一种标定容器中有效的均匀发光气体体积的方法
【专利摘要】本发明公开了一种标定容器中有效的均匀发光气体体积的方法。在对气体荧光测试中，测试系统直接对接发光气体区域进行测试，利用均匀面光源模拟均匀发光气体面元发光，利用测试系统接收到的光强转化成电信号对比该均匀面光源中心区域固定面积面元发光转化的电信号，再与该均匀面光源中心区域固定面积乘积，计算出该面元位置被测试系统转化成电信号的均匀发光气体的面积。对整个区域进行积分，获得被测试系统转化成电信号的均匀发光气体的体积。利用本方法计算均匀发光气体的体积，避免了几何光学计算的繁琐，同时消除了设备内壁反光等系统误差，使得测试精确度进一步得到提高。
【专利说明】一种标定容器中有效的均匀发光气体体积的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学探测领域，特别是涉及气体荧光测试领域，也就是在荧光探测时 如何确定多少体积的发光气体发出的光子能够进入测试系统的方法。
【背景技术】
[0002] 在对气体突光测试时，测试系统对容器中气体的发光区域直接测试突光发光光 强，测试系统由于入口光阑限制，只能接收到容器中一部分气体发出的荧光光强转变成电 信号，而这部分被测试系统接收到光强的发光气体的体积却很难直接确定，通常通过几何 光学的计算方法来确定。而利用几何光学计算气体体积时，边界附近的气体发出的光子被 测试系统探头接收的立体角由于入口光阑的遮挡而小于轴线中心部位气体发出的光子被 探头接受的立体角，使得计算变得复杂。另外气体发光会被测试系统入口管路内壁反射而 被探头接收，使得误差变大。
【发明内容】
[0003] 本发明是通过均匀发光面光源模拟均匀气体发光，来标定均匀气体发出的光能够 进入测试系统的发光气体的体积。
[0004] 本发明所采用的技术方案是：
[0005] -种标定容器中有效的均匀发光气体体积的方法，所述容器具有二个相互平行的 平板状侧壁(如图1)，于其中一个平板状侧壁上设透明窗口，透明窗口为平板状结构；于容 器带有透明窗口的平板状侧壁外部设有光探测器，光探测器的光信号接收面与透明窗口相 对设置，于光信号接收面与透明窗口间设有入口光阑；容器中的光透过透明窗口经入口光 阑后进入光信号接收面；
[0006] 光信号接收面与入口光阑相互间隔、同轴、平行设置；入口光阑与透明窗口相贴接 或相互间隔、同轴、平行设置；
[0007] 1)于容器内放置均匀发光面光源，均匀发光面光源的出光口与透明窗口相互间 隔、同轴、平行设置，均匀发光面光源出光口可沿垂直于透明窗口的方向移动；
[0008] 均匀发光面光源出光口的移动位置从透明窗口至远离透明窗口的平板状侧壁的 内表面；
[0009] 入口光阑于面光源出光口所在平面上的投影处于面光源出光口上；且当面光源出 光口移动至远离透明窗口的平板状侧壁的内表面位置时，面光源出光口四周边缘所发出的 光为入口光阑所屏蔽，而面光源出光口中部所发出的光可通过入口光阑；
[0010] 2)固定均勻发光面光源出光口于容器内的位置B处，使均勻发光面光源发光，其 发出的光经面光源出光口、透明窗口、入口光阑后到达光探测器的光信号接收面，光信号接 收面采集的光信号经光探测器转换成电信号4;
[0011] 于均勻发光面光源的出光口处设置一出口光阑，出口光阑与入口光阑同轴、平行 设置，出光口与出口光阑相贴接；出口光阑与入口光阑形状相同、且出口光阑的面积S小于 或等于入口光阑的面积；使均匀发光面光源发光，其发出的光经面光源出光口、透明窗口、 入口光阑后到达光探测器的光信号接收面，光信号接收面采集的光信号经光探测器转换成 电信号a2 ;
[0012] 将&乘以S再除以A2获得的数值定义为均匀发光面光源所处固定位置的等效均 匀发光面积；
[0013] 3)均勻发光面光源出光口沿垂直于透明窗口的方向移动；
[0014] 按步骤2)的操作过程获得均匀发光面光源于透明窗口至远离透明窗口的平板状 侧壁的内表面间任意位置的等效均匀发光面积；
[0015] 4)对均匀发光面光源于透明窗口至远离透明窗口的平板状侧壁的内表面间所有 位置（Bi、B 2、B3、B4、"·Βη，其中η为> 2的整数）的等效均匀发光面积进行积分求和，获得等 效均匀发光气体体积。
