微弱光信號(hào)光譜的快速測(cè)試裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種微弱光信號(hào)光譜的快速測(cè)量裝置及方法，在分光型光譜測(cè)量系統(tǒng)的光源光譜功率分布測(cè)試方法的基礎(chǔ)上，采用面陣CCD替代原有的線陣CCD，可以對(duì)微弱光信號(hào)同時(shí)完成多次測(cè)量，通過對(duì)測(cè)量結(jié)果的處理，可以提高輸出信號(hào)的強(qiáng)度，同時(shí)又去除了隨機(jī)噪聲，實(shí)現(xiàn)了微弱光信號(hào)光譜功率分布的快速測(cè)量。本發(fā)明微弱光信號(hào)光譜快速測(cè)量方法測(cè)量速度快，精度高，操作簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，為其他類型光譜儀的光譜測(cè)試提供了技術(shù)支持。
【專利說明】微弱光信號(hào)光譜的快速測(cè)試裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)計(jì)量與測(cè)試領(lǐng)域，主要涉及一種光源光譜分布的測(cè)試方法，尤其 涉及一種微弱光信號(hào)相對(duì)光譜功率分布的快速測(cè)試裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 光譜測(cè)量系統(tǒng)一般可分為干涉型光譜測(cè)量系統(tǒng)和分光型光譜測(cè)量系統(tǒng)兩類，其中 干涉型光譜測(cè)量系統(tǒng)是通過傅立葉變換獲得信號(hào)光的光譜信息，特別適合微弱光信號(hào)的探 測(cè)，但在實(shí)際應(yīng)用中，干涉型光譜測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高；而分光型光譜測(cè)量系統(tǒng)是基 于棱鏡或光柵分光原理，把待測(cè)光按波長(zhǎng)分開，對(duì)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，獲得信號(hào)的 光譜特征，通常采用線陣CCD進(jìn)行光譜測(cè)試，目前在外場(chǎng)光譜測(cè)量中，出現(xiàn)了越來越多的微 弱信號(hào)光譜的快速測(cè)量需求，對(duì)于微弱光信號(hào)，線陣CCD-般采用增加積分時(shí)間的辦法進(jìn) 行測(cè)量，且每次只能采集一組光譜信息，無法滿足測(cè)量的精度要求，要實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，必 須對(duì)多次測(cè)量結(jié)果取平均值，這樣就增加了測(cè)量的時(shí)間，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)快速測(cè)量的要 求，因此，對(duì)于分光型光譜測(cè)量系統(tǒng)，目前，還沒有見到有關(guān)微弱光信號(hào)光譜快速測(cè)量方法 的相關(guān)報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對(duì)目前微弱光信號(hào)光譜快速測(cè)量的難題，提供了一種微弱光信 號(hào)光譜的快速測(cè)量裝置及方法，該方法采用面陣CCD采集微弱光譜信息，通過對(duì)信號(hào)的處 理，增大原有弱信號(hào)，同時(shí)又去除了隨機(jī)噪聲，提高了信噪比，減小了測(cè)量誤差，提高了測(cè)量 精度。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0005] 所述一種微弱光信號(hào)光譜的快速測(cè)試裝置，其特征在于：包括光學(xué)平臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)燈、 光柵分光系統(tǒng)、帶有面陣CCD探測(cè)器的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；光柵分 光系統(tǒng)和帶有面陣CCD探測(cè)器的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)安裝在光學(xué)平臺(tái)上，且光學(xué)平臺(tái)上安裝 有升降平臺(tái)，升降平臺(tái)位于光柵分光系統(tǒng)的入射狹縫一側(cè)；標(biāo)準(zhǔn)燈和待測(cè)光源均能夠安裝 在升降平臺(tái)上；標(biāo)準(zhǔn)燈或待測(cè)光源發(fā)出的光首先進(jìn)入光柵分光系統(tǒng)，形成一系列按波長(zhǎng)排 列的光譜信號(hào)，光譜信號(hào)投射在光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的面陣CCD探測(cè)器上，面陣CCD探測(cè)器把 接收到的光譜信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出給計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
[0006] 所述一種微弱光信號(hào)光譜的快速測(cè)試方法，其特征在于：包括以下步驟：
[0007] 步驟1 :將標(biāo)準(zhǔn)燈放置在升降平臺(tái)上，調(diào)節(jié)升降平臺(tái)位置，使得標(biāo)準(zhǔn)燈的燈絲中心 對(duì)準(zhǔn)光柵分光系統(tǒng)的入射狹縫中心；打開標(biāo)準(zhǔn)燈開關(guān)，緩慢調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)燈電流至額定電流，待 標(biāo)準(zhǔn)燈穩(wěn)定10分鐘后，通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采集并存儲(chǔ)面陣CCD探測(cè)器各像元輸出的 電壓信號(hào)V (Xi, \)，其中i = 1，2,……，n ;j = 1，2,……，m，n、m分別對(duì)應(yīng)面陣CCD探測(cè) 器nXm像元的行數(shù)和列數(shù)；
