一种X光探测器测试用光源的制作方法

本实用新型涉及一种光源，尤其涉及一种X光探测器测试用光源。

背景技术：

X光探测器在医疗影像、工业探测等领域有着广泛的应用。X光探测器大部分都是由可见光探测器和发光体组成，发光体将X射线转换为可见光，可见光探测器对产生的可见光进行采集输出形成影像。在探测器设计和生产过程中，需要使用可见光光源对探测器进行测试和标定，因此对可见光光源有以下要求：

1)光源辐照强度均匀稳定，均匀的光源面积要大于探测器面积；

2)光源可以根据不同的探测器需求产生不同波长的可见光；

3)光源的辐照强度可以调节，辐照强度的调节步长越小越好；

4)光源可以使用外部信号进行同步闸断和开启。

目前常用的探测器测试用光源有：点光源及标准光源、光电谱发生器、氙灯模块、或以上光源加积分球产生均匀的光场，这些光源基本都是基于氙灯加上必要的电源和控制电路组成，更高精度的光源需要放在液氮的低温环境下工作，结构复杂，相对成本也较高。

由于现有的光源没加积分球时光源面积都比较小。加积分球后，在积分球内部使用时，由于探测器的遮挡，如果需要光源均匀，积分球的体积就要做得比较大。在积分球外部使用时，由于积分球的开口比较大，所以也需要积分球的体积做得很大。并且现有光源一般为氙灯产生的光源，开启后都需要预热，不能通过外部信号快速的闸断和开启，不能满足一些探测器需要光源快速同步的时序要求。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种X光探测器测试用光源。

为了实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种X光探测器测试用光源，包括LED阵列光源板、漫射板、光源控制板；

所述光源控制板的电源输入端连接外部电源，所述光源控制板的光源驱动输出端连接所述LED阵列光源板的电源输入端；

所述漫射板设置在所述LED阵列光源板的正上方，用于使所述LED阵列光源板产生均匀、稳定的光线；

所述光源控制板设置有模拟信号输入端与数字信号输入端，用于实现对光源的辐照强度控制以及对光源的同步闸断和开启。

其中较优地，所述LED阵列光源板中，由多组LED灯在平面上排布成矩阵形式。

其中较优地，根据探测器的面积，改变所述LED阵列光源板上LED灯的数量，使所述LED阵列光源板的发光尺寸发生改变，以适合不同探测器测试使用的光源面积。

其中较优地，所述光源控制板包括电源单元、光源控制单元、I/O单元和控制器单元，所述电源单元分别与所述光源控制单元、所述I/O单元和所述控制器单元连接，所述光源控制单元与所述控制器单元连接，所述控制器单元与所述I/O单元连接。

其中较优地，所述电源单元设置有稳压电源芯片LM2576-ADJ。

其中较优地，所述稳压电源芯片的第二管脚分别连接续流二极管与电感，实现对所述稳压电源芯片的电源输出进行储能和滤波；

所述稳压电源芯片的第四管脚连接反馈电阻，通过所述反馈电阻使所述稳压电源芯片输出的直流电压稳定在3.3V；

所述稳压电源芯片的第五管脚分别连接电容与电阻，实现对所述稳压电源芯片的上电缓启动功能。

其中较优地，所述光源控制单元设置有模拟信号输入端、数字信号输入端、低通滤波电路、恒流源电路、同步控制电路，所述模拟信号输入端与所述低通滤波电路连接，所述低通滤波电路与所述恒流源电路连接，所述恒流源电路与所述同步控制电路连接，所述同步控制电路与所述数字信号输入端连接；

所述模拟信号输入端、所述数字信号输入端分别与所述控制器单元连接。

其中较优地，所述恒流源电路由运算放大器与MOS管串联组成，通过所述控制器单元控制所述模拟电压的数值，改变所述MOS管的电流，从而改变了LED阵列光源板的发光辐照强度，