[0016] 所述等效均匀发光体积即为：气体于容器中均匀发光时，光经由透明窗口、入口光 阑后被光信号接收面所接收的等效均匀发光气体体积。
[0017] 所述等效均匀发光体积即可认定为气体于容器中均匀发光时，被光探测器光信号 接收面所接收的容器中有效的均匀发光气体体积。
[0018] 可采用带通孔的平板或二端开口的筒体形成入口光阑或出口光阑。
[0019] 所述光探测器又可称之为光电转换器或光探头。
[0020] 所述所有位置的等效均匀发光面积进行积分求和是指对均匀发光面光源于透明 窗口至远离透明窗口的平板状侧壁的内表面间取2个以上位置，并对取点位置进行连续积 分求和。
[0021] 本发明的优点是采用均匀面光源模拟均匀发光气体面元发光，在标定过程中消除 测试系统内壁等部位对光信号反射所引入的误差，也消除在采用几何光学计算时测量器件 尺寸引入的测量误差。本发明采用的标定均匀发光气体的方法简单可靠，引入的测量误差 小，精度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1容器中均匀面光源模拟气体发光标定发光气体体积；
[0023] 图2面光源放置出口光阑后对光探测器发光。
[0024] 图中：1为光探测器，2为入口光阑，3为透明窗口，4为相互平行的平板状侧壁，5 为位置Β处的均匀发光面光源，6为放置均匀面光源的发光气体容器，7为面光源出口光阑。
【具体实施方式】：
[0025] 实施例1
[0026] -种标定容器中有效的均匀发光气体体积的方法，所述容器具有二个相互平行的 平板状侧壁(如图1)，于其中一个平板状侧壁上设透明窗口，透明窗口为平板状结构；于容 器带有透明窗口的平板状侧壁外部设有光探测器，光探测器的光信号接收面与透明窗口相 对设置，于光信号接收面与透明窗口间设有入口光阑；容器中的光透过透明窗口经入口光 阑后进入光信号接收面；
[0027] 光信号接收面与入口光阑相互间隔、同轴、平行设置；入口光阑与透明窗口相贴接 或相互间隔、同轴、平行设置；
[0028] 1)于容器内放置均匀发光面光源，均匀发光面光源的出光口与透明窗口相互间 隔、同轴、平行设置，均匀发光面光源出光口可沿垂直于透明窗口的方向移动；
[0029] 均匀发光面光源出光口的移动位置从透明窗口至远离透明窗口的平板状侧壁的 内表面；
[0030] 入口光阑于面光源出光口所在平面上的投影处于面光源出光口上；且当面光源出 光口移动至远离透明窗口的平板状侧壁的内表面位置时，面光源出光口四周边缘所发出的 光为入口光阑所屏蔽，而面光源出光口中部所发出的光可通过入口光阑；
[0031] 2)固定均勻发光面光源出光口于容器内的位置B处，使均勻发光面光源发光，其 发出的光经面光源出光口、透明窗口、入口光阑后到达光探测器的光信号接收面，光信号接 收面采集的光信号经光探测器转换成电信号4;
[0032] 于均勻发光面光源的出光口处设置一出口光阑，出口光阑与入口光阑同轴、平行 设置，出光口与出口光阑相贴接；出口光阑与入口光阑形状相同、且出口光阑的面积S小于 或等于入口光阑的面积；使均匀发光面光源发光，其发出的光经面光源出光口、透明窗口、 入口光阑后到达光探测器的光信号接收面，光信号接收面采集的光信号经光探测器转换成 电信号A 2 ;
[0033] 将&乘以S再除以A2获得的数值定义为均匀发光面光源所处固定位置的等效均 匀发光面积；
[0034] 3)均勻发光面光源出光口沿垂直于透明窗口的方向移动；
[0035] 按步骤2)的操作过程获得均匀发光面光源于透明窗口至远离透明窗口的平板状 侧壁的内表面间任意位置的等效均匀发光面积；
[0036] 4)对均匀发光面光源于透明窗口至远离透明窗口的平板状侧壁的内表面间所有 位置（Bi、B 2、B3、B4、"·Βη，其中η为> 2的整数）的等效均匀发光面积进行积分求和，获得等 效均匀发光气体体积。
[0037] 如图1和2所示，本发明采用均匀面光源标定自发辐射的激发态发光氧气体积。 容纳激发态氧气的容器(长方体）两侧内壁间距为1〇〇_，设计测试系统入口光阑为直径为 Φ 18mm圆孔，均勻面光源采用120_X 120mm方形均勻面光源，标定时均勻面光源的出口光 阑设计为Φ16. 3mm的圆孔，表1中为实验标定数据，B是指面光源距离带有透明窗口侧壁 的距离；SV1是指在容器内的面光源发出的光信号被光探测器接收并转化为电信号的值；S V2 是指在面光源上设置一个Φ 16. 3mm圆孔的出口光阑后发出的光被光探测器接受并转化为 电信号的值；比值是SV1/SV2 ;AS是标定后该位置的等效发光面积。经过模拟标定，计算得到 能够被测试系统接收的激发态氧气的体积为23803. 97mm3。
