CN110031090A - 基于多光源的宽范围照度光源系统及实现宽照度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多光源的宽范围照度光源系统及实现宽照度的方法，系统包括光敏传感器、放大电路、光源驱动电路、主控电路及多个独立光源；主控电路首先根据开启命令中的照度参数，计算光源驱动电路的控制参数，和放大电路的反馈放大倍数；其次，根据计算结果控制相应的光源驱动电路，使光源亮起；同时设置放大电路的反馈放大倍数；最后，通过放大电路采集光敏传感器的光源照度，并将采集到的光源照度与开启命令中的照度参数比较，如果采集到的光源照度低于开启命令中的照度参数，则控制光源驱动电路调高光源的照度值，反之则调低光源照度值。提高了星敏感器测试过程中宽范围照度测试效率并降低成本，实现恒星模拟器的多星等模拟。

Description

基于多光源的宽范围照度光源系统及实现宽照度的方法

技术领域

本发明属于高稳定均匀光源控制技术领域，尤其涉及一种宽照度高稳定均匀光源的实现方法。

背景技术

宽照度高稳定均匀光源一般作为恒星模拟器的一个部件，用于提供可变化的、稳定的均匀照度，最终达到模拟多个星等的目的。恒星模拟器用于在地面实验室内，测试星敏感器的功能和性能。目前星敏感器的探测能力已经可以达到+7Mv，而天空中最亮的恒星，天狼星是-1.45Mv，因此为了满足地面实验要求，恒星模拟器的星等模拟范围一般在+7Mv～-1Mv。该星等范围换算成照度范围是4.2*10^-9lx～6.6*10^-6lx，变化范围达到了1583.5倍。目前在星敏感器测试过程中，解决宽范围照度测试的方法，多是采用多台星模拟器分段测试，使得测试效率低、成本高。

发明内容

为了提高星敏感器测试过程中宽范围照度测试效率并降低成本，本发明提高一种宽照度范围的稳定光源，实现恒星模拟器的多星等模拟。通过独立控制多个光源的发光强度，可以组合产生宽范围的照度值；有效的解决恒星模拟器的多星等跨度问题，同时保证每个星等的高稳定性。因此，该方法可以提高星敏感器的地面实验的效率，同时降低实验成本。

本发明的技术解决方案是提供一种基于多光源的宽范围照度光源系统，包括积分球，其特殊之处在于：还包括多个独立光源、光敏传感器、放大电路、光源驱动电路及主控电路；

上述多个独立光源与光敏传感器位于积分球内部，光敏传感器用于采集多个独立光源的光源照度；上述放大电路用于放大光敏传感器采集的光源照度；上述光源驱动电路在主控电路的控制下调节光源照度；

上述主控电路存储控制程序，控制程序在处理器中运行时，执行以下步骤：

1)、根据开启命令中的照度参数，计算光源驱动电路的控制参数，和放大电路的反馈放大倍数；

2)、根据计算结果控制相应的光源驱动电路，使光源亮起；同时设置放大电路的反馈放大倍数；

3)、通过放大电路采集光敏传感器的光源照度，并将采集到的光源照度与开启命令中的照度参数比较，如果采集到的光源照度低于开启命令中的照度参数，则控制光源驱动电路调高光源的照度值，反之则调低光源照度值。

本发明在积分球内部采用光敏传感器，主控电路通过放大电路采集光敏传感器的反馈信号，之后根据该信号，利用光源驱动电路控制光源的发光强度，最终使积分球出口处的照度值达到预设值，并保持高稳定性。

进一步地，为了实现光源照度值在宽范围内的变化，在积分球中的多个光源分成两种驱动方法，即上述光源驱动电路包括n个开关驱动电路及m个连续驱动电路；上述n个开关驱动电路用于分别控制n个光源的开、关；上述m个连续驱动电路用于分别控制m个光源照度连续变化，其中n、m均为大于等于1的正整数。

进一步地，为了进一步的简化光源驱动电路的电路规模及复杂程度，在多个光源中，其中一个光源通过一个连续驱动电路连续驱动，其余的光源通过各自的开关驱动电路驱动，即上述m等于1。

进一步地，采集的光源照度与光源驱动电路的关系如公式(1)：

f(n,x)＝na₀+bx (1)

其中，f(n,x)表示采集的光源照度；n表示开关驱动电路控制光源的开启个数；x表示连续驱动电路驱动光源的控制系数，范围为0～1；a₀表示单独一个开关驱动电路控制一个光源开启时，积分球出口的照度值；b表示连续驱动电路驱动光源的开启时，积分球出口的最大照度值，并且b＞a₀。

进一步地，为了实现放大电路放大倍数的数字控制，上述放大电路是利用数控电阻组成。因此，主控电路可以根据光源的照度值，改变放大电路的放大倍数，从而保证反馈信号在主控电路的采集范围之内，提高控制精度。

