分布式光度计测量系统误差分析及修正方法研究
发布时间：2021-10-30 11:05
分布光度测量系统是测量灯具或光源空间光度分布特性的重要手段,然而由于测量空间和消光材料吸收率的局限性,致使测量环境中存在着大量的杂散光,从而降低了光度测量的准确性。因此,本文提出了物理消杂结构和误差修正算法相结合的手段来提高光度测量的准确性。论文针对杂散光对光度测量系统的影响,采用几何光学分析法和杂散光辐射理论,对光度测量系统的杂散光进行溯源分析;根据杂散光反射传输特性,结合近似绝对黑体结构理论和吸光度加和理论,设计了具有高折反效果的凹型窄光阑阵列消杂模型;由于此结构在不同光阑间隔对杂散光反射吸收的效果不同,设计了自适应粒子群算法（Adaptive Inertia Weight Particle Swarm Optimization,AIPSO）搜索光阑最优间隔,来构建最优凹型窄光阑阵列模型,实现对杂散光的有效抑制。在此基础上,针对光学测量系统杂散光抑制后,残留杂散光的固有误差以及系统老化的所带来的时变误差问题,采用了点源透射率（Point Source Transmint,PST）的方法对杂散光所引起的系统误差分布特性进行分析;根据PST对系统误差分布特性的近似估计,考虑到光度数据的...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1分布光度计式测量系统
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文4仿真软件，根据光学测量系统实物模型，搭建仿真模型进行仿真，来验证光学系统设计是否有误并找出系统中杂散光误差的主要来源，对光学系统进行改进。例如，法国对POLEDR进行了杂散光仿真分析，结果表明由于第一片透镜边缘未涂黑，导致像面产生了亮环，因此在POLEDR-1中进行了改进，避免了亮环的产生[24]。北京空间机电研究所针对“高分四号卫星”的R-C相机的内外视场的杂散光问题，采用视场外太阳规避分析的方法和视场内杂散光系数分析的方法来分析了系统杂散光，并详细阐明了设计了遮光罩、档光环、消光筒等杂散光抑制结构具体细节要求[25]。1.2.2杂散光抑制的常规手段采用几何光学、杂光辐射特性以及杂散光分析软件光学系统的杂散光进行溯源分析，以明确杂散光来源；在此基础上，可以设计相应的杂散光抑制模型，来抑制杂散光对光学系统的影响；在光学系统上常用的杂散光抑制手段如下：（1）杂散光抑制结构设计，如：遮光罩、消光环、各种光阑等消光结构；杂散光抑制结构可以根据杂散光的传输特性，通过阻断或者改变杂散光的传输路径，来抑制散射及漫反射光线对光学系统的干扰；例如，2016年，宋延嵩等人针对激光准直系统中的杂散光问题，设计了3种不同结构的消光环[26]，通过提高光线在准直系统中的折反效果，从而来抑制杂散光对准直系统的影响，如图1-2所示。图1-2激光准直系统三种消光环结构Fig.1-2Structureofthreekindsofextinctionringsaboutthecollimatingsystem（2）对关键光学元件的结构表面进行消杂处理，如在结构表面涂覆吸收光性较好的哑光黑漆或涂层、在光学元件表面设计微结构增大表面粗糙度以及设
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文5计低反射率膜系统用于光学表面等。例如：在POLEDR-1中，通过对第一片透镜边缘进行黑色处理，可以有效的避免了亮环的产生（3）通过设置光学陷阱来改进光机结构，尽量减少一级杂散光的被照射面，，抑制杂散光的影响[27]；例如，2017年，周昭等人搭建微型拉曼光谱仪仿真模型[28]，通过对微型拉曼光谱仪进行光线仿真追迹分析，从而分析得出杂散光影响的主要来源，根据杂散光传输特点，设计并改进了V型光学陷阱来对微型拉曼光谱仪的杂散光进行抑制，抑制之后的杂散光线降低了50%，如图1-3所示。图1-3V型光学陷阱杂散光抑制结果Fig.1-3ResultsofstraylightsuppressioninV-shapedopticaltraps在光学系统上，杂散光抑制结构的设计，主要是利用光学分析理论对系统的杂散光进行理论分析，在此基础上，采用光学仿真软件对系统杂散光的传输路径仿真追迹分析，根据理论及仿真分析结果来指导抑制结构的设计及改进；并进行多次优化和反复迭代实验，来得到适用于某一光学系统杂散光抑制的最优结构。1.2.3分布光度测量系统概述分布式光度计测量系统是光源空间分布特征测量的专用系统，系统的核心设备是分布光度计（也被称为变角光度计）。分布式光度计测量系统的原理是：将被测光源或发光体置于一个不存在反射、散射以及折射的理想球形腔体当中，将被测光源点燃，光线照射在球体内壁；根据立体角的计算方法，将球体表面均分成若干个小面积，测量并记录每一个面积上的光照度，并根据光强反比定律可求得被测发光体在此空间上的光强分布数据，同时，也可根据单位面积光照度叠加定律求得被测发光体的总通量以及区域光通量[29]。根据分布光测量系统的原理可以设计出不同结构的测量系统，目前，常用的分布光度测量系统有
