專利名稱:一種用于高反射率測(cè)量的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)元件測(cè)量系統(tǒng),特別涉及一種用于高反射率測(cè)量的計(jì)算機(jī)測(cè) 控系統(tǒng)。
背景技術(shù):
隨著鍍膜技術(shù)的發(fā)展,鍍膜工藝水平不斷提高,能鍍制的高反鏡反射率也越來(lái)越高, 同時(shí)髙反射率光學(xué)元件應(yīng)用越來(lái)越廣,對(duì)高反鏡反射率測(cè)量提出了非常高的要求。中國(guó)專 利申請(qǐng)?zhí)?00610165082.0的發(fā)明專利"高反鏡反射率的測(cè)量方法"及中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?200710098755.X的發(fā)明專利"基于半導(dǎo)體激光器自混合效應(yīng)的高反射率測(cè)量方法"都提出 了一種以連續(xù)半導(dǎo)體激光器作光源的高反射率測(cè)量方法,用方波調(diào)制連續(xù)激光,探測(cè)方波 下降沿處關(guān)斷激光束后的指數(shù)衰減信號(hào),并擬合得到衰蕩時(shí)間,從而得到高反鏡反射率, 該方法具有測(cè)量精度高、裝置簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
利用上述方法測(cè)量反射率, 一方面需要有方波信號(hào)源,對(duì)連續(xù)激光進(jìn)行調(diào)制;另一方 面需采集調(diào)制信號(hào)下降階段的探測(cè)器輸出信號(hào),擬合光腔衰蕩時(shí)間,計(jì)算組成衰蕩光腔反 射鏡的反射率。通常,函數(shù)發(fā)生器或者函數(shù)發(fā)生卡可作為方波信號(hào)源,具有觸發(fā)功能的示 波器或高速數(shù)據(jù)采集卡可用于方波下降階段衰減曲線的采集,但由于采用分立的裝置,成 本較高,且不利于系統(tǒng)集成。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種用于高反射率測(cè)量的 計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng),該系統(tǒng)以一塊數(shù)據(jù)采集卡為基礎(chǔ),利用虛擬儀器技術(shù),同時(shí)實(shí)現(xiàn)高反射 率測(cè)量所霈的方波調(diào)制和數(shù)據(jù)采集處理的功能,使高反射率測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化, 也降低了系統(tǒng)成本。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是 一種用于高反射率測(cè)量的計(jì)算機(jī)測(cè)控 系統(tǒng),它包括光源l、空間濾波和望遠(yuǎn)系統(tǒng)2、平凹高反鏡3, 4、會(huì)聚透鏡5、探測(cè)器6, 其特征在于它還包括一個(gè)具有雙輸入、雙輸出功能的高速數(shù)據(jù)采集卡7、計(jì)算機(jī)8;高速數(shù)
據(jù)釆集卡7經(jīng)PCI總線與計(jì)算機(jī)8通訊,計(jì)算機(jī)8通過(guò)軟件控制高速數(shù)據(jù)采集卡7兩輸出通道 Al和A2同步輸出方波信號(hào),并設(shè)置其兩輸入通道B1和B2分別工作在觸發(fā)模式和采集模式下; 高速數(shù)據(jù)采集卡7的第一路輸出通道Al與光源1相連,高速數(shù)據(jù)采集卡7的處于采集模式下的輸入通道B2與探測(cè)器6相連,用于釆集第一路輸出通道Al輸出的方波信號(hào)經(jīng)平凹高反鏡3,
4組成的衰蕩光腔后出射并經(jīng)探測(cè)器6轉(zhuǎn)換后的電信號(hào);高速數(shù)據(jù)采集卡7的第二路輸出通道 A2輸出的方波信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào),與高速數(shù)據(jù)采集卡7處于觸發(fā)模式下的輸入通道Bl相連。
未插入待測(cè)平面高反鏡9時(shí),將所述平凹高反鏡3, 4凹面相對(duì)構(gòu)成直腔;插入待測(cè)平面 高反鏡9后,調(diào)節(jié)平凹高反鏡3, 4形成折疊腔。
所述的一種用于高反射率測(cè)量的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng),其特征在于光源1采用連續(xù)半導(dǎo)體激 光器。
所述的一種用于高反射率測(cè)量的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng),其特征在于空間濾波和望遠(yuǎn)系統(tǒng)2由 兩塊透鏡和一針孔組成,用于將光源1輸出的激光束整形成基模并與光腔模式匹配。
所述的一種用于高反射率測(cè)量的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng),其特征在于兩塊相同的、凹面鍍高反 膜的平凹高反鏡3, 4的反射率大于99%。
所述的一種用于高反射率測(cè)量的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng),其特征在于插入待測(cè)平面高反鏡后,
