CN110864882B - 一种多光谱紫外光灵敏度检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多光谱紫外光灵敏度检测系统及检测方法。检测系统包括：发光装置、衰减装置、检测装置和校验处理系统。本发明对实验环境要求低，可以产生信号强度均匀、稳定的紫外测试信号，且信号强度可精确调节，测量结果可计量和溯源。本发明一方面可以对单台设备进行灵敏度检测，评估其设备紫外灵敏度性能，进一步的，可以通过对不同设备进行灵敏度检测，进行光子数的校准统一，有利于紫外检测标准化工作的推进。除此之外，本发明的光谱分析功能，可以对不同波段的紫外灵敏度进行检测，得出设备灵敏度光谱曲线，检测性能更加全面，满足市场上所有紫外成像仪灵敏度的检测需求。

Description

一种多光谱紫外光灵敏度检测系统及方法
技术领域
本发明属于检测领域，特别涉及一种多光谱紫外光灵敏度检测系统及检测方法。
背景技术
紫外光灵敏度，是紫外成像仪所能响应的最小紫外光的强度。紫外光灵敏度是紫外成像仪的重要性能之一，紫外光灵敏度的强弱，关系到设备对电晕信号的响应程度，一般情况下，紫外灵敏度越高，设备对电晕信号响应越好，检测到的光子数就越多。
检测紫外成像仪的紫外灵敏度需要极微弱的信号，该种强度的信号较难产生和控制，即使产生了该强度的信号，目前的探测仪器也无法精确测量其强度，从而无法对紫外成像仪的紫外光灵敏度进行定量评估。
目前有方案利用光源与衰减片组合产生测试信号，进行紫外光灵敏度检测的方案，衰减片具有一定的衰减系数，但是衰减幅度不可调节，这增加了方案实际操作的复杂性。此外，光源信号经衰减片(反射式)衰减后存在光衰减不定量、光强分布不均匀等问题。
除此之外，紫外光灵敏度检测方案多集中于某个波段的紫外光灵敏度检测，但行业内紫外成像仪紫外光检测分布在180nm～280nm之间，所以对某个波段的响应情况不能完全表示该紫外成像仪的紫外灵敏度。
中国专利CN201710744780日盲紫外相机检测灵敏度测试系统及测试方法，公开了一种紫外成像仪的紫外光检测灵敏度测试系统及测试方法，该方法利用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
在该专利中，前端光源使用激光泵浦宽带光源、双级联单色仪、积分球等产生单色紫外光源；中间通过衰减片对光源进行衰减；后端通过串口读取光子数。整个系统灵敏度计算方式为：通过寻找暗环境和亮环境条件下，光子数相等的方式，来等效评估待测设备的灵敏度。
该方案前端系统对设备要求高；中间用了三个衰减片衰减光源，衰减片有一定的衰减系数，但不能调节，在实际操作过程中，需要衰减片反复组合；其次，找暗环境与亮环境的平衡，需要系统反复测试，该方案实施评估过程较长。
现有技术的缺点：
(1)紫外成像仪灵敏度检测方案有限，一方面，紫外光灵敏度检测要求检测信号达到光子量级，对检测光源和计量仪器要求高，普通光源与计量仪器难以实现；
(2)现有方案中，有利用光衰减片进行信号衰减的，衰减片具有一定的衰减系数，但衰减幅值不可连续调节，实际操作中增加了操作的复杂性和实验时间，且衰减片存在光衰减不定量、衰减后光强分布不均匀等缺点；
(3)有标准对紫外光灵敏度测试进行说明的，标准检测方式对实验室环境要求高，实验设备制造昂贵，实验系统复杂，难以广泛应用；
(4)有方案提到利用积分球组进行信号衰减的，但未具体说明如何实现灵敏度检测，且该方案未涉及多谱段检测。
(5)现有方案中，涉及紫外光灵敏度计算的，有需要人工操作或计算，人工参与，增加测试的不确定因素。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种多光谱紫外光灵敏度检测系统及检测方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种多光谱紫外光灵敏度检测系统，包括：发光装置、衰减装置、检测装置和校验处理系统；
其中所述发光装置用于发射单色光源信号，单色光源信号进入衰减装置；