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间外差拉曼光谱仪的光栅多级衍射杂散光分析与抑制方法[J]. 李员赫,杨超,薛常喜,李晓天,马振予. 光学学报. 2019(06)
[2]多角度偏振成像仪杂散光仿真分析[J]. 韩琳,李双,洪津,骆冬根,孙亮,张苗苗. 大气与环境光学学报. 2019(02)
[3]改进PSO算法优化LSSVM模型的短期客流量预测[J]. 陆文星,李楚. 计算机工程与应用. 2019(18)
[4]傅里叶变换光谱仪多次反射杂光对调制度的影响分析[J]. 陈芳,高超,徐彭梅. 光谱学与光谱分析. 2018(09)
[5]基于多神经网络的局部放电特高频时延定位误差修正算法[J]. 周南,罗林根,高兆丽,沈大千,盛戈皞,江秀臣. 高电压技术. 2018(11)
[6]大气散射对地表双向反射分布函数反演的影响与修正[J]. 陈川,易维宁,崔文煜,黄红莲. 光学学报. 2018(07)
[7]前向临边大气探测成像光谱仪光谱杂散光修正[J]. 李占峰,王淑荣,黄煜,薛庆生. 光学学报. 2018(11)
[8]用于点源透射比测试的光电探测装置设计及检测[J]. 张宁,叶露,宋莹. 仪器仪表学报. 2018(01)
[9]侧面遮拦式日晕光度计的杂散光理论分析（英文）[J]. 孙明哲,张红鑫,刘维新,夏利东. 光子学报. 2017(12)
[10]基于EM-EKF算法的RBF-AR模型参数估计（英文）[J]. 席燕辉,彭辉,莫红. 自动化学报. 2017(09)
博士论文
[1]多角度偏振成像仪杂散光特性与校正研究[D]. 张苗苗.中国科学技术大学 2019
[2]焊接接头疲劳寿命智能评价方法及其应用研究[D]. 邹丽.大连交通大学 2017
[3]大口径多光谱变焦光学系统杂散光分析与抑制技术研究[D]. 梅超.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2014
硕士论文
[1]基于视觉仿真的列车客室照明设计[D]. 沈鹏.北京交通大学 2019
[2]基于双向散射分布函数的白光LED荧光涂层精确建模及应用[D]. 陈家晓.华南理工大学 2017
[3]衍射光栅杂散光测试仪模型设计及性能评价方法研究[D]. 翟珊珊.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2013
本文编号：3466616
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1分布光度计式测量系统
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文4仿真软件，根据光学测量系统实物模型，搭建仿真模型进行仿真，来验证光学系统设计是否有误并找出系统中杂散光误差的主要来源，对光学系统进行改进。例如，法国对POLEDR进行了杂散光仿真分析，结果表明由于第一片透镜边缘未涂黑，导致像面产生了亮环，因此在POLEDR-1中进行了改进，避免了亮环的产生[24]。北京空间机电研究所针对“高分四号卫星”的R-C相机的内外视场的杂散光问题，采用视场外太阳规避分析的方法和视场内杂散光系数分析的方法来分析了系统杂散光，并详细阐明了设计了遮光罩、档光环、消光筒等杂散光抑制结构具体细节要求[25]。1.2.2杂散光抑制的常规手段采用几何光学、杂光辐射特性以及杂散光分析软件光学系统的杂散光进行溯源分析，以明确杂散光来源；在此基础上，可以设计相应的杂散光抑制模型，来抑制杂散光对光学系统的影响；在光学系统上常用的杂散光抑制手段如下：（1）杂散光抑制结构设计，如：遮光罩、消光环、各种光阑等消光结构；杂散光抑制结构可以根据杂散光的传输特性，通过阻断或者改变杂散光的传输路径，来抑制散射及漫反射光线对光学系统的干扰；例如，2016年，宋延嵩等人针对激光准直系统中的杂散光问题，设计了3种不同结构的消光环[26]，通过提高光线在准直系统中的折反效果，从而来抑制杂散光对准直系统的影响，如图1-2所示。图1-2激光准直系统三种消光环结构Fig.1-2Structureofthreekindsofextinctionringsaboutthecollimatingsystem（2）对关键光学元件的结构表面进行消杂处理，如在结构表面涂覆吸收光性较好的哑光黑漆或涂层、在光学元件表面设计微结构增大表面粗糙度以及设
