CN109282897A - 一种光谱光功率自动化检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开并提供了一种结构简单、设计合理、进行红外传感器的光功率和光谱测试的光谱光功率自动化检测设备。本发明所采用的技术方案是：本发明包括开口朝下的积分球、积分球座、设置在积分球的开口正下方的上电机构和设置在上电机构一侧的上下料机构，上下料机构包括旋转电机和旋转托盘，旋转托盘的高度位置处于积分球和上电机构之间，旋转托盘上按圆周阵列至少设置有两个产品夹具放置槽，光功率自动化检测设备还包括光谱仪、探测器和数字万用表，光谱仪通过光纤接头连接至积分球的内部，探测器的接头连接至积分球的内部，探测器通过信号线连接至数字万用表。本发明可用于光学测试设备的技术领域。

Description

一种光谱光功率自动化检测设备

技术领域

本发明涉及一种光谱光功率自动化检测设备。

背景技术

当前光学传感器的运用越来越广泛，从最初的实验室用具，到现在成为了我们生活中消费类电子中不可或缺的一部分。除了RGB摄像头大范围的使用外，同时基于AR的红外传感器也在逐步发展，而且其具有更加广阔的市场，尤其在Face ID技术的出现，更加有力地说明了这一点。现在Face ID的技术已经运用在手机、平板等消费类电子产品中，这就要求厂家对红外传感器的安全性提出了重要的挑战，随之红外传感器的测试也就变得十分重要了。红外传感器的测试中光功率和光谱是其重要的参数之一。现有市面少有一套完整的可一起检测光功率和光谱的自动化检测设备，都是以单一地测试某一类产品的单一参数的设备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、设计合理、进行红外传感器的光功率和光谱测试的光谱光功率自动化检测设备。

本发明所采用的技术方案是：本发明包括开口朝下的积分球、积分球座、设置在所述积分球的开口正下方的上电机构和设置在所述上电机构一侧的上下料机构，所述上下料机构包括旋转电机和旋转托盘，所述旋转托盘的高度位置处于所述积分球和所述上电机构之间，所述旋转托盘上按圆周阵列至少设置有两个产品夹具放置槽，所述光功率自动化检测设备还包括光谱仪、探测器和数字万用表，所述光谱仪通过光纤接头连接至所述积分球的内部，所述探测器的接头连接至所述积分球的内部，所述探测器通过信号线连接至所述数字万用表。

进一步地，所述光功率自动化检测设备还包括工控机和源表，所述数字万用表和所述光谱仪均通过触发线与所述源表相连接，所述源表和所述数字万用表均通过网线与所述工控机相连接，所述工控机均电连接所述旋转电机和所述上电机构的驱动器。

进一步地，所述光功率自动化检测设备还包括安装平台，所述积分球座包括固定设置在所述安装平台上的主座、设置在所述主座上的上下位移气缸和与所述上下位移气缸的输出端相连接的移动座，所述积分球固定设置在所述移动座上。

进一步地，所述上电机构包括垂直设置的顶升气缸，所述顶升气缸的输出端上连接有上电针板和探针，所述探针与产品相配合，所述上电针板与所述源表电连接。

进一步地，所述产品夹具放置槽为通槽。

进一步地，所述旋转托盘为长方形托盘，所述旋转托盘的两端各设置有一个所述产品夹具放置槽。

本发明的有益效果为：本发明主要通过积分球进行光学元件的光谱及光功率测试工作，产品通过产品夹具精确固定在产品夹具放置槽中，保证每个产品的测试状态的一致性；产品通过上下料机构的旋转托盘输送至积分球的开口的下方，再通过上电机构为产品上电使得产品放出光信号，光信号进入积分球中并传到光谱仪和探测器中，光谱仪进行光谱数据采集，探测器将光信号转为电流信号，该电流信号被数字万用表采集并得到光功率信息；本发明将光谱和光功率同时进行测试，测试效率高。

