CN107677453B - 日盲紫外相机检测灵敏度测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种日盲紫外相机紫外光检测灵敏度测试系统及测试方法，首先由激光泵浦宽带光源产生高亮度、高稳定性的宽带白光，入射至双级联单色仪系统，在计算机的控制下，双级联单色仪系统产生所需要的紫外单色光。单色仪输出的单色光经积分球后转换为单色的均匀光，经过紫外衰减片衰减后入射至日盲紫外相机，积分球输出的单色光的光功率可由智能功率计系统实时显示，日盲紫外相机输出的光子数通过串口采集到计算机中，若亮环境下的光子数平均值与暗环境下的光子数平均值相等，此时入射至日盲紫外相机的光功率密度为紫外光检测灵敏度。

Description

日盲紫外相机检测灵敏度测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及日盲紫外检测设备技术领域，具体而言涉及一种日盲紫外相机紫外光检测灵敏度测试系统及测试方法。

背景技术

日盲紫外相机主要应用于紫外电晕放电检测。目前，国内的电力资源供应与消耗非常不均衡，北电南调、西电东调促进中国高压输电技术、智能电网技术的飞速发展，其主要技术最主要是保障不间断的电力输运，但电晕放电会导致全电网电力中断，所以对其进行监测势在必行，由于电晕放电主要光谱属紫外波段，日盲紫外检测相机是最好的观测装置。

紫外光检测灵敏度是评价日盲紫外相机性能的重要参数，它反映了日盲紫外相机能够探测到的最小紫外光强度，也直接关系到日盲紫外相机单光子探测能力的检测。由于紫外光检测灵敏度测试的紫外光强度属于单光子级别，目前尚未见对此参数的测试建立确定的标准，更是没有提及紫外光检测灵敏度的检测技术和方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种测试系统，用于日盲紫外相机紫外光检测灵敏度测试。本发明还提出一种日盲紫外相机紫外光检测灵敏度的测试方法，旨在解决现有技术中无法检测日盲紫外相机紫外光检测灵敏度的问题。

为达成上述目的，本发明提出一种日盲紫外相机紫外光检测灵敏度测试系统，包括激光泵浦宽带光源、双级联单色仪系统、积分球、智能功率计系统、紫外衰减片、暗箱以及计算机，其中：

激光泵浦宽带光源用于提供检测光源，产生宽带白光，入射到双级联单色仪系统；

双级联单色仪系统被设置成根据计算机的控制，具有入光口和出光口，入光口用于接收宽带白光，出光口用于产生检测用的紫外单色光；

积分球，设置有入光口和出光口，入光口与双级联单色仪系统输出端连接，接收紫外单色光；出光口用于输出一个均匀的单色紫外辐射光；

紫外衰减片，设置在积分球的出光口一端，用于将所述单色紫外辐射光衰减成预设辐射照度的紫外光；

智能功率计系统，与一个设置在积分球内的光电传感器连接并与所述计算机连接，用于检测积分球输出的单色光的光功率；

其中，待检测的日盲紫外相机放置在暗箱内，并由计算机控制分别在暗环境和亮环境下检测日盲紫外相机输出的光子数，并且日盲紫外相机输出的光子数通过串口采集到计算机中，若亮环境下的光子数平均值与暗环境下的光子数平均值相等，此时入射至日盲紫外相机的光功率密度被设置为日盲紫外相机的紫外光检测灵敏度。

进一步的实施例中，所述计算机按照下述方式控制日盲紫外相机的紫外光检测灵敏度测试：

控制双级联单色仪的输出波长为λ，并通过数据接口采集智能功率计系统获取的光功率P；

开启日盲紫外相机，将其增益调节至最大值，关闭双级联单色仪的入光口，采集与记录日盲紫外相机输出的每帧图像的光子数，共采集100帧，若第X帧图像的光子数为C_BX，则暗环境下的光子数平均值为：

打开双级联单色仪的入光口，将其增益调节至最大值，由测试软件采集与记录日盲紫外相机输出的每帧图像的光子数，共采集100帧，若第X帧图像的光子数为C_LX，则亮环境下的光子数平均值的计算公式为：