进一步地，上述光源为LED或卤素灯。

进一步地，上述主控电路为单片机、DSP或FPGA为核心芯片的控制电路。

本发明还提供一种利用上述的系统实现宽照度的方法，包括以下步骤：

1)、根据开启命令中的照度参数，计算光源驱动电路的控制参数，和放大电路的反馈放大倍数；

2)、根据计算结果控制相应的光源驱动电路，使光源亮起；同时设置放大电路的反馈放大倍数；

3)、通过放大电路采集光敏传感器的光源照度，并将采集到的光源照度与开启命令中的照度参数比较，如果采集到的光源照度低于开启命令中的照度参数，则控制光源驱动电路调高光源的照度值，反之则调低光源照度值。

进一步地，上述光源驱动电路包括n个开关驱动电路及m个连续驱动电路；

上述n个开关驱动电路用于分别控制n个光源的开、关；上述m个连续驱动电路用于分别控制m个光源照度连续变化，其中n、m均为大于等于1的正整数。

进一步地，m等于1；

采集的光源照度与光源驱动电路的关系如公式(1)：

f(n,x)＝na₀+bx (1)

其中，f(n,x)表示采集的光源照度；n表示开关驱动电路控制光源的开启个数；x表示连续驱动电路驱动光源的控制系数，范围为0～1；a₀表示单独一个开关驱动电路控制一个光源开启时，积分球出口的照度值；b表示连续驱动电路驱动光源的开启时，积分球出口的最大照度值，并且b＞a₀。

本发明的有益效果是：

1、本发明在积分球内采用多个独立的发光源，通过独立控制多个光源的发光强度，可以组合产生宽范围的照度值，并通过闭环控制实现照度值稳定控制。

2、在普通放大电路的基础上，应用数控电阻，实现放大电路放大倍数的数字控制。因此，闭环控制系统中，主控电路可以根据光源的照度值，改变放大电路的放大倍数，从而保证反馈信号在主控电路的采集范围之内，最终可以使光源照度值达到较高的稳定性。

3、本发明提出利用开关驱动和连续驱动相结合的多光源驱动方法，利用开关驱动方法可以实现光源照度值的粗调，利用连续驱动实现光源照度的精调，两者结合即可实现光源照度值在宽范围内的变化。开关驱动电路结构简单，连续驱动电路复杂，两者结合可以达到最优的电路规模。

附图说明

图1为实施例中基于多光源的宽范围照度光源系统原理示意图；

图中，1-积分球，2-积分球出光口，3-放大电路，4-光源，5-光敏传感器，6-开关驱动电路，7-主控电路，8-连续驱动电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明加以详细说明。

如图1所示，本实施例基于多光源的宽范围照度光源系统主要包括积分球1，放大电路3，光源4，光敏传感器5，开关驱动电路6，主控电路7，连续驱动电路8。其中光源4为多个，光敏传感器5及多个光源4均位于积分球内部，放大电路3的输入端与光敏感器5的输出端连接，放大电路3的输出端与主控电路7的输入端连接，主控电路7的输出端分别接开关驱动电路6及连续驱动电路8的输入端，开关驱动电路6及连续驱动电路8的输出端分别接不同的光源4。

积分球1的作用是将光源4发出的光变成均匀照度的光，通过积分球出口2输出。光源4根据光源光谱需求选择的常用光源，比如LED、卤素灯等。放大电路3是利用数控电阻组成，其放大倍数由主控电路7控制。主控电路7是利用具有数字控制能力的控制芯片构成，控制芯片可以是单片机、DSP、FPGA等。开关驱动电路6是利用MOS管搭建组成的开关电路，只有开关功能，其开关状态有主控电路控制。开关驱动电路打开时光源亮起到固定值，关闭时光源熄灭。连续驱动电路8是利用专用光源驱动芯片构成，该芯片可以由主控电路控制。根据主控电路的参数，该电路可以控制光源从照度最大值连续降低。

本发明提供的光源设计方法的工作原理如下：控制电路接收到光源开启命令之后，根据开启命令中照度参数，计算光源驱动电路的控制参数，和放大电路的反馈放大倍数。之后根据计算结果控制相应的光源驱动电路，使光源亮起。同时设置放大电路的反馈放大倍数。最后，主控电路通过放大电路采集光敏传感器的光源照度，并将该照度跟开启命令中的照度参数比较，如果反馈照度低于开启命令中的照度值，则控制光源驱动电路调高光源的照度值，反之则调低光源照度值。因此，最终形成了一个闭环控制，保证积分器出口处的光源照度值具有较高的准确性和稳定性。

采集的光源照度与光源驱动电路的关系如公式(1)：

f(n,x)＝na₀+bx (1)

其中，f(n,x)表示采集的光源照度；n表示开关驱动电路控制光源的开启个数；x表示连续驱动电路驱动光源的控制系数，范围为0～1；a₀表示单独一个开关驱动电路控制一个光源开启时，积分球出口的照度值；b表示连续驱动电路驱动光源的开启时，积分球出口的最大照度值，并且b＞a₀。

