光电探测器光谱响应测试系统及其测量方法_2

文档序号:9504673阅读:来源:国知局
骤L ;
[0034] K.数据采集放大电路换档:向微控制器控制电路发送指令,控制前置放大电路进 行换档,转步骤I ;
[0035] L.存储I待(λ J和I'参(λ J :将采集的I待(λ J和I'参(λ J传输到计算机存 储,转步骤I,直至达到截止波长λ
[0036] Μ.计算光谱响应度:计算待测光电探测器对每个波长的光谱响应度R# ( λ J :
[0038] 式中,R标U1)为已知的标准光电探测器对A1的响应度,S待为待测光电探测器光 敏面面积,S#为标准光电探测器光敏面面积,i = 1,…,j ;
[0039] 依据R# ( λ J,绘制出待测光电探测器在整个测量波段的光谱响应曲线。
[0040] 正弦波只含有一种频率成分,形式简单,便于产生和接收,正弦曲线保真度是其他 信号所不具有的性质:一个正弦信号输入后,输出依旧为正弦曲线,只有幅度和相位可能变 化,但频率和波的形状仍然是完全一样,没有畸变。相比于其他调制波形,正弦波可以无失 真或畸变的通过电路,可以避免信号的电路传输处理误差,从而获得更高的测量精度。
[0041] 与现有光谱响应度测量系统相比,本发明使用正弦调制光源,充分利用了正弦信 号的保真特性,避免了多谐波(方波等)信号在传输和处理过程中的信号畸变,分光采用点 格分光镜,将探测器响应的模拟信号经AD转换,在数字域进行正弦锁相放大,消除测量背 景噪声和调制波形畸变带来的影响,准确测量正弦信号幅值,再经DA转换,采集数据到计 算机计算光谱响应,提高光谱响应测量精度的同时,降低了设备成本和设计难度。
【附图说明】
[0042] 图1是本发明的结构框图;
[0043] 图2是本发明的正弦锁相放大器的框图;
[0044] 图3是本发明的正弦锁相放大器的内部结构图;
[0045] 图4是使用本发明的工作流程图;
[0046] 图5是本发明测试方法流程框图。
【具体实施方式】
[0047] 以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0048] 如图1所示,本发明包括正弦调制光源1、聚光透镜2、单色仪3、滤光片轮4、暗箱 12、电机驱动电路13、微控制器控制电路14、前置放大电路15、数据采集卡17和计算机18 ;
[0049] 所述暗箱12内装设有准直光学系统5、分光镜6、第一电动转台10和第二电动转 台11,第一电动转台10上安装有标准Si光电探测器7,第二电动转台11上安装有参考Si 光电探测器9;
[0050] 正弦调制光源1发出的光经过聚光透镜2,进入单色仪3进行分光,经滤光片轮4 滤除高阶光谱,输出单色光进入暗箱12,再经准直光学系统5准直为平行光,投射到分光镜 6上,进行1 :1分光,透射光被标准Si光电探测器7接收,反射光被参考Si光电探测器9接 收;标准Si光电探测器7输出电信号和参考Si光电探测器9输出电信号通过前置放大电 路15放大,经过正弦锁相放大器16放大并输出测量的直流量,之后由数据采集卡17送至 计算机18进行数据处理;计算机18加载有单色仪控制模块、滤光片轮控制模块、电机控制 模块和数据采集模块,计算机18通过电机控制模块向微控制器控制电路14发送指令,控制 电机驱动电路13驱动第一电动转台10和第二电动转台11,通过单色仪控制模块、滤光片轮 控制模块和数据采集模块完成单色仪控制、滤光片轮控制和数据采集功能;
[0051] 所述前置放大电路15和数据采集卡17之间串连有正弦锁相放大电路16,正弦锁 相放大电路16输入端连接前置放大电路15,正弦锁相放大电路16输出端连接数据采集卡, 正弦锁相放大电路将前置放大电路15输出的正弦信号进行锁相放大并输出直流量,由数 据采集卡17送至计算机18进行数据处理,计算待测光电探测器的光谱响应度。
[0052] 如图2所示,所述正弦锁相放大电路16由AD转换电路、主体电路和DA转换电路 依次串联构成,如图3所示,所述主体电路包括第一乘法器、第二乘法器、第一低通滤波器、 环路滤波器、数控振荡器、第三乘法器、第四乘法器、第五乘法器、第二低通滤波器、第三低 通滤波器、第六乘法器、第七乘法器、加法器和开方电路;