若且紫外衰减片在λ波长处的透过率T，则紫外光检测灵敏度φ的计算公式为：φ＝pT，其中p为积分球输出的单色光的光功率密度。

进一步的实施例中，所述智能功率计系统经标定后使用，标定过程中，所述光电传感器的感光面为1cm×1cm的正方形，则所述积分球输出的单色光的光功率密度p＝P。

由以上本发明的技术方案可知，本发明的测试方法和系统中，首先由激光泵浦宽带光源产生高亮度、高稳定性的宽带白光，入射至双级联单色仪系统，在计算机的控制下，双级联单色仪系统产生所需要的紫外单色光。单色仪输出的单色光经积分球后转换为单色的均匀光，经过紫外衰减片衰减后入射至日盲紫外相机，积分球输出的单色光的光功率可由智能功率计系统实时显示，日盲紫外相机输出的光子数通过串口采集到计算机中，若亮环境下的光子数平均值与暗环境下的光子数平均值相等，此时入射至日盲紫外相机的光功率密度为紫外光检测灵敏度。尤其是，本发明中，采用单色仪是为了确定日盲紫外相机紫外光检测灵敏度的最高值在哪个波长；同时由于是光子计数级别的探测，对杂散光的要求比较高，采用双级联单色仪可以有效避免杂散光的影响。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明日盲紫外相机紫外光检测灵敏度测试系统的示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1所示，本公开提出一种日盲紫外相机紫外光检测灵敏度测试系统，包括激光泵浦宽带光源、双级联单色仪系统、积分球、智能功率计系统、紫外衰减片、暗箱以及计算机。本发明的测试系统进行测试均在暗室环境下进行。

激光泵浦宽带光源用于提供检测光源，产生宽带白光，入射到双级联单色仪系统。

双级联单色仪系统被设置成根据计算机的控制，具有入光口和出光口，入光口用于接收宽带白光，出光口用于产生检测用的紫外单色光。

积分球，设置有入光口和出光口，入光口与双级联单色仪系统输出端连接，接收紫外单色光；出光口用于输出一个均匀的单色紫外辐射光。

紫外衰减片，设置在积分球的出光口一端，用于将所述单色紫外辐射光衰减成预设辐射照度的紫外光。

智能功率计系统，与一个设置在积分球内的光电传感器连接并与所述计算机连接，用于检测积分球输出的单色光的光功率。

其中，待检测的日盲紫外相机放置在暗箱内，并由计算机控制分别在暗环境和亮环境下检测日盲紫外相机输出的光子数，并且日盲紫外相机输出的光子数通过串口采集到计算机中，若亮环境下的光子数平均值与暗环境下的光子数平均值相等，此时入射至日盲紫外相机的光功率密度被设置为日盲紫外相机的紫外光检测灵敏度。

本发明的前述实施例中，用于提供检测光的光源使用的是美国Energetiq公司生产的激光泵浦宽带光源，型号是LDLS EQ-99。它是一种从200～2100nm均可保持高亮度、高稳定性的白光光源，特别在紫外波段(200～400nm)，其所有反射元件均采用紫外增强镀膜，并通氮气，减少空气对紫外光的吸收，从而获得更好的紫外波段的单色光。该宽带白光光源采用激光泵浦的方式维持等离子体放电发光，避免了使用电极所带来的种种缺陷。首先通过高压放电点燃灯泡内的氙气，使氙气温度升高并电离变成等离子体，连续激光光束经过透镜聚焦进入灯泡，利用激光的能量来维持灯泡内的等离子体，此时高压即可关闭，采用聚焦良好的激光来维持等离子体，可以使紫外光激发稳定而且易于聚焦，因此可以产生系统测试时所需的高亮度、高稳定性的白光。

双级联单色仪系统采用北京卓立汉光仪器有限公司生产的Omni-λ-D系列双级联单色仪，其主要作用是将光源发出的白光分成所需要的纯净的单色光。它通常由两个焦距相同的色散分光结构，经过特殊调校后组合而成，能够有效地改善单台光谱仪的光学性能。双级联单色仪有色散相加和色散相减两种工作模式：采用色散相加模式的双级联单色仪，能够双倍提升光谱分辨率，适用于高分辨率测量需求；采用色散相减模式，有效地降低了单色仪的杂散光，从而能够进行极微弱信号的探测。色散相减模式下只能作为单色仪来使用，色散相加模式下既可以作为单色仪，也可以作为摄谱仪使用。该双级联单色仪的单色光波长分辨率和单色光波长重复性均为0.1nm，通讯接口为USB或者RS232接口。

