CN116147767A - 一种瞬态光谱仪采集时间测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学计量测试技术领域，公开了一种瞬态光谱仪采集时间测量装置及测量方法，包括：信号发生器、系列脉冲激光器、分束器、纳秒探测器被测瞬态光谱仪和示波器；信号发生器生成并输出标准方波信号，标准方波信号分为两路，一路输入至示波器的Ⅰ通道；脉冲激光器输出脉冲激光，分为两束，一束激光经分束器折转之后被纳秒探测器接收，输出电信号输出至示波器的Ⅱ通道；另外一路分束入射至被测瞬态光谱仪，输出电信号输出至示波器的Ⅲ通道；Ⅲ通道的上升沿起始位置相对于Ⅱ通道的上升沿起始位置的时间延迟，即为采集时间。本发明解决了瞬态光谱仪采集时间测量、激光器触发延时时间测量，消除了脉冲激光器的触发出光延迟对采集时间的影响。
Description
技术领域
本发明属于光学计量测试技术领域，涉及一种瞬态光谱仪采集时间测量装置及测量方法。
背景技术
因为飞行器风洞试验中高温气体发光，武器系统火炸药爆炸以及高效毁伤材料爆炸瞬时发光、新概念焰火药等特种发光材料发光时，对闪光时间在μs～ms量级的瞬态光谱辐射参数的测量需求。瞬态光谱仪已经得到越来越广泛的应用，要求瞬态光谱仪具备μs级的采集能力；采集时间指光谱仪的数据采集系统从接收到闪光开始至瞬态光谱仪输出电信号至上位机所经历的时间。采集时间是瞬态光谱仪的重要指标参数之一，超出采集时间阈值时，采集系统可能会丢失瞬态触发前沿的一些数据，造成采集数据不完全。
文章“光谱仪动态采样时间特性的研究(《光谱学与光谱分析》，第34卷第4期)”，巧妙地利用锯齿波的幅值与时间存在一线性编码的关系，主要研究了光谱仪采集电路在不同积分时间下对应的输出信号的持续时间。文章“紫外临边成像光谱仪时间同步系统的优化(《红外与激光工程》，第43卷第7期)”，利用光谱仪系统中的1553B接口芯片的时标单元作为参考时钟源，采用高速FPGA芯片设计了时间同步系统；实现了的光谱仪时间同步。专利“一种光谱仪的信号采集系统以及采集方法(专利号CN201410570399.7)”，公开了一种光谱仪的信号采集系统以及采集方法,包括信号采集模块、CPLD、信号转换模块、处理模块和电机。
瞬态光谱仪采集时间测量存在的问题：目前的时间测量主要针对信号的持续时间或者光谱仪能够响应的脉冲宽度，没有一种可以测量瞬态光谱仪采集时间的方法，缺乏一种瞬态光谱仪采集时间的测量装置及测量方法以解决瞬态光谱仪采集时间测量问题。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：针对目前瞬态光谱仪采集时间无法测量问题，提出一种瞬态光谱仪采集时间测量装置及测量方法，解决瞬态光谱仪采集时间的测量问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种瞬态光谱仪采集时间测量装置，其包括：信号发生器1、系列脉冲激光器2、分束器3、纳秒探测器4、被测瞬态光谱仪5和示波器6；信号发生器1生成并输出标准方波信号，标准方波信号分为两路，其中一路直接输入至示波器6的Ⅰ通道，另外一路传输给脉冲激光器2作为脉冲激光器的触发信号；脉冲激光器2在触发信号的激励下，输出脉冲激光，脉冲激光经分束器3分为两束，其中一束激光经分束器3折转之后被纳秒探测器4接收，纳秒探测器4的输出电信号输出至示波器6的Ⅱ通道；另外一路激光透过分束器之后，入射至被测瞬态光谱仪5并被瞬态光谱仪5的探测器接收，被测瞬态光谱仪5的输出电信号输出至示波器6的Ⅲ通道。
其中，所述比较示波器6Ⅱ通道的上升沿起始位置相对于Ⅰ通道的上升沿起始位置的时间间隔，为脉冲激光器2的触发出光延迟时间。
其中，所述比较示波器6Ⅲ通道的上升沿起始位置相对于Ⅱ通道的上升沿起始位置的时间间隔，该时间为被测瞬态光谱仪5的采集时间。
其中，所述信号发生器1输出方波信号频率1Hz，占空比10％。
其中，所述脉冲激光器2具备外触发功能，接收到外部触发信号之后，输出脉冲激光。
其中，所述脉冲激光器2的输出激光波长处于被测瞬态光谱仪5的可测范围之内。
