示扣除漂移影响后的2D和3D非均匀性图像。

本发明的积极进步效果在于：一、本发明增加了一个监测探测器，在扫描过程中监测被标定积分球的自身漂移，并在计算中扣除漂移对定标结果的影响。二、本发明扫描路径为圆形，而不是正方形，能正好覆盖积分球辐射区域。三、本发明扫描在积分球球面上进行，而不是在平面(或切面)上进行，更能反映积分球的辐射面非均匀性。四、本发明用2D和3D图形化显示，标定结果更加直观。

附图说明

图1为本发明积分球光源辐射非均匀性定标系统的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明积分球光源辐射非均匀性定标系统包括扫描探测器1、监测探测器2、多维精密位移台3、第一数字多用表4、第二数字多用表5、控制器6，多维精密位移台包括角度旋转机构、X轴位移机构、Y轴位移机构、Z轴位移机构，即多维精密位移台不但具有x轴、y轴、z轴的位移调节功能，而且具有角度旋转功能。第一数字多用表4为34401型数字多用表，扫描探测器、监测探测器为si-100型探测器。扫描探测器的扫描路径为球面圆形路径。

扫描探测器1固定在多维精密位移台3上，在扫描过程中，用于探测被标定积分球7辐射控不同位置处的光辐射强弱；监测探测器2位于被标定积分球7的一个监测孔72处，用于监测被标定积分球光辐射的自身漂移；多维精密位移台3与控制器6相连，具体可通过RS232线缆与控制器6相连，在控制器6的控制下，实现扫描探测器1在被标定积分球的一个辐射孔71上的球面圆形扫描；第一数字多用表4与扫描探测器1相连，具体可通过BNC线缆与扫描探测器1相连，用于接收扫描探测器1的第一输出信号(扫描信号)，并通过GPIB线缆将第一输出信号发送到控制器6；第二数字多用表5与监测探测器2相连，具体可通过BNC线缆与监测探测器2相连，用于接收监测探测器2的第二输出信号(监测信号)，并通过GPIB线缆将第二输出信号发送到控制器6；控制器6与第一数字多用表4、第二数字多用表5相连，具体可通过GPIB线缆与第一数字多用表4、第二数字多用表5相连，分别从它们获取扫描信号和监测信号，通过RS232线缆同多维精密位移台3相连，通过发送控制命令，实现“球面圆形”扫描，根据采集数据，计算被标定积分球光的辐射非均匀性，并显示定标结果。

本发明积分球光源辐射非均匀性定标方法包括以下步骤：

S1、将扫描探测器1、监测探测器2、多维精密位移台3、第一数字多用表4、第二数字多用表5、控制器6连接，通电进行预热，比如通电后预热三十分钟以上；

S2、控制器6通过RS232线缆将扫描探测器1移动到多维精密位移台3的角度旋转机构的中心，并通多维精密位移台的X轴位移机构、Y轴位移机构、Z轴位移机构将扫描探测器1移动到被标积分球的辐射孔中心球面处；

S3、控制器6通过RS232线缆控制多维精密位移台3，按设定的半径步进Δr和角度步进Δθ在被标定积分球的辐射孔的球面上进行扫描，每扫描到一个位置，控制器6通过GPIB线缆从第一数字多用表4读取扫描探测器1的第一输出信号，记为V_(r，θ，i)，同时控制器6通过GPIB线缆从第二数字多用表5读取监测探测器2的第二输出信号，记为V_s，i。

S4、计算出监测探测器2在不同扫描位置处输出信号的平均值计算公式如下式(2)：

$\stackrel{\‾}{V_s}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{s,i}...\left(2\right)$

式中：N为扫描点数。

则每个扫描点的辐射漂移V_σ，i为如下式(3)：

$V_{\mathrm{\σ},i}=V_{s,i}-\stackrel{\‾}{V_s}...\left(3\right)$

扣除辐射漂移后，被标定积分球在每个扫描点的实际输出信号V′_(r，θ，i)为如下式(4)：

V′_(r，θ，i)＝V_(r，θ，i)-V_σ，i..........................................(4)