积分球包括一个中空的完整球体，外壁由金属构成，内壁涂层为labsphere光学反射涂层，用于产生一个均匀的辐射光斑，出光孔直径为28mm。本例中，积分球的入光口和出光口在积分球的同一直径线上。

智能功率计系统用于使用光电传感器(硅光电池)探测积分球出光面的光照度，经光照产生的电流进行放大和滤波，经采集后显示具有从零档到七档的八个档位，每个档位代表不同的放大倍数，其中零档倍率最小，七档最大。

紫外衰减片使用的是索雷博光电科技有限公司生产的紫外中性密度滤光片。本发明的实施例中，紫外衰减片包括三片，分别依次设置在积分球的出光口后方的光路上，型号分别是NDUV20B、NDUV30B和NDUV40B，光学常数分别是2、3、4，测试时采用三种滤光片的叠加。

结合图1所示，前述计算机按照下述方式控制日盲紫外相机的紫外光检测灵敏度测试：

控制双级联单色仪的输出波长为λ，并通过数据接口采集智能功率计系统获取的光功率P；

开启日盲紫外相机，将其增益调节至最大值，关闭双级联单色仪的入光口，由测试软件采集与记录日盲紫外相机输出的每帧图像的光子数，,例如由计算机控制，软件安装于计算机中，通过串口线连至计算机串口，实现数据传输。共采集100帧，若第X帧图像的光子数为C_BX，则暗环境下的光子数平均值为：

打开双级联单色仪的入光口，将其增益调节至最大值，由测试软件采集与记录日盲紫外相机输出的每帧图像的光子数，共采集100帧，若第X帧图像的光子数为C_LX，则亮环境下的光子数平均值的计算公式为：

若且紫外衰减片在λ波长处的透过率T，则紫外光检测灵敏度φ的计算公式为：φ＝pT，其中p为积分球输出的单色光的光功率密度。

在本发明的测试系统中，通过计算机来控制整个测试系统的运行，包括设定所述双级联单色仪系统输出的波长控制、采集记录日盲紫外相机输出的每帧图像的光子数以及基于光子数计数来决定和计算紫外光检测灵敏度。

在测试时，计算机基于前述两个计算公式(1)和(2)所计算结果，在亮环境下的光子数平均值与暗环境下的光子数平均值相等时，即时，确定此时入射至日盲紫外相机的光功率密度，结合衰减片在λ波长处的透过率T，从而确定紫外检测的灵敏度。

本实施例中，前述双级联单色仪系统的输出波长λ为255nm。

本发明在进行测试前，智能功率计系统经标定后使用，标定过程中，所述光电传感器的感光面为1cm×1cm的正方形，则所述积分球输出的单色光的光功率密度p＝P。

结合前述测试系统，本发明还公开一种基于上述测试系统的测试方法，包括：

1)该试验须在暗室中进行(小于0.0001lx)；

2)开启激光泵浦宽带光源、双级联单色仪和智能功率计系统，通过测试软件控制双级联单色仪输出波长λ，如前述的，以波长λ为255nm为例，并通过串口采集智能功率计系统显示的光功率P(由于标定时使用的光功率计的感光面为1cm×1cm的正方形，故光功率密度也为P)；

3)开启日盲紫外相机，将其增益调节至最大值，关闭双级联单色仪的入光口，由测试软件采集与记录日盲紫外相机输出的每帧图像的光子数，共采集100帧，若第X帧图像的光子数为C_BX，则暗环境下的光子数平均值的计算公式为：

4)打开双级联单色仪的入光口，将其增益调节至最大值，由测试软件采集与记录日盲紫外相机输出的每帧图像的光子数，共采集100帧，若第X帧图像的光子数为C_LX，则亮环境下的光子数平均值的计算公式为：

5)若且紫外衰减片在λ处的透过率T，则紫外光检测灵敏度Φ的计算公式为：

φ＝PT (3)

由于标定时使用的光功率计的感光面为1cm×1cm的正方形，故光功率密度也为P。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种日盲紫外相机紫外光检测灵敏度测试系统，其特征在于，包括激光泵浦宽带光源、双级联单色仪系统、积分球、智能功率计系统、紫外衰减片、暗箱以及计算机，其中：