其中，所述纳秒探测器4的光谱响应范围包含脉冲激光器2波长，纳秒探测器的上升时间小于等于5ns。
本发明还提供一种瞬态光谱仪采集时间测量方法，包括以下步骤：
步骤1：打开信号发生器1、纳秒探测器4、瞬态光谱仪5、示波器6，并使以上仪器处于工作状态；
步骤2：打开脉冲激光器2，设置脉冲激光器2使脉冲激光器处于外部触发模式。
步骤3：设置信号发生器1的输出波形类型、周期和占空比参数，输出波形类型为方波，启动信号发生器输出信号；
步骤4：分别设置示波器6三个通道的“输入阻抗”、“时间分辨率”、“放大倍率”参数，使得三个通道的信号均显示到示波器屏幕上；
步骤5：记录并分析三个通道信号的上升沿起始位置对应的时间，分别记为t1、t2、t3，并按照公式(1)计算得到瞬态光谱仪的采集时间；
Δt＝t3-t2 (1)
式中：Δt──瞬态光谱仪5的采集时间，单位为μs；
t2──纳秒探测器4输出电信号上升沿起始位置对应的时间，单位为μs；
t3──被测瞬态光谱仪5输出电信号上升沿起始位置对应的时间，单位为μs。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的瞬态光谱仪采集时间测量装置及测量方法，测量时利用纳秒探测器测量脉冲激光器的触发延迟时间，并在采集时间测量时将改时间扣除，消除了脉冲激光器的触发出光延迟对采集时间的影响，解决了瞬态光谱仪采集时间测量问题。
附图说明
图1是瞬态光谱仪采集时间测量装置组成示意图。
图2中A、B、C图分别是示波器三个通道波形示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例瞬态光谱仪采集时间测量装置包括信号发生器1、系列脉冲激光器2、分束器3、纳秒探测器4、被测瞬态光谱仪5和示波器6。
信号发生器1生成并输出标准方波信号，标准方波信号分为两路，其中一路直接输入至示波器6的Ⅰ通道，另外一路传输给脉冲激光器2作为脉冲激光器的触发信号。脉冲激光器2在触发信号的激励下，输出脉冲激光，脉冲激光经分束器3分为两束，其中一束激光经分束器3折转之后被纳秒探测器4接收，纳秒探测器4的输出电信号输出至示波器6的Ⅱ通道；另外一路激光透过分束器之后，入射至被测瞬态光谱仪5并被瞬态光谱仪5的探测器接收，被测瞬态光谱仪5的输出电信号输出至示波器6的Ⅲ通道。
如图2所示，比较示波器6Ⅱ通道的上升沿起始位置相对于Ⅰ通道的上升沿起始位置的时间间隔，该时间为脉冲激光器2的触发出光延迟时间。比较的示波器6Ⅲ通道的上升沿起始位置相对于Ⅱ通道的上升沿起始位置的时间间隔，该时间为被测瞬态光谱仪5的采集时间。
再看图1，所述信号发生器1的可输出方波信号，输出方波信号频率1Hz，占空比10％；输出方波信号分为两路，一路作为脉冲激光器2的激励信号，一路作为示波器6Ⅰ通道的输入信号。
所述脉冲激光器2具备外触发功能，接收到外部触发信号之后，输出脉冲激光。脉冲激光器2的输出激光波长处于被测瞬态光谱仪5的可测范围之内。
所述分束器3将脉冲激光分为两束，其中一束脉冲激光入射至被测瞬态光谱仪5，另外一束脉冲激光入射至纳秒探测器4。
所述纳秒探测器4接收脉冲激光器2输出的脉冲激光，将光信号转换为电信号并传输至示波器的Ⅱ通道，纳秒探测器4的光谱响应范围应包含脉冲激光器2波长，纳秒探测器的上升时间小于等于5ns。
所述被测瞬态光谱仪5接收脉冲激光，并将脉冲激光转换为光电信号，传输至示波器6的Ⅲ通道。
所述示波器6分别接收信号发生器1、纳秒探测器4以及被测瞬态光谱仪5的输出电信号，并对以上三者信号进行比较分析，得到被测瞬态光谱仪5的采集时间。
所述瞬态光谱仪采集时间测量方法步骤如下：
步骤1：打开信号发生器1、纳秒探测器4、瞬态光谱仪5、示波器6，并使以上仪器处于工作状态；
步骤2：打开脉冲激光器2，设置脉冲激光器2使脉冲激光器处于外部触发模式。
步骤3：设置信号发生器1的输出波形类型、周期和占空比参数，输出波形类型为方波，按信号发生器上的“输出”按钮，使信号发生器输出信号；
步骤4：分别设置示波器6三个通道的“输入阻抗”、“时间分辨率”“放大倍率”等参数，使得三个通道的信号均可以显示到示波器屏幕上；
