大动态范围光通量测量的智能光照度计设计

发布时间：2020-03-24 07:53

【摘要】：光照度计是一种用于测量光度、亮度的仪表仪器,可实现辐射光、杂散光等的定量测量。无论是公共场所的光照标定、农业植物光照探测,还是军用夜视试验、逆反射材料试验、车灯故障检测和实验研究等方面,光照度计都具有重要的应用价值。本文针对杂散光的实时测量需求,提出设计一台用于光通量测量的智能光照度计,以实现5×10-6-2×1041x的大动态光通量的实时、快速测量。系统选用高灵敏度的光电倍增管(H6780-03)作为光探测器以实现微弱的5×10-6lx光通量的测量;设计双衰减片构建的光学处理系统以实现大动态范围光通量的测量需求;选用用高响应度的可编程控制器FPGA作为核心处理单元以实现对数据的快速处理以及光通量测量范围的智能控制。论文的工作主要体现在两个方面:一是大动态范围光通量测量的技术实现,二是光通量智能测量的技术实现。对于大动态范围光通量的测量,系统选用两片中性衰减片并进行逻辑组合设计以实现10个数量级范围内光通量的测量。ZEMAX仿真结果表明,基于双衰减片构建的光学处理系统可实现5×10-6-2×104 lx范围内光通量的测量。对于光通量的智能测量,系统选用FPGA作为中心处理单元,将光电倍增管光电转换的信号,经过放大和数据采样、降噪处理,完成量程智能切换和多显示模式下的快速动态刷新显示功能。论文搭建了智能光照度计的原型机,并利用原型机进行了初步实验测量。测量结果表明,设计的智能光照度计实现了大动态范围光通量测量的量程智能切换,以及光电流、光照度、光通量等不同模式的快速动态刷新显示。
【图文】：

780,380( )d v m eK V （光度学中光辐射通量e对人眼引起视觉强度的光通量。由于大部分光源用于照明，通常以人眼来评定光源的照明程度。所以光源照明特于人眼视觉的光学参数量定标，因此光度量只有在光谱的可见波段(380-780 nm。光照度计是一种测量光能量的仪器仪表，即测量物体表面被照明程度。不但是测度量的一种工具，而且还是光电检测系统的重要表现形式，隶属于光电检测系统典型的光电仪器包括精密机械、光学系统、光电传感器、电信号处理系统、输出等环节，组成光机电的综合系统，如图 2-1 所示。其中，光电转换系统将具有信号转化为电信号，实现了传统光电检测系统的基本功能。随着自动化信息技术的检测系统开始朝自动化光电系统发展，将光系统通过光电检测器件转化为电系统对信号融入微机技术直接进行处理显示。但随着计算机技术不断融合人工智智能光电检测系统的设计也是大势所趋，该系统对自动化系统进一步融入代替人、判断和估计等的智能活动【23】，从而形成智能光电检测系统。

西安理工大学工程硕士专业学位论文8图2-2 光电倍增管原理图Fig.2-2 Principle diagram of the photomultiplier tube目前市场有许多可供选择的光电倍增管，光电倍增管的选型主要考虑阳极光照灵敏度及暗电流。一般灵敏度越大越好，暗电流越小越好，因为这些参数决定了该光电倍增管的对光照的探测能力。PMT 的灵敏度包括阴极、阳极灵敏度和光谱响应，其中光谱响应主要由光电阴极材料、工作温度决定【31】。一般 PMT 上电半小时后工作，，因为此时暗电流较小且平稳，进而探测性能较稳定。除此之外还要考虑 PMT 的放大倍数，线性度，响应时间是否符合要求。PMT 的增益可根据设计需求来定，一般增益越大，相应的分辨率就会越高，增益与内部材料、高压都有关系
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH741

【参考文献】

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本文编号：2598036