其中较优地，所述同步控制电路由三极管、第一电阻、第二电阻构成，所述三极管的基极与所述第一电阻连接，所述三极管的集电极与所述第二电阻连接；

所述同步控制电路用于闸断和开启MOS管的输出，实现对光源的同步闸断和开启。

本实用新型所提供的X光探测器测试用光源与现有技术相比较，具有以下特点：

1)光源辐照强度均匀稳定，可实现大面积的均匀光源；

2)光源可以根据不同的探测器的需求产生不同波长的可见光；

3)光源的辐照强度连续可调，辐照强度调节步长很小；

4)光源可以使用外部信号进行快速闸断和开启；

5)结构简单，成本低。

附图说明

图1为本实用新型所提供的X光探测器测试用光源的结构示意图；

图2为本实用新型所提供的X光探测器测试用光源的LED阵列光源板原理图；

图3为本实用新型所提供的X光探测器测试用光源中，LED阵列光源板的每组LED原理图；

图4为本实用新型所提供的X光探测器测试用光源的LED阵列光源板物理排布图；

图5为本实用新型所提供的X光探测器测试用光源中，光源控制板的电源单元原理图；

图6为本实用新型所提供的X光探测器测试用光源中，光源控制板的光源控制单元原理图；

图7为本实用新型所提供的X光探测器测试用光源中，光源控制板的I/O单元的外部数字信号输入部分原理图；

图8为本实用新型所提供的X光探测器测试用光源中，光源控制板的I/O单元的向外部输出数字信号部分原理图；

图9为本实用新型所提供的X光探测器测试用光源中，光源控制板的控制器单元原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术内容做进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型所提供的X光探测器测试用光源包括系统电源1、LED阵列光源板3、漫射板4、光源控制板2。其中，系统电源1的输入端连接交流220V电压，系统电源1的输出端连接光源控制板2的电源输入端，光源控制板2的光源驱动输出端连接LED阵列光源板3的电源输入端，在光源控制板2设置有模拟信号输入端5与数字信号输入端6，漫射板4设置在LED阵列光源板3的正上方。通过LED阵列光源板3能够产生不同波长的光源，以满足不同探测器测试时对不同波长可见光的需求；通过漫射板4使LED阵列光源板3产生的光源更加均匀、稳定；通过光源控制板2实现对光源的辐照强度控制以及使用外部输入信号对光源的同步闸断和开启。

其中，系统电源1是输入为交流220V、输出为直流24V的电源模块，通过系统电源1为X光探测器测试用光源提供24V的直流电源。该系统电源1可以采用开关电源、线性电源、稳压电源，只要能够提供稳定的直流电压和足够的电流的电源即可。

如图2～图4所示，LED阵列光源板3由多组LED灯在平面上排布成矩阵的形式。具体地，每4个LED灯串联成一组，每一组LED灯连接一个3.6KΩ的限流电阻，并且P1作为LED阵列光源板3的电源输入，为每一组LED灯提供24V的工作电压。根据探测器的面积，可以改变LED阵列光源板3的LED灯的数量，从而使LED阵列光源板3的发光尺寸发生改变，以适合不同探测器测试使用的光源面积。不同的LED阵列光源板3可以设置不同波长的LED灯，从而产生不同波长的光源，使用时可以更换不同波长的LED阵列光源板3，来满足探测器测试时对不同波长可见光的需求。当LED阵列光源板3产生的平面光源不够均匀，可以通过在距离LED阵列光源板5cm左右的正上方位置设置一层漫射板4，LED阵列光源板3产生的光源经过一定透光率的漫射板4后发生散射，使透过漫射板4后的光源，在同一个与光线垂直的平面内强度均匀，形成均匀稳定的平面光源。

光源控制板2包括电源单元、光源控制单元、I/O(外部数字信号输入/输出)单元和控制器单元。如图5所示，在电源单元中，CN1为光源控制板2的电源输入，该电源输入连接系统电源1的输出端，系统电源1为CN1提供24V直流电压，该24V直流电压经保险管PCT1和二极管D7输入到电路板。其中，保险管PCT1起到过流保护功能，有效防止电流过大而烧坏电路板。二极管D7也起到保护功能，有效防止外部输入电源反接而烧坏电路板。将二极管D7连接二极管D8，二极管D8为瞬态抑制二极管，能够实现过压保护、静电及冲击脉冲防护功能。电阻R17和发光二极管L8构成电源单元的电源输入指示灯。电容C22、C3、C4为电源单元的储能、滤波电容。24V直流电源分别为两路供电，一路为+24V&DGND(数字地)，其为光源控制板2内部供电，另一路是24V直流电源经过电感L7、DGND(数字地)以及磁珠FB5后产生+24_A&AGND为LED阵列光源板3及I/O单元的I/O接口(如图7和图8中所示)处光耦外部供电，其中，电容C1、C2、C20为+24_A电源的储能、滤波电容。电源单元中可以采用型号为LM2576-ADJ的稳压电源芯片(图示为U5)，该芯片为DC-DC(直流-直流)稳压电源芯片，芯片U5可以将24V直流电源转换为3.3V(3V3)直流电源，该3.3V直流电源为控制器单元中的芯片U8(如图7中所示)供电。电容C5和电阻R14控制芯片U5的5脚，实现芯片U5的上电缓启动功能。二极管D9和电感L6连接在U5的输出端(2脚)，电感L6对芯片U5的电源输出进行储能和滤波，D9为L6的续流二极管，起到保护电路中的元件不被损坏的作用。电容C23、C7、C6、C24为芯片U5输出的3.3V直流电源的储能和滤波电容。电阻R16和R15构成芯片U5的电压反馈电阻，通过这两个电阻的分压将芯片U5输出的3.3V直流电源反馈给芯片U5的反馈输入管脚4，从而使芯片U5输出的直流电压稳定在3.3V。所以，光源控制板2的电源单元不仅实现为光源控制板2提供工作电压，还实现为LED阵列光源板3、I/O单元以及控制器单元提供工作电压。