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文5计低反射率膜系统用于光学表面等。例如：在POLEDR-1中，通过对第一片透镜边缘进行黑色处理，可以有效的避免了亮环的产生（3）通过设置光学陷阱来改进光机结构，尽量减少一级杂散光的被照射面，，抑制杂散光的影响[27]；例如，2017年，周昭等人搭建微型拉曼光谱仪仿真模型[28]，通过对微型拉曼光谱仪进行光线仿真追迹分析，从而分析得出杂散光影响的主要来源，根据杂散光传输特点，设计并改进了V型光学陷阱来对微型拉曼光谱仪的杂散光进行抑制，抑制之后的杂散光线降低了50%，如图1-3所示。图1-3V型光学陷阱杂散光抑制结果Fig.1-3ResultsofstraylightsuppressioninV-shapedopticaltraps在光学系统上，杂散光抑制结构的设计，主要是利用光学分析理论对系统的杂散光进行理论分析，在此基础上，采用光学仿真软件对系统杂散光的传输路径仿真追迹分析，根据理论及仿真分析结果来指导抑制结构的设计及改进；并进行多次优化和反复迭代实验，来得到适用于某一光学系统杂散光抑制的最优结构。1.2.3分布光度测量系统概述分布式光度计测量系统是光源空间分布特征测量的专用系统，系统的核心设备是分布光度计（也被称为变角光度计）。分布式光度计测量系统的原理是：将被测光源或发光体置于一个不存在反射、散射以及折射的理想球形腔体当中，将被测光源点燃，光线照射在球体内壁；根据立体角的计算方法，将球体表面均分成若干个小面积，测量并记录每一个面积上的光照度，并根据光强反比定律可求得被测发光体在此空间上的光强分布数据，同时，也可根据单位面积光照度叠加定律求得被测发光体的总通量以及区域光通量[29]。根据分布光测量系统的原理可以设计出不同结构的测量系统，目前，常用的分布光度测量系统有
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间外差拉曼光谱仪的光栅多级衍射杂散光分析与抑制方法[J]. 李员赫,杨超,薛常喜,李晓天,马振予. 光学学报. 2019(06)
[2]多角度偏振成像仪杂散光仿真分析[J]. 韩琳,李双,洪津,骆冬根,孙亮,张苗苗. 大气与环境光学学报. 2019(02)
[3]改进PSO算法优化LSSVM模型的短期客流量预测[J]. 陆文星,李楚. 计算机工程与应用. 2019(18)
[4]傅里叶变换光谱仪多次反射杂光对调制度的影响分析[J]. 陈芳,高超,徐彭梅. 光谱学与光谱分析. 2018(09)
[5]基于多神经网络的局部放电特高频时延定位误差修正算法[J]. 周南,罗林根,高兆丽,沈大千,盛戈皞,江秀臣. 高电压技术. 2018(11)
[6]大气散射对地表双向反射分布函数反演的影响与修正[J]. 陈川,易维宁,崔文煜,黄红莲. 光学学报. 2018(07)
[7]前向临边大气探测成像光谱仪光谱杂散光修正[J]. 李占峰,王淑荣,黄煜,薛庆生. 光学学报. 2018(11)
[8]用于点源透射比测试的光电探测装置设计及检测[J]. 张宁,叶露,宋莹. 仪器仪表学报. 2018(01)
[9]侧面遮拦式日晕光度计的杂散光理论分析（英文）[J]. 孙明哲,张红鑫,刘维新,夏利东. 光子学报. 2017(12)
[10]基于EM-EKF算法的RBF-AR模型参数估计（英文）[J]. 席燕辉,彭辉,莫红. 自动化学报. 2017(09)
博士论文
[1]多角度偏振成像仪杂散光特性与校正研究[D]. 张苗苗.中国科学技术大学 2019
[2]焊接接头疲劳寿命智能评价方法及其应用研究[D]. 邹丽.大连交通大学 2017
[3]大口径多光谱变焦光学系统杂散光分析与抑制技术研究[D]. 梅超.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2014
硕士论文
[1]基于视觉仿真的列车客室照明设计[D]. 沈鹏.北京交通大学 2019
[2]基于双向散射分布函数的白光LED荧光涂层精确建模及应用[D]. 陈家晓.华南理工大学 2017
[3]衍射光栅杂散光测试仪模型设计及性能评价方法研究[D]. 翟珊珊.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2013
本文编号：3466616
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