所述衰减装置包括n个积分球和n-1个可变光阑，n≥2，所述积分球包括一个入光孔和两个出光孔，相互连接的积分球之间，上一个积分球的出光孔通过一个可变光阑连接下一个积分球的入光孔，所要检测的紫外成像仪放置在最后一个积分球的出光孔处；
所述检测装置设置在积分球另一个出光孔处，同步记录检测情况，检测结果通过校验处理系统分析处理，得出紫外成像仪灵敏度检测结果。
进一步的，发光装置为波长可调谐激光器，用于产生波长连续可调的光源信号；或者发光装置为光源和滤光装置，滤光装置用于将光源信号过滤为单色光源；所述光源为氙灯或特定波段的LED灯。
进一步的，滤光装置包括更换装置和不同波段的滤光片，所述更换装置用于固定多个不同波段的滤光片，并根据需要通过手动或电动的方式将不同波段的滤光片切换在光路上。
进一步的，更换装置为转盘式更换装置或者为左右移动式更换装置。
进一步的，检测装置包括光功率计和光谱检测仪；所述光谱检测仪放置在第一个积分球的出光孔处，光功率计放置在其余积分球的出光孔处。
进一步的，最后一个积分球处使用的光谱检测仪为光子计数器。
进一步的，发光装置和衰减装置之间还设置有小孔光阑和/或光密度片。
进一步的，积分球的光孔径大于等于50mm。
一种根据检测系统检测紫外光灵敏度的检测方法，包括以下步骤：
(1)将待测紫外成像仪放置于检测系统衰减装置最后一个积分球的出光孔处，并将增益值调至最小，开启检测系统；
(2)调整波长可调谐激光器或者滤光装置，选择需要检测的波段或将相应的滤光片切换到光路；
(3)调节检测系统中第一个至第n-2个可变光阑，查看光功率计的示数是否满足检测要求，当满足光子计数器检测要求后，逐渐提高待测设备的增益值至最大，同时调节待测设备的紫外通道手动对焦保证设备离焦，同时调节第n-1个可变光阑，使待测设备检测到信号最小(即设备响应的最小信号)，记录此时设备状态；
(4)校验处理系统读取光子计数器中的光功率计数值，计算获取该待测设备的最低探测灵敏度数值；
(5)调整波长可调谐激光器或更换滤光片，测试下一波段；
(6)待检测完成后根据测试波段与灵敏度关系，绘制灵敏度光谱曲线，生成待测紫外成像仪灵敏度光谱曲线。
进一步的，步骤(4)中校验处理系统计算最低探测灵敏度数值采用以下：
Emin为紫外光检测灵敏度，以瓦每平方厘米为单位表示；W为光子计数器检测的发光功率，单位为瓦；d为光子计数器的感光面直径，单位为mm。
本发明为紫外成像仪灵敏度检测提供一种解决方案。本方案可实现目前所有紫外成像仪最低探测灵敏度的精确检测，同时可以形成灵敏度光谱曲线，全面分析设备性能。
本发明对光源信号的衰减方式为：系统通过积分球对信号进行大幅度的衰减，通过控制积分球之间的可变光阑可以对光源信号强度进行精确调节，从而实现光源强度连续可调。积分球自身具有均匀光源的作用，衰减后的信号强度均匀、稳定。本发明利用积分球组和可变光阑组成的衰减装置，对光源信号进行连续衰减，衰减幅值精准可调。衰减装置通过积分球组级联的方式对光源信号进行衰减；出射光源更加均匀，避免了衰减片方案光衰减不定量、不均匀的缺点。
本方案对实验环境要求低，可以产生信号强度均匀、稳定的紫外测试信号，且信号强度可精确调节。本方案的实施，一方面可以对单台设备进行灵敏度检测，评估其设备紫外灵敏度性能，进一步的，可以通过对不同设备进行灵敏度检测，进行光子数的校准统一，有利于紫外检测标准化工作的推进。除此之外，本方案的光谱分析功能，可以对不同波段的紫外灵敏度进行检测，得出设备灵敏度光谱曲线，检测性能更加全面，满足市场上所有紫外成像仪灵敏度的检测需求。
附图说明
图1是实施例多光谱紫外光灵敏度检测系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明包含发光装置、滤光片组、积分球、可变光阑、光功率计、光谱检测仪和校验处理系统。
发光装置用于发射单色光源信号。发光装置为波长可调谐激光器，用于产生波长连续可调的光源信号；或者发光装置为光源和滤光装置，滤光装置用于将光源信号过滤为单色光源。
滤光片组与其机械装置组成滤光装置；
积分球与可变光阑进行组合，形成衰减装置，本系统包含不只一级衰减装置；
功率计和光谱检测仪等检测仪器组成检测装置。