[0008] 步驟2 :緩慢關(guān)閉并移開標(biāo)準(zhǔn)燈，將待測(cè)光源安裝在升降平臺(tái)上，調(diào)節(jié)升降平臺(tái)位 置，使得待測(cè)光源的燈絲中心對(duì)準(zhǔn)光柵分光系統(tǒng)的入口狹縫中心；打開待測(cè)光源，通過計(jì)算 機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采集并存儲(chǔ)面陣C⑶探測(cè)器各像元輸出的電壓信號(hào)V' (Xi，A」），其中i = 1，2,......，n ;j = 1，2,......，m，n、m分別對(duì)應(yīng)面陣(XD探測(cè)器nXm像元的行數(shù)和列數(shù)；
[0009] 步驟3 :計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)調(diào)用存儲(chǔ)的測(cè)量數(shù)據(jù)和已知數(shù)據(jù)，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn) 行以下處理：

【權(quán)利要求】
1. 一種微弱光信號(hào)光譜的快速測(cè)試裝置，其特征在于：包括光學(xué)平臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)燈、光柵分 光系統(tǒng)、帶有面陣CCD探測(cè)器的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；光柵分光系統(tǒng) 和帶有面陣CCD探測(cè)器的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)安裝在光學(xué)平臺(tái)上，且光學(xué)平臺(tái)上安裝有升降 平臺(tái)，升降平臺(tái)位于光柵分光系統(tǒng)的入射狹縫一側(cè)；標(biāo)準(zhǔn)燈和待測(cè)光源均能夠安裝在升降 平臺(tái)上；標(biāo)準(zhǔn)燈或待測(cè)光源發(fā)出的光首先進(jìn)入光柵分光系統(tǒng)，形成一系列按波長(zhǎng)排列的光 譜信號(hào)，光譜信號(hào)投射在光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的面陣CCD探測(cè)器上，面陣CCD探測(cè)器把接收到 的光譜信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出給計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
2. -種利用權(quán)利要求1所述裝置進(jìn)行微弱光信號(hào)光譜快速測(cè)試的方法，其特征在于： 包括以下步驟： 步驟1 :將標(biāo)準(zhǔn)燈放置在升降平臺(tái)上，調(diào)節(jié)升降平臺(tái)位置，使得標(biāo)準(zhǔn)燈的燈絲中心對(duì)準(zhǔn) 光柵分光系統(tǒng)的入射狹縫中心；打開標(biāo)準(zhǔn)燈開關(guān)，緩慢調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)燈電流至額定電流，待標(biāo)準(zhǔn) 燈穩(wěn)定10分鐘后，通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采集并存儲(chǔ)面陣CCD探測(cè)器各像元輸出的電壓 信號(hào)VUi, X」)，其中i = 1，2,……，n ;j = 1，2,……，m，n、m分別對(duì)應(yīng)面陣CCD探測(cè)器nXm 像元的行數(shù)和列數(shù)； 步驟2 :緩慢關(guān)閉并移開標(biāo)準(zhǔn)燈，將待測(cè)光源安裝在升降平臺(tái)上，調(diào)節(jié)升降平臺(tái)位置， 使得待測(cè)光源的燈絲中心對(duì)準(zhǔn)光柵分光系統(tǒng)的入口狹縫中心；打開待測(cè)光源，通過計(jì)算機(jī) 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采集并存儲(chǔ)面陣C⑶探測(cè)器各像元輸出的電壓信號(hào)V' (Xi，\)，其中i = 1，2,......，n ;j = 1，2,......，m，n、m分別對(duì)應(yīng)面陣(XD探測(cè)器nXm像元的行數(shù)和列數(shù)； 步驟3 :計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)調(diào)用存儲(chǔ)的測(cè)量數(shù)據(jù)和已知數(shù)據(jù)，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行以 下處理：
式中，〇 (Ap是標(biāo)準(zhǔn)燈在j點(diǎn)波長(zhǎng)上的光譜輻射功率，通過調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)光譜輻射功率表 獲得；〇 ' ( A p是待測(cè)光源在j點(diǎn)波長(zhǎng)上的光譜輻射功率； 步驟4:按照公式
對(duì)步驟3得到的待測(cè)光源在j點(diǎn)波長(zhǎng)上的光譜輻射功率進(jìn)行歸一化，得到微弱光源全 波段的相對(duì)光譜功率分布；其中〇'_(入〇)為（入= 1，2,……，m，中的最大值。
【文檔編號(hào)】G01J3/28GK104344890SQ201410625103
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】李燕, 楊鴻儒, 盧飛, 占春連, 李正琪 申請(qǐng)人:西安應(yīng)用光學(xué)研究所