步骤5：如图2所示，记录并分析三个通道信号的上升沿起始位置对应的时间，分别记为t1、t2、t3，并按照公式(1)计算得到瞬态光谱仪的采集时间；
Δt＝t3-t2 (1)
式中：Δt──瞬态光谱仪5的采集时间，单位为μs；
t2──纳秒探测器4输出电信号上升沿起始位置对应的时间，单位为μs；
t3──被测瞬态光谱仪5输出电信号上升沿起始位置对应的时间，单位为μs。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种瞬态光谱仪采集时间测量装置，其特征在于，包括：信号发生器(1)、脉冲激光器(2)、分束器(3)、纳秒探测器(4)、被测瞬态光谱仪(5)和示波器(6)；信号发生器(1)生成并输出标准方波信号，标准方波信号分为两路，其中一路直接输入至示波器(6)的Ⅰ通道，另外一路传输给脉冲激光器(2)作为脉冲激光器的触发信号；脉冲激光器(2)在触发信号的激励下，输出脉冲激光，脉冲激光经分束器(3)分为两束，其中一束激光经分束器(3)折转之后被纳秒探测器(4)接收，纳秒探测器(4)的输出电信号输出至示波器(6)的Ⅱ通道；另外一路激光透过分束器之后，入射至被测瞬态光谱仪(5)并被瞬态光谱仪(5)的探测器接收，被测瞬态光谱仪(5)的输出电信号输出至示波器(6)的Ⅲ通道。
2.如权利要求1所述的瞬态光谱仪采集时间测量装置，其特征在于，所述比较示波器(6)Ⅱ通道的上升沿起始位置相对于Ⅰ通道的上升沿起始位置的时间间隔，为脉冲激光器(2)的触发出光延迟时间。
3.如权利要求2所述的瞬态光谱仪采集时间测量装置，其特征在于，所述比较示波器(6)Ⅲ通道的上升沿起始位置相对于Ⅱ通道的上升沿起始位置的时间间隔，该时间为被测瞬态光谱仪(5)的采集时间。
4.如权利要求3所述的瞬态光谱仪采集时间测量装置，其特征在于，所述信号发生器(1)输出方波信号频率1Hz，占空比10％。
5.如权利要求4所述的瞬态光谱仪采集时间测量装置，其特征在于，所述脉冲激光器(2)具备外触发功能，接收到外部触发信号之后，输出脉冲激光。
6.如权利要求5所述的瞬态光谱仪采集时间测量装置，其特征在于，所述脉冲激光器(2)的输出激光波长处于被测瞬态光谱仪(5)的可测范围之内。
7.如权利要求6所述的瞬态光谱仪采集时间测量装置，其特征在于，所述纳秒探测器(4)的光谱响应范围包含脉冲激光器(2)波长，纳秒探测器的上升时间小于等于5ns。
8.一种瞬态光谱仪采集时间测量方法，其特征在于，采用权利要求1-7中任一项所述的瞬态光谱仪采集时间测量装置进行采集时间测量；所述测量方法包括以下步骤：
步骤1：打开信号发生器(1)、纳秒探测器(4)、瞬态光谱仪(5)、示波器(6)，并使以上仪器处于工作状态；
步骤2：打开脉冲激光器(2)，设置脉冲激光器(2)使脉冲激光器处于外部触发模式。
步骤3：设置信号发生器(1)的输出波形类型、周期和占空比参数，输出波形类型为方波，启动信号发生器输出信号；
步骤4：分别设置示波器(6)三个通道的“输入阻抗”、“时间分辨率”、“放大倍率”参数，使得三个通道的信号均显示到示波器屏幕上；
步骤5：记录并分析三个通道信号的上升沿起始位置对应的时间，分别记为t1、t2、t3，并按照公式(1)计算得到瞬态光谱仪的采集时间；
Δt＝t3-t2 (1)
式中：Δt──瞬态光谱仪(5)的采集时间，单位为μs；
t2──纳秒探测器(4)输出电信号上升沿起始位置对应的时间，单位为μs；
t3──被测瞬态光谱仪(5)输出电信号上升沿起始位置对应的时间，单位为μs。
9.一种基于权利要求1-7中任一项所述的瞬态光谱仪采集时间测量装置在光学计量测试技术领域中的应用。
10.一种基于权利要求8所述的瞬态光谱仪采集时间测量方法在光学计量测试技术领域中的应用。
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| CN202211691973.5A CN116147767A (zh) | 2022-12-28 | 2022-12-28 | 一种瞬态光谱仪采集时间测量装置及测量方法 |
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