如图6所示，光源控制单元设置有模拟信号输入端与数字信号输入端，模拟信号输入端与数字信号输入端分别接收模拟输出信号(Light Intensity)与数字输出信号(Light ON_OFF)。其中，模拟输出信号为控制器单元的芯片U8的DAC(数模转换器)数模转换的模拟电压输出信号，芯片U8可以控制模拟电压输出信号的模拟电压大小，用以实现控制光源的辐照强度。通过电阻R1、R2、R3对输入的模拟输出信号的电压进行分压，使输入到运算放大器U1的电压与需求的电压范围相匹配，同时电阻R1、R2与电容C42构成低通滤波电路，滤除模拟输出信号上的电压干扰，使该信号更平稳。运算放大器U1可以采用型号为OP07CD的运算放大器，运算放大器U1和MOS管Q1组成电压转电流恒流源电路，通过运算放大器以及MOS管Q1实现电压转电流的恒流源功能。由于MOS管Q1串联在运算放大器U1的反馈电路中，所以MOS管Q1中流过的电流受模拟电压输出信号的控制。MOS管Q1为功率MOS管，可以通过大于1A的电流。电阻R4为大功率限流电阻，由于接插件CN3连接LED阵列光源板3，从而使+24_A先经过LED阵列光源板3，再经过MOS管Q1以及电阻R4后回到AGND(模拟地)的电流值限定在预设的最大电流值之内。具体地，通过控制器单元的芯片U8改变模拟输出信号的电压值，改变MOS管Q1的1、3脚之间的电流，从而改变流经LED阵列光源板3的电流，也就是改变了LED阵列光源板3的发光辐照强度。模拟输出信号的电压值越大，LED阵列光源板3的发光辐照强度越大。由于芯片U8的DAC模数转换器为12位的，其输出电压大小有4096级可调，所以LED阵列光源板3的发光辐照强度也有4096级可调，使LED阵列光源板3的发光亮度根据实际需求做到细微调整。

光源控制单元的数字输出信号由控制器单元的芯片U8提供。该数字信号输出受芯片U8的外部输入信号的控制，通过外部输入信号实现对光源的同步闸断和开启控制。数字输出信号与电阻R6、R5以及三极管Q2构成同步控制电路，用于闸断和开启MOS管Q1的输出，实现对光源的同步闸断和开启。当数字输出信号为低电平时，三极管Q2的1脚(基极)为低电平，三极管Q2处于关断状态，三极管Q2的2脚(集电极)与地之间为高阻状态，MOS管Q1的3脚可以受U1的控制而正常工作，MOS管Q1的1、3脚间有电流流过，使光源处于开启的状态。当数字输出信号为高电平时，三极管Q2的1脚为高电平，三极管Q2导通，三极管Q2的2脚与地之间为低阻状态，MOS管Q1的3脚被拉到低电平，MOS管Q1的1、3脚间处于关断状态，光源处于闸断的状态。该光源控制单元的特点是，用一个简单的电路，同时实现了对光源的辐照强度以及同步闸断、开启的控制。