激光泵浦宽带光源用于提供检测光源，产生宽带白光，入射到双级联单色仪系统；

双级联单色仪系统被设置成根据计算机的控制，具有入光口和出光口，入光口用于接收宽带白光，出光口用于产生检测用的紫外单色光；

积分球，设置有入光口和出光口，入光口与双级联单色仪系统输出端连接，接收紫外单色光；出光口用于输出一个均匀的单色紫外辐射光；

紫外衰减片，设置在积分球的出光口一端，用于将所述单色紫外辐射光衰减成预设辐射照度的紫外光；

智能功率计系统，与一个设置在积分球内的光电传感器连接并与所述计算机连接，用于检测积分球输出的单色光的光功率；

其中，待检测的日盲紫外相机放置在暗箱内，并由计算机控制分别在暗环境和亮环境下检测日盲紫外相机输出的光子数，并且日盲紫外相机输出的光子数通过串口采集到计算机中，若亮环境下的光子数平均值与暗环境下的光子数平均值相等，此时入射至日盲紫外相机的光功率密度被设置为日盲紫外相机的紫外光检测灵敏度。

2.根据权利要求1的日盲紫外相机紫外光检测灵敏度测试系统，其特征在于，所述计算机按照下述方式控制日盲紫外相机的紫外光检测灵敏度测试：

控制双级联单色仪的输出波长为λ，并通过数据接口采集智能功率计系统获取的光功率P；

开启日盲紫外相机，将其增益调节至最大值，关闭双级联单色仪的入光口，由测试软件采集与记录日盲紫外相机输出的每帧图像的光子数，共采集100帧，若第X帧图像的光子数为C_BX，则暗环境下的光子数平均值为：

打开双级联单色仪的入光口，将其增益调节至最大值，由测试软件采集与记录日盲紫外相机输出的每帧图像的光子数，共采集100帧，若第X帧图像的光子数为C_LX，则亮环境下的光子数平均值的计算公式为：

若且紫外衰减片在λ波长处的透过率T，则紫外光检测灵敏度φ的计算公式为：φ＝pT，其中p为积分球输出的单色光的光功率密度。

3.根据权利要求2的日盲紫外相机紫外光检测灵敏度测试系统，其特征在于，所述智能功率计系统经标定后使用，标定过程中，所述光电传感器的感光面为1cm×1cm的正方形，则所述积分球输出的单色光的光功率密度p＝P。

4.根据权利要求1的日盲紫外相机紫外光检测灵敏度测试系统，其特征在于，所述积分球包括一个中空的完整球体，外壁由金属构成，内壁涂层为labsphere光学反射涂层，用于产生一个均匀的辐射光斑，出光孔直径为28mm。

5.根据权利要求4的日盲紫外相机紫外光检测灵敏度测试系统，其特征在于，所述积分球的入光口和出光口在积分球的同一直径线上。

6.根据权利要求1的日盲紫外相机紫外光检测灵敏度测试系统，其特征在于，所述紫外衰减片为紫外中性密度滤光片，紫外衰减片包括三片，分别依次设置在积分球的出光口后方的光路上，型号分别是NDUV20B、NDUV30B和NDUV40B，光学常数分别是2、3、4，测试时采用三种滤光片的叠加。

7.根据权利要求2或3所述的日盲紫外相机紫外光检测灵敏度测试系统，其特征在于，所述波长λ为255nm。

8.一种日盲紫外相机紫外光检测灵敏度测试方法，其特征在于，采用权利要求1的日盲紫外相机紫外光检测灵敏度测试系统来实现，该方法包括：

1)准备暗室测试环境，环境照度小于0.0001lx；

2)开启激光泵浦宽带光源、双级联单色仪系统和智能功率计系统，通过计算机控制双级联单色仪系统输出波长λ，并通过串口采集智能功率计系统显示的光功率P，其中由于标定时使用的光电传感器的感光面为1cm×1cm的正方形，故光功率密度也为P；

3)开启日盲紫外相机，将其增益调节至最大值，关闭双级联单色仪系统的入光口，采集与记录日盲紫外相机输出的每帧图像的光子数，共采集100帧，若第X帧图像的光子数为C_BX，则暗环境下的光子数平均值的计算公式为：

4)打开双级联单色仪的入光口，将其增益调节至最大值，采集与记录日盲紫外相机输出的每帧图像的光子数，共采集100帧，若第X帧图像的光子数为C_LX，则亮环境下的光子数平均值的计算公式为：

5)若且紫外衰减片在波长λ处的透过率T，则紫外光检测灵敏度φ的计算公式为：φ＝PT。