[0038] 表1:标定自发辐射的激发态发光氧气的体积数据
[0039]
【权利要求】
1. 一种标定容器中有效的均匀发光气体体积的方法，其特征在于：所述容器具有二个 相互平行的平板状侧壁，于其中一个平板状侧壁上设透明窗口，透明窗口为平板状结构；于 容器带有透明窗口的平板状侧壁外部设有光探测器，光探测器的光信号接收面与透明窗口 相对设置，于光信号接收面与透明窗口间设有入口光阑；容器中的光透过透明窗口经入口 光阑后进入光信号接收面； 光信号接收面与入口光阑相互间隔、同轴、平行设置；入口光阑与透明窗口相贴接或相 互间隔、同轴、平行设置； 1) 于容器内放置均匀发光面光源，均匀发光面光源的出光口与透明窗口相互间隔、同 轴、平行设置，均匀发光面光源出光口可沿垂直于透明窗口的方向移动； 均匀发光面光源出光口的移动位置从透明窗口至远离透明窗口的平板状侧壁的内表 面； 入口光阑于面光源出光口所在平面上的投影处于面光源出光口上；且当面光源出光口 移动至远离透明窗口的平板状侧壁的内表面位置时，面光源出光口四周边缘所发出的光为 入口光阑所屏蔽，而面光源出光口中部所发出的光可通过入口光阑； 2) 固定均勻发光面光源出光口于容器内的位置B处，使均勻发光面光源发光，其发出 的光经面光源出光口、透明窗口、入口光阑后到达光探测器的光信号接收面，光信号接收面 采集的光信号经光探测器转换成电信号4; 于均勻发光面光源的出光口处设置一出口光阑，出口光阑与入口光阑同轴、平行设置， 出光口与出口光阑相贴接；出口光阑与入口光阑形状相同、且出口光阑的面积S小于或等 于入口光阑的面积；使均匀发光面光源发光，其发出的光经面光源出光口、透明窗口、入口 光阑后到达光探测器的光信号接收面，光信号接收面采集的光信号经光探测器转换成电信 号a 2 ; 将Ai乘以S再除以A2获得的数值定义为均匀发光面光源所处固定位置的等效均匀发 光面积； 3) 均勻发光面光源出光口沿垂直于透明窗口的方向移动； 按步骤2)的操作过程获得均匀发光面光源于透明窗口至远离透明窗口的平板状侧壁 的内表面间任意位置B的等效均匀发光面积； 4) 对均匀发光面光源于透明窗口至远离透明窗口的平板状侧壁的内表面间所有位置 (B1、B2、B3、B4、···&!，其中η为彡2的整数）的等效均匀发光面积进行积分求和获得等效 均匀发光气体体积。
2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于： 所述等效均匀发光体积即为：气体于容器中均匀发光时，光经由透明窗口、入口光阑后 被光信号接收面所接收的等效均匀发光气体体积。
3. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于： 所述等效均匀发光体积即可认定为气体于容器中均匀发光时，被光探测器光信号接收 面所接收的容器中有效的均匀发光气体体积。
4. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于： 可采用带通孔的平板或二端开口的筒体形成入口光阑或出口光阑。
5. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于： 所述光探测器又可称之为光电转换器或光探头。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于： 所述所有位置的等效均匀发光面积进行积分求和是指对均匀发光面光源于透明窗口 至远离透明窗口的平板状侧壁的内表面间取2个以上位置，并对取点位置进行连续积分求 和。
【文档编号】G01F22/00GK104280088SQ201310291471
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月11日 优先权日:2013年7月11日
【发明者】王景龙, 许晓波, 陈文武, 刘宇时, 刘振东, 吕国盛, 马月仁 申请人:中国科学院大连化学物理研究所