CN109682816A - 一种大动态范围的多功能光电能量探测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光电能量探测系统，针对现有光电能量探测单元动态范围小、功能单一、易与光学系统结构发生物理干涉等问题，提供一种大动态范围的多功能光电能量探测系统，该探测系统包括探测器电源、信号采集模块、三轴电控位移台以及固定设置在三轴电控位移台上的积分球组件；所述积分球组件包括积分球本体、光信号引导筒和光电能量探测单元；所述光信号引导筒的一端设置在积分球本体的入光口，其轴线与积分球本体的入光口轴线平行，另一端设置钢制星点板；所述钢制星点板为中心开孔的盖体，钢制星点板扣装在前端引导筒的端头；所述光电能量探测单元设置在积分球本体的出光口，光电能量探测单元与探测器电源和信号采集模块电连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电能量探测系统，具体涉及一种大动态范围的多功能光电能量探测系统。
背景技术
近年来，随着航天、航空产品对光学系统(如星敏感器、机载摄像机等)的需求增多，测试指标也逐一增多。
为了判断产品性能指标是否满足研制要求，通过杂散光测试获取产品对杂散光的抑制能力水平、通过透过率测试获取产品对光线的损失占比，以及通过照度均匀性测试获取产品成像的光强分布是否均匀，已基本成为各种光学系统的必测项目。
但是，现有光电能量探测单元的探测动态范围小，功能单一(只能测试杂散光、透过率、照度均匀性等技术指标的某一种)，且由于其结构设计不合理，易与光学系统的结构发生物理干涉，难以满足实际使用需求。
因此，很有必要研制一种动态范围大、功能多样、适用产品广的光电能量探测系统。
发明内容
本发明的目的是克服现有光电能量探测单元动态范围小、功能单一、易与光学系统结构发生物理干涉等不足，而提供一种大动态范围的多功能光电能量探测系统，该探测系统可以应用于多种光学系统的检测中，尤其针对光学系统后端结构复杂，一般探测单元易于产生物理干涉，导致杂光系数、透过率、照度均匀性无法测量的光学系统中。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种大动态范围的多功能光电能量探测系统，其特殊之处在于，包括探测器电源、信号采集模块、三轴电控位移台以及固定设置在三轴电控位移台上的积分球组件；所述积分球组件包括积分球本体、光信号引导筒和光电能量探测单元；所述光信号引导筒的一端设置在积分球本体的入光口，其轴线与积分球本体的入光口轴线平行，另一端设置钢制星点板；所述钢制星点板为中心开孔的盖体，钢制星点板扣装在前端引导筒的端头；所述光电能量探测单元设置在积分球本体的出光口，光电能量探测单元与探测器电源和信号采集模块电连接。探测器电源用于向光电能量探测单元供电，信号采集模块接收光电能量探测单元传来的信号。
进一步地，上述光信号引导筒与积分球本体入光口之间设置用于调节积分球入射光束能量的可变光阑。可变光阑可在不影响测试光谱的情况下，有效改变进入积分球的入射光能量，进而增大光电能量探测系统的动态范围。如选用的可变光阑可从较小的R1调节到较大的R2，则其可调动态范围为R2 2/R1 2。
进一步地，上述光信号引导筒包括同轴且可拆卸连接的前端引导筒和后端引导筒；所述后端引导筒为空心筒状结构，后端引导筒设置在积分球本体的入光口；所述前端引导筒为空心椎体结构，其大端与后端引导筒相连。前端引导筒的锥形结构可以使钢制星点模板的直径尽量减小，进一步增大探测系统的适用面。
进一步地，上述前端引导筒的端头固设用于吸引固定钢制星点板的磁铁。钢制星点模板通过磁铁的吸力与前端引导筒固连，只需轻轻插拔即可实现钢制星点板的快速更换；相对于一般的螺纹固定方式，十分方便快速，大大提高光学系统的测试效率。
进一步地，为了更加牢固地吸附钢制星点模板，上述磁铁为环形磁铁，所述前端引导筒的端头内凹形成安装槽，安装槽内嵌装该环形磁铁。