如图7和图8所示，I/O单元包括外部数字信号输入部分以及向外部输出数字信号部分。其中，如图7所示，CN4为外部数字信号输入，光耦隔离芯片U14A、U14B、U14C、U14D构成具有4路数字信号输入的光耦隔离芯片。每一路光耦隔离芯片可以采用型号为TLP281-4的光耦隔离芯片。外部数字信号输入分别连接光耦隔离芯片的正端与负端，电阻R35、R37、R40、R42为限流电阻，发光二极管L9、L21、L23、L24为输入指示灯，指示信号状态。电容C30、C31、C32、C33为滤波电容，用于滤除输入的外部数字信号中的干扰。光耦隔离芯片U14A、U14B、U14C、U14D的输入信号为信号I/O_IN_1、I/O_IN_2、I/O_IN_3、I/O_IN_4，这4个信号连接到控制器单元的芯片U8的4路数字信号I/O输入端。每个输出信号上对应设置有上拉电阻R52、R53、R54、R55，当无输入信号的时候I/O_IN_1、I/O_IN_2、I/O_IN_3、I/O_IN_4处于高电平状态。当有输入信号的时候I/O_IN_1、I/O_IN_2、I/O_IN_3、I/O_IN_4处于低电平状态。如图8所示，CN5为向外部输出的数字信号，光耦隔离芯片U15A、U15B、U15C、U15D构成具有4路数字信号输出的光耦隔离芯片。每一路光耦隔离芯片可以采用型号为TLP281-4的光耦隔离芯片。向外部输出的数字信号分别连接光耦隔离芯片输出的正端与负端，发光二极管L18、L22为光耦隔离芯片U15A、U15B这两路数字信号输出的指示灯，指示信号状态。输出信号I/O_OUT_1、I/O_OUT_2、I/O_OUT_3、I/O_OUT_4连接芯片U8的4路数字信号I/O输出端。光耦隔离芯片U15A、U15B、U15C、U15D输入的正端通过限流电阻R36、R39、R41、R43连接3.3V的直流电压，光耦隔离芯片U15A、U15B、U15C、U15D输入的负端连接芯片U8输出信号I/O_OUT_1、I/O_OUT_2、I/O_OUT_3、I/O_OUT_4。当芯片U8输出信号I/O_OUT_1、I/O_OUT_2、I/O_OUT_3、I/O_OUT_4为高电平时,光耦隔离芯片输出端为高阻状态，当U8输出信号I/O_OUT_1、I/O_OUT_2、I/O_OUT_3、I/O_OUT_4为低电平时，光耦隔离芯片输出端为导通状态。外部光源同步闸断、开启信号可以加载在芯片CN4输入的任何一路，通过芯片U8控制数字输出信号的电平高低，从而实现对光源的闸断和开启控制。通过I/O单元对外部数字信号的输入与输出的光耦隔离，实现对电路板电路的隔离保护。

如图9所示，控制器单元采用型号为STM32F103VCT6的单片机芯片(图示为U8)。该芯片是一个32位的基于ARM核心的单片机控制器。芯片U8的电源分为两种，一种是芯片U8的数字电源VDD_1、2、3、4、5和VSS_1、2、3、4、5，由3.3V直流电压和DGND供电。另一种是芯片U8的模拟电源VDDA和VSSA，由3.3V直流电压经过电感L1变为VDD_A,DGND经过磁珠FB6变为GND_A供电，VDD_A和GND_A同时也为芯片U8的内部模拟电路提供参考电压VREF+、VREF-，在芯片U8的每个电源输入管脚都加了去耦电容C8、C47、C40、C44、C9、C46。晶振X1为芯片U8提供工作所需的时钟源，电容C36、C37为X1的谐振电容。电阻R119和电容C94组成上电复位电路，按钮B1为手动复位按钮。芯片U8的94脚BOOT0为启动设置引脚，通过R45连接到3.3V直流电压和通过R7连接到DGND进行选择启动设置。芯片U8的7、8、9脚为辅助功能引脚AUX1、2、3,暂时不使用，通过电阻R8、R9、R10连接到DGND。接口CN9为芯片U8程序加载接口，使用的是JTAG接口，接口CN9的各个信号连接到芯片U8的对应功能管脚上，同时接口CN9向外部的下载器提供3.3V的直流电源。H1、H2、H3为3个预留的调试开关，每个开关为单刀双掷开关，6个开关信号输入到芯片U8的数字输入引脚，这6个信号暂时不使用。模拟输出信号为芯片U8的DAC数模转换的模拟电压输出信号，用于控制LED阵列光源板3的辐照强度。数字输出信号为芯片U8的数字输出，用于控制LED阵列光源板3光源的闸断和开启，该数字输出信号可以通过芯片U8的控制与外部输入信号同步，实现外部信号对LED阵列光源板3的同步闸断和开启。

综上所述，本实用新型所提供的X光探测器测试用光源通过设置LED阵列光源板与漫射板，不仅可以实现不同面积均匀稳定的光源，而且可以根据不同的探测器的需求产生不同波长的可见光。同时，还可以通过设置光源控制板，实现对光源的辐照强度控制以及使用外部输入信号对光源的同步闸断和开启。并且，本X光探测器测试用光源的结构简单，成本低。

以上对本实用新型所提供的X光探测器测试用光源进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本实用新型专利权的保护范围。