一种通过衰减片组合使用提高标定准确度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于透过率测试领域，尤其涉及一种通过衰减片组合使用提高标定准确度 的方法。
【背景技术】
[0002] 烟雾气溶胶与人工气溶胶泛指固体粉尘凝集生产的雾状物，氮氧化物或碳氢化物 经化学反应生成的二次污染物。烟雾光透过率被广泛应用于火灾检测、工业环保与军事领 域。
[0003] 日趋严格的安全要求和科技的迅速发展，使得烟雾光透过率测试方法需要不断丰 富、改进。测试前的标定是透过率测试的基础，也是获得准确透过率数值的基础，是提高测 试准确度的重要环节。在烟雾透过率测试等领域，透过率标定是测试必不可少的环节，也是 影响测试精度的最重要环节之一。通常做法是使用计量过的单片衰减片进行标定，获得透 过率与相对光强的对应关系节点。
【发明内容】
[0004] 本发明公开了一种通过衰减片组合使用提高标定准确度的方法。测试系统通常采 用激光、可见光、红外三个测试通道。透过率标定是测试中必不可少的重要环节，而使用衰 减片标定是通用的可靠做法。本发明通过将多个衰减片组合使用，在衰减片数量不变的情 况下，组合获得更多新的透过率，利用几何光学分析组合获得的透过率理论值与经验值的 相对偏差。透过率标定可按照激光、红外、可见光的顺序依次进行标定。另外，利用组合获 得的新的透过率，进行标定对透过率标定曲线进行修正、校准，可获得精度更高的透过率标 定曲线。标定时，一般依次选取透过率为：1%、1〇%，20%，30%...90%(实际透过率以计 量结果为准）的衰减片置于光路中进行标定，探测器可采用光敏电阻等。
【附图说明】
[0005] 图1是本发明的标定光路示意图；
[0006] 图2是本发明的单一衰减片的透射分量示意图；
[0007] 图3是本发明的两个衰减片的一阶透射分量示意图；
[0008] 图4是本发明的镜圈親合不意图；
[0009] 图5是本发明的单衰减片透过率标定示意图；
[0010] 图6是本发明的利用衰减片组合分段插值出的透过率标定曲线；
[0011] 图7是本发明的利用衰减片组合使用获得的透过率拟合曲线。
【具体实施方式】
[0012] 在衰减片个数确定的情况下，为了获得更多的标定数据，可以利用衰减片组合的 方式获得新的透过率。
[0013] 1.组合衰减片的透过率经验值与理论值相对偏差分析
[0014] 根据透过率的定义，衰减片的透过率等于衰减片的透射光强与入射光强的比值。
[0016]Ici为透射光强，I为入射光强，T为透过率。
[0017] 根据经验，N片衰减片组合后的透过率I；等于各个衰减片透过率之积，即：
[0019] 但考虑到衰减片之间的存在光反射，实际的透过率不完全符合公式（2)。可以对衰 减片之间的光反射做理论分析，定量计算出经验值与理论值之间的相对偏差。
[0020] 首先对单衰减片进行分析，在垂直入射的情况下，衰减片的反射率P与吸收率g 满足以下条件：
[0022] 其中，Ii1为环境的折射率，n2为衰减片的折射率。
[0023] g=eaL (4)
[0024] 其中，L为光衰减片中的光程，a为吸收系数。为简化分析，可使k=aL。若入 射光强为I，T。. ..T 〇到T阶透射分量。则第i阶透射光光强分量为：
[0025] I x=p21(1-P)2e(2l+1)kI (5)
[0026] 故单一衰减片的透过率T可表示为：
[0028] 由于透射光强随着其阶次升高而迅速减小，忽略2阶及其以上阶次光分量影响， 则透过率可表示为：
[0030] 两个衰减片组合使用的情况：
[0031] 衰减片X和Y，折射率相同，设透过率分别为1\和T2。可以看到，沿光的入射方向 有4个界面，分析可知：入射光在第i个界面反射引起的一阶光分量有i-1个。
[0032] 所以，当两个衰减片组合时，零阶和一阶透射分量一共有7个，根据公式⑴可知 组合后透过率为：
过率的经验值为：
[0040] 由上式可知：由于衰减片之间的光反射使的组合后的透过率理论值比经验值要 大。
[0041] 进一步计算Tf3与T的相对误差，假设ki=k2=k:
[0046] S卩，随着透过率的减小（衰减率的增大）相对偏差趋向一个恒定值。
[0047] 2?衰减片组合方式
[0048] 将计量过的中性衰减片安装于大小相等，两端均有螺纹，可以相互耦合在一起的 镜圈上。另外，镜圈的一端可以直接拧在探测器镜头上。
[0049] 实际使用时，一般仅需根据要组合的目标透过率，选择两片计量过的衰减片安装 于镜圈上，再将它们耦合串接到一起。考虑到相对误差增加、以及其他不确定因素增加等因 素，一般只选择将两个衰减片串接到一起的组合使用方式。取N个衰减片中的任意两个，组 合在一起，可以得到个组合方式。使用前，一般要对两个衰减片组合后的透过率也进行 计量。然后以计量后的透过率为准进行标定。
[0050] 3.使用衰减片组合装置进行标定与修正
[0051] 使用单片衰减片进行标定时，首先通过测量可以获得一组透过率与光强对应关系 的节点。然后分段线性插值出透过率标定曲线。由于光敏电阻的非线性影响，以及环境背 景光（特别是可见光波段）的存在，加之使用的单片衰减片标定获得的数据有限，获得的透 过率标定曲线精度不高，特别是非线性拐点处，标定曲线很难反映出透过率与相对光强的 变化关系。
[0052] 为了提高透过率标定曲线的精度，为节点过于稀疏的地方提供更多标定数据，特 别是对非线性拐点处进行修正。使用衰减片组合的方法，在衰减片数量有限的情况下，标定 获得更多的标定参数，然后分段线性插值出新的透过率标定曲线。
[0053] 为了进一步分析透过率标定曲线的变化规律，与分段插值出的透过率标定曲线进 行对比，可以利用最小二乘法进一步对使用单片衰减片和衰减片组合的方式获得的所有参 数进行拟合，获得透过率拟合曲线。
【主权项】
1. 一种通过衰减片组合使用提高标定准确度的方法，其特征在于，将多个衰减片组合 使用，新的透过率并不完全等于经验值，即组合后的透过率并不等于各个衰减片透过率之 积，使用前要对组合后的衰减片透过率进行计量，可以发现实际透过率值与经验值近似相 等。2. 根据权利要求1所述的方法，多个衰减片组合使用获得的透过率不完全等于各个衰 减片透过率之积，利用几何光学的方法，可以计算得到多个衰减片组合后的透过率理论表 达式，并以此计算出经验值与理论值的相对偏差。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，"衰减片组合装置"是通过将单片、计量过 的、几何尺寸相同的衰减片安装在可以相互串接的"镜圈"上，然后相互串接，组合而成的。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用衰减片组合装置进行标定测试前，要 对组合的衰减片进行透过率计量，标定时以计量值为准，或在精度允许的情况下使用衰减 片组合装置的透过率经验值进行标定。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用衰减片组合装置进行标定时，要使组 合后获得的目标透过率具有典型性，针对标定曲线非线性差的特点，重点将衰减片组合后 的目标透过率值置于非线性拐点区域附近，以此标定，获得更多的非线性拐点参数，从而绘 制出更加精确的非线性修正曲线。
【专利摘要】本发明公开了一种通过衰减片组合使用提高标定准确度的方法。根据经验：多个衰减片组合使用，透过率近似等于单个衰减片透过率之积，但实际测量透过率会与经验值存在偏差。利用几何光学的方法对其进行分析，获得理论值与经验值的相对偏差。对组合的衰减片透过率进行计量，使用“组合装置”的透过率进行标定。这样可以在衰减片数量有限的情况下，通过组合使用的方式，获得更多的非线性拐点参数，从而绘制出更精确的非线性修正曲线。
【IPC分类】G01N21/61, G01N21/01
【公开号】CN105067567
【申请号】CN201510557684
【发明人】毛光普, 张鹏, 刘科祥
【申请人】江苏中科国腾科技有限公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年9月2日