工作方式为：波长可调谐激光器发射单色光源或者光源信号通过滤光装置形成单色光源，单色光源进入衰减装置；待测设备置于衰减装置最后一级出口，检测装置放置在对应的积分球出口同步记录检测情况，最后结果通过校验处理系统分析处理，得出多谱段灵敏度检测结果。
本方案光源使用氙灯，氙灯光谱与日光光谱相似，更加接近实际环境。
本系统滤光装置，由多个滤光片和转盘式更换装置组成。滤光片根据测试谱段进行定制，其转盘式更换装置为一个圆盘，圆盘周围设计安装滤光片的卡环，通过卡环，滤光片可自由取下、放入，测试时，一次可放置多个滤光片，通过旋转圆盘，切换不同波段的滤光片。
滤光装置也可由多个滤光片和左右移动式更换装置组成。左右移动式更换装置为横框，横框上放置多个滤光片，然后左右移动横框，达到切换滤光片的功能。
本系统滤光装置可以手动调节，可以设计为机械调节。
发光装置和衰减装置之间还可以设置有小孔光阑和/或光密度片。
本系统衰减装置包括n个积分球和n-1个可变光阑，n≥2，积分球包括一个入光孔和两个出光孔，相互连接的积分球之间，上一个积分球的出光孔通过一个可变光阑连接下一个积分球的入光孔，所要检测的紫外成像仪放置在最后一个积分球的出光孔处。衰减方式为：系统通过积分球对信号进行大幅度的衰减，通过控制积分球之间的可变光阑可以对光源信号强度进行精确调节，从而实现光源强度连续可调。积分球自身具有均匀光源的作用，衰减后的信号强度均匀、稳定。
本系统衰减装置可变光阑独立控制，可采用电动控制，精准调节，也可以手动调节；通过调节可变光阑，精准调节信号强弱。
本系统检测装置有光功率计和光谱检测仪。光谱检测仪放置在第一个积分球的出光孔处，用于检测光源光谱；光谱测量需要保证光源是单色的，也就是说需要用窄带滤光片或者可调波长的单色光源。光功率计放置在其余积分球的出光孔处。最后一个积分球处使用的光谱检测仪为光子计数器。光子计数器置于衰减装置最后一个积分球的一个出光孔，积分球输出口得到辐射出射度可以控制在10-14～10-17W/cm2，满足信号光子量级的检测。其余光功率计可为pW(10-12W)量级功率计，满足市场上电流型光功率计的探测精度。
本系统，整个检测过程、检测效果及光源与探测器的响应情况可以通过待测紫外成像仪的屏幕直观可见。
本方案光孔(入光孔和出光孔)口径为大于等于50mm，满足市场上主流紫外成像仪的检测要求；
本系统检测获取的视频可导入自带的校验处理系统，直接计算灵敏度值。
本系统工作流程：
1.将待测紫外成像仪放置于本系统出口处，并将增益值调至最小，开启本检测系统；
2.调整波长可调谐激光器或者滤光装置，选择需要检测的波段或将相应的滤光片切换到光路；
3.调节系统中的可变光阑，同时逐渐提高待测设备的增益值，在不形成任意位置连续信号的前提下将增益调至最大，同时调节紫外通道手动对焦保证设备离焦，并录制紫外通道视频；
4.将待测紫外检测设备的存储卡取出并将视频导出至校验处理系统，读取本系统中的光功率计数值，计算获取该待测设备的最低探测灵敏度数值；
校验处理系统计算最低探测灵敏度数值采用以下：
Emin为紫外光检测灵敏度，以瓦每平方厘米为单位表示；W为光子计数器检测的发光功率，单位为瓦；d为光子计数器的感光面直径，单位为mm。
5.调整波长可调谐激光器或更换滤光片，测试下一波段；
6.输入测试波段和光子数值，依据模版自动生成检验报告或形成灵敏度光谱曲线。
实施例
紫外光灵敏度检测系统用来检测系统的最低探测灵敏度，如图1所示，包含光源1、滤光装置2、衰减装置，光功率计及光谱检测仪3，其中三个积分球采用级联的方式连接，两两之间均设有可变光阑。
光源拟采用氙灯。滤光装置采用转盘式更换装置和不同波段的滤光片，采用手动调节。
衰减装置含三个积分球(第一积分球4、第二积分球5、第三积分球6)和两个可变光阑(第一可变光阑7、第二可变光阑8)。
光源的光线通过滤光片进入第一积分球，光谱检测仪用于检测光源光谱。光线通过第一积分球衰减后通过第一可变光阑进入第二积分球，通过第二积分球再次衰减后出射。通过第二积分球上的光功率计9检测第二积分球内的光功率，光功率计探测光强，探测精度为50nW(10-8W)量级，因此在第二积分球内的光功率可以控制在nW级以上量级。光线通过第二积分球衰减后通过第二可变光阑进入第三积分球，在第三积分球输出口得到辐射出射度可以控制在10-6至10-19W/cm2，输出口口径为50mm。第三积分球另一出口对应的光功率计为一光子计数器10。所要检测的紫外成像仪11放置在最后一个积分球的出光孔处。