[0053] 所述第一乘法器、第二乘法器、第一低通滤波器、环路滤波器、数控振荡器依次串 联,正弦调制信号输入第一乘法器,数控振荡器输出与输入信号同频同相的正弦信号以及 同频反相的余弦信号送入第三乘法器相乘,相乘结果送入第二乘法器,形成闭环反馈锁相 环电路;由数控振荡器输出与输入信号同频同相的正弦信号以及同频反相的余弦信号;
[0054] 数控振荡器输出的正弦信号与输入调制信号在第五乘法器相乘,乘积进入第三低 通滤波器,滤波结果进入第七乘法器进行平方运算;数控振荡器输出的余弦信号与输入调 制信号在第四乘法器相乘,乘积进入第二低通滤波器,滤波结果进入第六乘法器进行平方 运算;第六乘法器和第七乘法器的两路平方运算结果,进入加法器求和,求和值送入开方电 路进行开方运算,开方运算结果为正弦锁相放大电路的最终输出。
[0055] 作为一个实施例,在本发明中:
[0056] 正弦调制光源1采用500W的照明白炽灯;
[0057] 聚光透镜2为直径13cm的凸透镜;
[0058] 单色仪3采用北京卓立汉光仪器有限公司的Omni- λ 5007型单色仪;
[0059] 滤光片轮4采用北京卓立汉光仪器有限公司型号为SD-IR3的六档滤光片轮;
[0060] 暗箱12采用北京卓立汉光仪器有限公司型号为DZDarkBox-DROl的暗箱;
[0061] 准直光学系统5采用焦距为100~150mm的透镜组;
[0062] 分光镜6采用爱特蒙特光学(深圳)有限公司的BS P0LKA-D0T25. 4MMDIA点格分 光镜,光谱范围为300~900nm波段。
[0063] 第一电动转台10、第二电动转台11采用北京微纳光科仪器有限公司的 WN02RA100M电动旋转台;
[0064] 标准Si光电探测器7采用北京卓立汉光仪器有限公司型号为DZDSi200-DR01的 硅光电探测器;
[0065] 参考Si光电探测器9采用北京卓立汉光仪器有限公司型号为DZDSi200-DR01的 硅光电探测器;
[0066] 电机驱动电路13由电机驱动专用芯片TA8435H加上相应的外围电路构成;
[0067] 所述微控制器控制电路14由微型计算机芯片STC89C52RD及其外围电路组成;
[0068] 前置放大电路15采用美国国家半导体公司的LM393D运算放大器,配合OmRon公 司的G5V-2-HE继电器组成,放大档位可选,一档为100Ω,二档为10ΚΩ,三档为1ΜΩ,可将 nA~mA级的电流转换为mV~V电压供后级处理;
[0069] 所述正弦锁相放大电路16中的主体电路采用全数字方式在可编程器件中实现, 采用ALTERA公司搭载Cyclone IV E可编程器件的DE2-115FPGA开发平台进行设计, Cyclone IV E可编程器件配AD/DA子卡后构成正弦锁相放大电路16;
[0070] 数据采集卡17采用北京星烁华创科技有限公司的FCFR-USB2066数据采集卡;
[0071] 计算机 18 米用 Pentium(R)Dual-Core E5300 处理器,使用 WindowsXP 系统;
[0072] 本发明的工作总流程图如图4所示,打开系统开关,系统复位进行初始化;进行硬 件设置与调试:计算机18向微控制器控制电路14发送指令,控制电机驱动电路13驱动第 一电动转台10,使标准Si光电探测器7与分光镜透射光对准,将标准Si光电探测器7此时 所在位置?:保存入计算机;驱动第一电动转台10,使待测Si光电探测器与分光镜透射光对 准,将待测光电探测器此时所在位置匕保存入计算机;驱动第二电动转台11,使参考Si光 电探测器9与分光镜反射光对准,将Si参考光电探测器9此时所在位置匕保存入计算机; 选择光谱响应度测试:光谱响应度测试则需设置波长范围、波长间隔、测量方法、选择探测 器;然后进入光谱响应度测试模块,系统开始自动进行测试;测试完成后将数据输送到计 算机进行浏览、绘图、打印等处理。
[0073] 如图5所示,利用所述光电探测器光谱响应测试系统的测量方法,依次包括下述 步骤:
[0074] A.驱动
当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1