进一步地，上述积分球本体两侧分别对称设置一个出光口，每个出光口设置一个光电能量探测单元。
进一步地，上述光电能量探测单元为光电探测器。
进一步地，上述光电能量探测单元为硅基探测器或铟鎵砷探测器。
进一步地，上述前端引导筒和后端引导筒通过螺纹连接。
本发明的优点是：
1、本发明采用向前伸出的光信号引导筒，可伸入一些光学系统后端结构复杂的光学系统中，避免了探测系统和结构的干涉，使其适用待测光学器件的范围更广。
2、相对于现有调节光源亮度的技术中，通过在光源前加装光阑调节光源亮度范围有限，以及调节光源电压、电流会改变测试光谱范围，影响测试结果的缺点。本发明在后端引导筒与积分球本体入光口之间设置可变光阑，配合光源前光阑，可在不影响测试光谱的情况下，有效改变进入积分球的入射光能量，进而增大光电能量探测系统的动态范围。
3、本发明在前端引导筒的端头嵌装磁铁，通过磁铁的吸力使钢制星点板与前端引导筒固连，只需轻轻插拔即可实现钢制星点板的快速更换；相对于一般的螺纹固定方式，十分方便快速，能够大大提高光学系统的测试效率。
4、本发明采用三轴电控位移台，可精确调节探测系统入光口的位置，方便杂光系数、透过率测试中的位置调节，也可使探测系统入光口在光学系统像面位置进行二维扫描，实现对光学系统照度均匀性的检测；具有动态范围大、功能多样、适用产品广的优点。
附图说明
图1是本发明光电能量探测系统的三维结构示意图；
图2是本发明实施例一的积分球组件剖示图；
图3是图2积分球组件的爆炸示意图(省略可变光阑和积分球本体)；
图4是图3中光信号引导筒和钢制星点板的装配示意图；
图5是图4中前端引导筒的剖视图；
图6是图4中钢制星点板的剖视图；
图7是本发明实施例二中光信号引导筒与钢制星点板的连接结构示意图。
图中各标号的说明如下：
1—三轴电控位移台；
2—积分球组件；
21—积分球本体，22—可变光阑，23—光信号引导筒，231—后端引导筒，232—前端引导筒、233—环形磁铁，24—光电能量探测单元，25—钢制星点板；
3—电源箱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种大动态范围的多功能光电能量探测系统，包括三轴电控位移台1以及固定设置在三轴电控位移台1上的积分球组件2和电源箱3，电源箱3内安装探测器电源和信号采集模块。信号采集模块采用NI9215BNC 4通道AI模块，并适配NICDAQ-9181以太网机箱。
参见图1、图2，积分球组件2包括积分球本体21、可变光阑22、光信号引导筒23和光电能量探测单元24；本实施例中可变光阑22采用的型号为赛凡光电7MD122。
如图2至图5所示，光信号引导筒23包括同轴且通过螺纹连接的前端引导筒232和后端引导筒231。后端引导筒231为空心筒状结构；前端引导筒232为空心椎体结构，其大端套装在后端引导筒231端部。后端引导筒231通过法兰设置在积分球本体21的入光口，其轴线与积分球本体21的入光口轴线平行；前端引导筒232的端头内凹形成安装槽，安装槽内嵌装用于吸引固定钢制星点板25的环形磁铁233。参见图6，钢制星点板25为中心开孔的锥形盖体，通过环形磁铁233的磁力扣装在前端引导筒232上。
可变光阑22设置于后端引导筒231与积分球本体21入光口之间，用于调节积分球入射光束能量。
光电能量探测单元24为两个，分别固定设置在积分球本体21两侧的出光口处；其中一个光电能量探测单元24采用硅基探测器，另一个光电能量探测单元24采用铟鎵砷探测器。光电能量探测单元24与电源箱3内的探测器电源和信号采集模块电连接。
本实施例选用的可变光阑可从调节到可调动态范围为202/12＝400；光信号引导筒23的前端引导筒232小端直径为15mm，可深入后端结构复杂的光学系统中；前端引导筒232的通光口径为可更换的大光阑的通光口径为系统配有的三轴电控位移台各轴的行程均为200mm。
实施例二