附图说明

图1是本发明中的结构示意图；

图2是本发明的测试框图；

图3是源表输出电流脉宽信号、源表输出触发信号以及产品输出电流脉宽光信号的对照图；

图4是光谱仪采集到的光信号的光谱数据；

图5是光谱仪采集到的光信号的光谱数据。

具体实施方式

如图1与图2所示，本发明的具体实施方式是：本发明包括开口朝下的积分球1、积分球座2、设置在所述积分球1的开口正下方的上电机构3和设置在所述上电机构3一侧的上下料机构4，所述上下料机构4包括旋转电机5和旋转托盘6；所述旋转托盘6的高度位置处于所述积分球1和所述上电机构3之间，所述旋转托盘6上按圆周阵列至少设置有两个产品夹具放置槽7，在上电机构3处对应有一个动作工位，其中一个产品夹具放置槽7在旋转托盘6运作过程中便对应至该动作工位处，而此时总有另一个产品夹具放置槽7处于相对靠外部处，该处的产品夹具放置槽7设计为产品上下料工位；所述光谱光功率自动化检测设备还包括光谱仪8、探测器9和数字万用表10，所述光谱仪8通过光纤接头连接至所述积分球1的内部，所述探测器9的接头连接至所述积分球1的内部，所述探测器9通过信号线连接至所述数字万用表10。光谱仪8、探测器9和数字万用表10均为常规部件，数字万用表的型号是Keithley DMM7510。

进一步地，所述光谱光功率自动化检测设备还包括工控机11和源表12，所述数字万用表10和所述光谱仪8均通过触发线与所述源表12相连接，所述源表12和所述数字万用表10均通过网线与所述工控机11相连接，所述工控机11均电连接所述旋转电机5和所述上电机构3的驱动器13。源表12即SMU，是一种精确供电设备，它不仅可以提供测量分辨率小于1mV的电压源，还可以提供测量分辨率低于1uA的电流源，SMU还提供了远端检测功能并拥有集成了双极型电压和吸收功率能力的四象限输出功能。最后，SMU可以提供线性扫描电压和扫描电流，能够获得仪器的IV特性曲线，源表12可以提高生产效率，完成更全面的特性测试，并提高测试系统整体性能。

进一步地，所述光谱光功率自动化检测设备还包括安装平台14，所述积分球座2包括固定设置在所述安装平台14上的主座15、设置在所述主座15上的上下位移气缸16和与所述上下位移气缸16的输出端相连接的移动座17，所述积分球1固定设置在所述移动座17上。移动座17用于安装固定积分球1，上下位移气缸16实现积分球1能够上下运动的需求。

进一步地，所述上电机构3包括垂直设置的顶升气缸18，所述顶升气缸18的输出端上连接有上电针板和探针，所述探针与产品21相配合，所述上电针板与所述源表12电连接。通过控制顶升气缸18上下运动，实现探针与产品21的连接与断开，从而满足点亮和更换产品21的需求；上电机构3中的探针与产品21上的测试点连接，实现上电的功能，源表12作为上电机构3的电源，上电后，产品21本身发光。

进一步地，所述产品夹具放置槽7为通槽。

进一步地，所述旋转托盘6为长方形托盘，所述旋转托盘6的两端各设置有一个所述产品夹具放置槽7。

在本发明中，上电机构3还包括TEC半导体致冷器，工控机11控制连接TEC半导体致冷器的驱动器20，TEC半导体致冷器用于在上电机构3中为产品21加热。

本发明的有益效果为：本发明主要通过积分球1进行光学元件的光谱及光功率测试工作，产品21通过产品夹具19精确固定在产品夹具放置槽7中，保证每个产品21的测试状态的一致性；产品21通过上下料机构4的旋转托盘6输送至积分球1的开口的下方，再通过上电机构3为产品21上电使得产品21放出光信号，光信号进入积分球1中并传到光谱仪8和探测器9中，光谱仪8进行光谱数据采集，探测器9将光信号转为电流信号，该电流信号被数字万用表10采集并得到光功率信息；本发明将光谱和光功率同时进行测试，测试效率高。

本发明的操作过程如下：1）将待测产品21装夹在产品夹具19中，将产品夹具19放置在旋转托盘6的靠外部的产品夹具放置槽7中；2）工控机11发出指令让源表12进行工作，同时指令让上电机构3和上下料机构4进入工作状态；3）旋转托盘6旋转180°，将产品夹具19移动至积分球1开口的下方；4）上电机构3的顶升气缸18顶升，带动产品夹具19至与积分球1接触位置，探针接触产品21；5）源表12接收到指令后对产品21输出脉冲宽频调制信号，同时源表12通过触发线触发数字万用表10和光谱仪8进入工作状态；6）产品21收到的脉宽调制信号，发出光信号；7）光信号进入积分球中，被探测器9收集，并转换为电流信号，电流信号被数字万用表10采集，工控机11获取数字万用表10采集来的电流信号，并根据功率/电流校准系数来计算出产品21发出的脉冲光功率；另一方面，光信号进入积分球1中，同时也会通过光纤接头进入光谱仪8，工控机11根据光谱仪8采集到的光信号的光谱数据来计算中心波长、峰值波长、FWHM、光谱宽度等光参数；8）测试完成后，上电机构3回位，产品夹具19回到旋转托盘6上；9）旋转托盘6旋转180°，将产品夹具19移动至靠外侧位置，方便取走产品夹具19及产品21。