选择光子计数器对光子数进行探测，该模块配套软件能够适配市场上的主流紫外成像仪，通过导入紫外通道视频，自动计算得到紫外成像仪的紫外光灵敏度。
更换滤光片，可以测量不同波段的灵敏度，将滤光片参数输入自带的校验处理系统，可得灵敏度光谱曲线。
系统工作流程：
1.将待测紫外检测设备放置于本系统出口前，并将增益值调至最小，开启本检测系统；
2.选择需要测试的滤光片；
3.调节系统中的可变光阑同时逐渐提高待测设备的增益值，在不形成任意位置连续信号的前提下将增益调至最大，同时调节紫外通道手动对焦保证设备离焦，并录制紫外通道视频；
4.将待测紫外检测设备的存储卡取出并将视频导出至校验处理系统，读取本系统中的光功率计数值，计算获取该待测设备的最低探测灵敏度数值；
5.更换滤光片，测试下一波段；
6.待检测完成后根据测试波段与灵敏度关系，绘制灵敏度光谱曲线，生成待测紫外成像仪灵敏度光谱曲线。
综上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种检测紫外光灵敏度的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待测紫外成像仪放置于检测系统衰减装置最后一个积分球的出光孔处，并将增益值调至最小，开启检测系统；
所述检测系统包括：发光装置、衰减装置、检测装置和校验处理系统；
其中，所述发光装置用于产生波长连续可调的光源信号，所产生的光源信号进入衰减装置；
所述衰减装置包括采用级联方式连接的n个积分球和n-1个可变光阑，n≥2，所述积分球包括一个入光孔和两个出光孔，相互连接的积分球之间，上一个积分球的其中一个出光孔通过一个可变光阑连接下一个积分球的入光孔，所要检测的紫外成像仪放置在最后一个积分球的其中一个出光孔处；
所述检测装置设置在积分球另一个出光孔处，且最后一个积分球的出光孔处设置的检测装置为光子计数器，同步记录检测情况，检测结果通过校验处理系统分析处理，得出紫外成像仪灵敏度检测结果；
(2)调整波长可调谐激光器或者滤光装置，选择需要检测的波段或将相应的滤光片切换到光路；
(3)调节检测系统中第一个至第n-2个可变光阑，查看光功率计的示数是否满足检测要求，当满足光子计数器检测要求后，逐渐提高待测设备的增益至最大，调节待测设备的紫外通道手动对焦保证设备离焦，同时调节第n-1个可变光阑，使待测设备可检测的信号最小，即设备响应的最小信号；
(4)校验处理系统记录此时设备状态，读取光子计数器中的光功率计数值，计算获取该待测设备的最低探测灵敏度数值为：，其中，Emin为紫外光检测灵敏度，以瓦每平方厘米为单位表示；W为光子计数器检测的发光功率，单位为瓦；d为光子计数器的感光面直径，单位为mm；
(5)调整波长可调谐激光器或更换滤光片，测试下一波段；
(6)待检测完成后根据测试波段与灵敏度关系，绘制灵敏度光谱曲线，生成待测紫外成像仪灵敏度光谱曲线。
2.根据权利要求1所述的一种检测紫外光灵敏度的检测方法，其特征在于：所述发光装置为波长可调谐激光器，用于产生波长连续可调的光源信号；或者发光装置为光源和滤光装置，滤光装置用于将光源信号过滤为单色光源；所述光源为氙灯或特定波段的LED灯。
3.根据权利要求1所述的一种检测紫外光灵敏度的检测方法，其特征在于：所述检测装置包括光功率计和光谱检测仪；所述光谱检测仪放置在第一个积分球的出光孔处，光功率计放置在其余积分球的出光孔处。
4.根据权利要求1所述的一种检测紫外光灵敏度的检测方法，其特征在于：所述最后一个积分球处使用的光谱检测仪为光子计数器。
5.根据权利要求1所述的一种检测紫外光灵敏度的检测方法，其特征在于：所述发光装置和衰减装置之间还设置有小孔光阑和/或光密度片。
6.根据权利要求1所述的一种检测紫外光灵敏度的检测方法，其特征在于：所述积分球的光孔径大于等于50mm。
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