上述工作原理中，光源驱动电路的控制参数的计算过程，需要标定参数的支撑。因此，本发明的光源设计方法，在最终的实现过程中存在标定过程，标定出a₀和b的值。具体标定方法是，首先关闭所有光源，然后利用开关驱动电路开启一个光源，利用照度测量设备在积分球出口处测量照度值，该照度值就是a₀；类似的，首先关闭所有光源，利用连续驱动电路开启其控制的光源，并使该光源最亮(x＝1)，然后利用照度测量设备在积分球出口处测量照度值，该照度值就是b。

Claims (10)

1.一种基于多光源的宽范围照度光源系统，包括积分球(1)，其特征在于：还包括光敏传感器(5)、放大电路(3)、光源驱动电路、主控电路(7)及多个独立光源(4)；

所述光敏传感器(5)与多个独立光源(4)位于积分球(1)内部，光敏传感器(5)用于采集多个独立光源(4)的光源照度；所述放大电路(3)用于放大光敏传感器(5)采集的光源照度；所述光源驱动电路在主控电路(7)的控制下调节光源照度；

所述主控电路(7)存储控制程序，控制程序在处理器中运行时，执行以下步骤：

1)、根据开启命令中的照度参数，计算光源驱动电路的控制参数，和放大电路的反馈放大倍数；

2)、根据计算结果控制相应的光源驱动电路，使光源亮起；同时设置放大电路的反馈放大倍数；

3)、通过放大电路采集光敏传感器的光源照度，并将采集到的光源照度与开启命令中的照度参数比较，如果采集到的光源照度低于开启命令中的照度参数，则控制光源驱动电路调高光源的照度值，反之则调低光源照度值。

2.根据权利要求1所述的基于多光源的宽范围照度光源系统，其特征在于：

所述光源驱动电路包括n个开关驱动电路(6)及m个连续驱动电路(8)；所述n个开关驱动电路(6)用于分别控制n个光源(4)的开、关；所述m个连续驱动电路(8)用于分别控制m个光源(4)照度连续变化，其中n、m均为大于等于1的正整数。

3.根据权利要求2所述的基于多光源的宽范围照度光源系统，其特征在于：m等于1。

4.根据权利要求3所述的基于多光源的宽范围照度光源系统，其特征在于：采集的光源照度与光源驱动电路的关系如公式(1)：

f(n，x)＝na₀+bx (1)

其中，f(n，x)表示采集的光源照度；n表示开关驱动电路控制光源的开启个数；x表示连续驱动电路驱动光源的控制系数，范围为0～1；a₀表示单独一个开关驱动电路控制一个光源开启时，积分球出口的照度值；b表示连续驱动电路驱动光源的开启时，积分球出口的最大照度值，并且b＞a₀。

5.根据权利要求1_4任一所述的基于多光源的宽范围照度光源系统，其特征在于：放大电路(3)包括反馈电阻，所述反馈电阻为数控电阻。

6.根据权利要求5所述的基于多光源的宽范围照度光源系统，其特征在于：所述光源(4)为LED或卤素灯。

7.根据权利要求5所述的基于多光源的宽范围照度光源系统，其特征在于：所述主控电路(7)为由单片机、DSP或FPGA为核心芯片的控制电路。

8.一种利用权利要求1所述的系统实现宽照度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、根据开启命令中的照度参数，计算光源驱动电路的控制参数，和放大电路的反馈放大倍数；

2)、根据计算结果控制相应的光源驱动电路，使光源亮起；同时设置放大电路的反馈放大倍数；

3)、通过放大电路采集光敏传感器的光源照度，并将采集到的光源照度与开启命令中的照度参数比较，如果采集到的光源照度低于开启命令中的照度参数，则控制光源驱动电路调高光源的照度值，反之则调低光源照度值。

9.根据权利要求8所述的实现宽照度的方法，其特征在于：所述光源驱动电路包括n个开关驱动电路(6)及m个连续驱动电路(8)；

所述n个开关驱动电路(6)用于分别控制n个光源(4)的开、关；所述m个连续驱动电路(8)用于分别控制m个光源(4)照度连续变化，其中n、m均为大于等于1的正整数。

10.根据权利要求9所述的实现宽照度的方法，其特征在于：m等于1；

采集的光源照度与光源驱动电路的关系如公式(1)：

f(n，x)＝na₀+bx (1)

其中，f(n，x)表示采集的光源照度；n表示开关驱动电路控制光源的开启个数；x表示连续驱动电路驱动光源的控制系数，范围为0～1；a₀表示单独一个开关驱动电路控制一个光源开启时，积分球出口的照度值；b表示连续驱动电路驱动光源的开启时，积分球出口的最大照度值，并且b＞a₀。