其中，脉宽调制：全称脉冲宽度调制，通过控制将一个周期均分为一系列相等幅值的脉冲，以这些均等的脉冲信号替代要输出的信号；占空比：脉冲持续时间与脉冲周期的比值；使用脉宽信号的优点：a）不必经历频繁的数模信号之间的转换，直接数字信号处理；b）对周边噪声的抵抗能力有所增强，保证测试的稳定性；c）这是一种经济且对空间要求不高的方法。

脉宽调制步骤：源表12输出电流脉宽信号，产品21在源表12的驱动下，输出脉宽光信号；同时源表12触发光谱仪8和数字万用表10，抓取脉宽光信号，进行对应的数据分析。由于脉冲宽度只有几毫秒，为了抓取脉宽光信号，源表12会使用硬件触发的方式去触发数字万用表10和光谱仪8进行工作。

如图3是源表12输出电流脉宽信号、源表12输出触发信号以及产品21输出电流脉宽光信号的对照图，图4、图5均是光谱仪8采集到的光信号的光谱数据，其中，λPeak: 光谱峰值强度（Imax）对应的波长值，即峰值波长；λL: 光谱峰值强度/2（Imax/2）对应的左侧波长值；

λR: 光谱峰值强度/2（Imax/2）对应的右侧波长值；

FWHM = λR-λL，即半高宽度；

λmin: -8.5dB光谱强度对应的左侧波长值；

λmax: -8.5dB光谱强度对应的右侧波长值；

-8.5dB Width = λmax-λmin，即-8.5dB光谱宽度；

λCentroid =Σ（λi*Intensity_i）/Σ（Intensity_i），中心波长定义为波长在[λmin,λmax]区间内的加权平均值。

本发明可用于光学测试设备的技术领域。

Claims (6)

1.一种光谱光功率自动化检测设备，其特征在于：它包括开口朝下的积分球（1）、积分球座（2）、设置在所述积分球（1）的开口正下方的上电机构（3）和设置在所述上电机构（3）一侧的上下料机构（4），所述上下料机构（4）包括旋转电机（5）和旋转托盘（6），所述旋转托盘（6）的高度位置处于所述积分球（1）和所述上电机构（3）之间，所述旋转托盘（6）上按圆周阵列至少设置有两个产品夹具放置槽（7），所述光谱光功率自动化检测设备还包括光谱仪（8）、探测器（9）和数字万用表（10），所述光谱仪（8）通过光纤接头连接至所述积分球（1）的内部，所述探测器（9）的接头连接至所述积分球（1）的内部，所述探测器（9）通过信号线连接至所述数字万用表（10）。

2.根据权利要求1所述的一种光谱光功率自动化检测设备，其特征在于：所述光谱光功率自动化检测设备还包括工控机（11）和源表（12），所述数字万用表（10）和所述光谱仪（8）均通过触发线与所述源表（12）相连接，所述源表（12）和所述数字万用表（10）均通过网线与所述工控机（11）相连接，所述工控机（11）均电连接所述旋转电机（5）和所述上电机构（3）的驱动器（13）。

3.根据权利要求1所述的一种光谱光功率自动化检测设备，其特征在于：所述光谱光功率自动化检测设备还包括安装平台（14），所述积分球座（2）包括固定设置在所述安装平台（14）上的主座（15）、设置在所述主座（15）上的上下位移气缸（16）和与所述上下位移气缸（16）的输出端相连接的移动座（17），所述积分球（1）固定设置在所述移动座（17）上。

4.根据权利要求2所述的一种光谱光功率自动化检测设备，其特征在于：所述上电机构（3）包括垂直设置的顶升气缸（18），所述顶升气缸（18）的输出端上连接有上电针板和探针，所述探针与产品相配合，所述上电针板与所述源表（12）电连接。

5.根据权利要求1所述的一种光谱光功率自动化检测设备，其特征在于：所述产品夹具放置槽（7）为通槽。

6.根据权利要求5所述的一种光谱光功率自动化检测设备，其特征在于：所述旋转托盘（6）为长方形托盘，所述旋转托盘（6）的两端各设置有一个所述产品夹具放置槽（7）。