被标定积分球在每个扫描点的实际输出信号平均值为如下式(5)：

$\stackrel{\‾}{V_{(r,\mathrm{\θ})}^{\′}}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{(r,\mathrm{\θ},i)}^{\′}...\left(5\right)$

则被标定积分球辐射非均匀性标定结果U_R为如下式(6)：

$U_R=\frac{1}{\stackrel{\‾}{V_{(r,\mathrm{\θ})}^{\′}}}\×\sqrt{\frac{1}{N-1}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(V_{(r,\mathrm{\θ},i)}^{\′}-\stackrel{\‾}{V_{(r,\mathrm{\θ})}^{\′}})}^2}\×100\%...\left(6\right)$

S5、结果显示：给出积分球辐射非均匀性标定结果U_R，并显示扣除漂移影响后的2D和3D非均匀性图像。实例结果证明，本发明能实现对积分球辐射非均匀性的高精度定标，扫描轨迹为“球面圆形”，在Φ＝20cm的辐射孔径内，辐射非均匀性达到了0.4％。

本领域的技术人员可以对本发明进行各种改型和改变。因此，本发明覆盖了落入所附的权利要求书及其等同物的范围内的各种改型和改变。

Claims (3)

1.一种积分球光源辐射非均匀性定标系统，其特征在于，其包括扫描探测器、监测探测器、多维精密位移台、第一数字多用表、第二数字多用表、控制器，扫描探测器固定在多维精密位移台上，用于探测被标定积分球辐射不同位置处的光辐射强弱；监测探测器位于被标定积分球的一个监测孔处，用于监测被标定积分球光辐射的自身漂移；多维精密位移台与控制器相连，在控制器的控制下实现在被标定积分球的辐射孔上的球面圆形扫描；第一数字多用表与扫描探测器相连，用于接收扫描探测器的第一输出信号，并将第一输出信号发送到控制器；第二数字多用表与监测探测器相连，用于接收监测探测器的第二输出信号，并将第二输出信号发送到控制器；控制器与第一数字多用表、第二数字多用表相连，分别获得的第一输出信号和第二输出信号，并计算被标定积分球光的辐射非均匀性，显示定标结果。

2.根据权利要求1所述的积分球光源辐射非均匀性定标系统，其特征在于，所述多维精密位移台包括角度旋转机构、X轴位移机构、Y轴位移机构和Z轴位移机构。

3.一种积分球光源辐射非均匀性定标方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、将扫描探测器、监测探测器、多维精密位移台、第一数字多用表、第二数字多用表、控制器连接，通电进行预热；

S2、控制器将扫描探测器移动到多维精密位移台的角度旋转机构的中心，并通多维精密位移台的X轴位移机构、Y轴位移机构、Z轴位移机构将扫描探测器移动到被标定积分球的辐射孔中心球面处；

S3、控制器控制多维精密位移台，按设定的半径步进Δr和角度步进Δθ在被标定积分球的辐射孔的球面上进行扫描，每扫描到一个位置，控制器从第一 数字多用表读取扫描探测器的第一输出信号，记为V_(r，θ，i)，同时控制器从第二数字多用表读取监测探测器的第二输出信号，记为V_s，i；

S4、计算出监测探测器在不同扫描位置处输出信号的平均值计算公式如下式：

式中：N为扫描点数；

则每个扫描点的辐射漂移V_σ，i为如下式：

扣除辐射漂移后，被标定积分球在每个扫描点的实际输出信号V′_(r，θ，i)为如下式：

V′_(r，θ，i)＝V_(r，θ，i)-V_σ，i

被标定积分球在每个扫描点的实际输出信号平均值为如下式：

则被标定积分球辐射非均匀性标定结果U_R为如下式：

S5、结果显示：给出积分球辐射非均匀性标定结果U_R，并显示扣除漂移影响后的2D和3D非均匀性图像。