本实施例提供一种大动态范围的多功能光电能量探测系统，包括三轴电控位移台1和固定设置在三轴电控位移台1上的积分球组件2和电源箱3，电源箱3内安装探测器电源和信号采集模块。信号采集模块采用NI 9215BNC 4通道AI模块，并适配NI CDAQ-9181以太网机箱。
积分球组件2包括积分球本体21、可变光阑22、光信号引导筒23和光电能量探测单元24。本实施例中可变光阑22采用的型号为赛凡光电7MD122。
如图7所示，与实施例一不同，本实施例的光信号引导筒23不包括前端引导筒232，没有实施例一中前端引导筒232的锥形段过渡，始终为空心直筒状结构。这种空心直筒状结构的光信号引导筒23入光孔直径大，能够匹配通光孔径更大的光阑，可使探测系统适用更多待测光学系统。
光信号引导筒23的一端通过法兰设置在积分球本体21的入光口，其轴线与积分球本体21的入光口轴线平行；另一端直接扣装中心开孔的端盖结构的钢制星点板25。可变光阑22设置于后端引导筒231与积分球本体21入光口之间，用于调节积分球入射光束能量。
光电能量探测单元24为两个，分别固定设置在积分球本体21两侧的出光口处；其中一个光电能量探测单元24采用硅基探测器，另一个光电能量探测单元24采用铟鎵砷探测器。光电能量探测单元24与电源箱3内的探测器电源和信号采集模块电连接。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。
Claims (9)
1.一种大动态范围的多功能光电能量探测系统，其特征在于：包括探测器电源、信号采集模块、三轴电控位移台(1)以及固定设置在三轴电控位移台(1)上的积分球组件(2)；
所述积分球组件(2)包括积分球本体(21)、光信号引导筒(23)和光电能量探测单元(24)；
所述光信号引导筒(23)的一端设置在积分球本体(21)的入光口，其轴线与积分球本体(21)的入光口轴线平行，另一端设置钢制星点板(25)；
所述钢制星点板(25)为中心开孔的盖体，钢制星点板(25)扣装在前端引导筒(232)的端头；
所述光电能量探测单元(24)设置在积分球本体(21)的出光口，光电能量探测单元(24)与探测器电源和信号采集模块电连接。
2.根据权利要求1所述一种大动态范围的多功能光电能量探测系统，其特征在于：所述光信号引导筒(23)与积分球本体(21)入光口之间设置用于调节积分球入射光束能量的可变光阑(22)。
3.根据权利要求1或2所述一种大动态范围的多功能光电能量探测系统，其特征在于：所述光信号引导筒(23)包括同轴且可拆卸连接的前端引导筒(232)和后端引导筒(231)；
所述后端引导筒(231)为空心筒状结构，后端引导筒(231)设置在积分球本体(21)的入光口；
所述前端引导筒(232)为空心椎体结构，其大端与后端引导筒(231)相连。
4.根据权利要求3所述一种大动态范围的多功能光电能量探测系统，其特征在于：所述前端引导筒(232)的端头固设用于吸引固定钢制星点板(25)的磁铁。
5.根据权利要求4所述一种大动态范围的多功能光电能量探测系统，其特征在于：所述磁铁为环形磁铁(233)，所述前端引导筒(232)的端头内凹形成安装槽，安装槽内嵌装该环形磁铁(233)。
6.根据权利要求5所述一种大动态范围的多功能光电能量探测系统，其特征在于：所述积分球本体(21)两侧分别对称设置一个出光口，每个出光口设置一个光电能量探测单元(24)。
7.根据权利要求6所述一种大动态范围的多功能光电能量探测系统，其特征在于：所述光电能量探测单元(24)为光电探测器。
8.根据权利要求6所述一种大动态范围的多功能光电能量探测系统，其特征在于：所述光电能量探测单元(24)为硅基探测器或铟鎵砷探测器。
9.根据权利要求8所述一种大动态范围的多功能光电能量探测系统，其特征在于：所述前端引导筒(232)和后端引导筒(231)通过螺纹连接。
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