形成折疊腔的角度為1°到85°。
本實(shí)用新型由于采用以上技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)提高高反射率測(cè)量系統(tǒng)的集成 度,僅由一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一塊高速數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)了函數(shù)發(fā)生器和示波器的功能,降低系統(tǒng) 成本,減少測(cè)試系統(tǒng)占用空間;(2)測(cè)量效率高,直接由計(jì)算機(jī)軟件控制方波信號(hào)的產(chǎn)生 和數(shù)據(jù)采集,二者并行工作,同時(shí)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,效率較高,可實(shí)現(xiàn)每秒 15組以上衰蕩信號(hào)的采集和處理,有利于實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)測(cè)量,提高測(cè)量精度;(3)可移植 性好,對(duì)程序進(jìn)行適當(dāng)修改即可移植到其它需要同時(shí)調(diào)制信號(hào)和采集數(shù)據(jù)的應(yīng)用中。
圖1為本實(shí)用新型的一種直腔測(cè)量實(shí)施例的示意圖; 圖2為本實(shí)用新型的一種折疊腔構(gòu)型的示意圖; 圖3為本實(shí)用新型測(cè)量軟件流程圖; 圖4為本實(shí)用新型測(cè)量軟件界面;
圖中1、光源,2、空間濾波和望遠(yuǎn)系統(tǒng),3和4、平凹高反鏡,5、會(huì)聚透鏡,6、探 測(cè)器,7、高速數(shù)據(jù)采集卡,8、計(jì)算機(jī),9、待測(cè)平面高反鏡。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型在高反射率測(cè)量應(yīng)用中的一個(gè)具體實(shí)施例。 如圖l所示, 一種用于高反射率測(cè)量的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng),由光源l、空間濾波和望遠(yuǎn)系 統(tǒng)2、平凹高反鏡3, 4、會(huì)聚透鏡5、探測(cè)器6、高速數(shù)據(jù)采集卡7和計(jì)算機(jī)8及相關(guān)測(cè)量 軟件組成;Al、 A2為高速數(shù)據(jù)采集卡兩輸出通道,Bl、 B2為高速數(shù)據(jù)采集卡兩輸入通道;圖中的粗線表示光路,細(xì)線表示信號(hào)線相連。
高速數(shù)據(jù)采集卡7經(jīng)PCI總線與計(jì)算機(jī)8通訊,計(jì)算機(jī)軟件控制采集卡兩輸出通道Al、 A2同步輸出方波信號(hào),并設(shè)置兩輸入通道B1、 B2分別工作在觸發(fā)模式和采集模式下;高速數(shù) 據(jù)采集卡7的輸出方波信號(hào)Al與光源1相連,對(duì)半導(dǎo)體激光器激勵(lì)電流或電壓進(jìn)行方波調(diào)制, 調(diào)制后的光束經(jīng)空間濾波和望遠(yuǎn)系統(tǒng)2進(jìn)入由兩塊相同的、凹面鍍高反膜的平凹高反鏡3, 4凹面相對(duì)構(gòu)成的直腔,激光束在腔內(nèi)多次反射后輸出,經(jīng)透鏡5會(huì)聚后由探測(cè)器6接收, 探測(cè)器6將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),并輸出到高速數(shù)據(jù)采集卡7的處于采集模式下的輸入通 道B2,用于采集指數(shù)衰減信號(hào);高速數(shù)據(jù)采集卡7的另一路輸出方波信號(hào)A2與高速數(shù)據(jù) 采集卡7的處于觸發(fā)模式下的輸入通道BI相連;測(cè)量時(shí),由輸出方波信號(hào)A2的下降沿觸發(fā) 并控制處于采集模式下的輸入通道B2采集光腔衰蕩信號(hào),由高速數(shù)據(jù)采集卡記錄衰蕩信號(hào), 并送入計(jì)算機(jī)8,由計(jì)算機(jī)程序按單指數(shù)衰減函數(shù);^^^exp(-z/r,) + S擬合得到直腔衰蕩時(shí)
間H,再由及-exp(-i/cr,)或及-l-i/",計(jì)算得到腔鏡反射率R,其中c為光速,L為腔長(zhǎng);
然后在腔內(nèi)插入待測(cè)平面高反鏡9,調(diào)節(jié)平凹高反鏡3和4,構(gòu)成折疊腔,如圖2所示;類似 于直腔測(cè)量過(guò)程,由高速數(shù)據(jù)采集卡7記錄輸出方波信號(hào)A2下降沿?cái)嗉す馐筇綔y(cè)器6 輸出的折疊腔指數(shù)衰減信號(hào),并送入計(jì)算機(jī)8按單指數(shù)衰減函數(shù)y-^^exp(-'/乙)+ B擬合得 到折疊腔衰蕩時(shí)間t2,若插入待測(cè)鏡時(shí)保持腔長(zhǎng)L不變,則待測(cè)鏡反射率由 ^二exp(丄/",-Z/"2)計(jì)算;若插入待測(cè)鏡時(shí)腔長(zhǎng)變?yōu)閊 ,則待測(cè)鏡反射率由
& -exp"/^-A/c7。計(jì)算;可測(cè)得任意反射率大于99%的平面高反鏡的反射率。
光源1采用連續(xù)半導(dǎo)體激光器,空間濾波和望遠(yuǎn)系統(tǒng)2由兩塊透鏡和一針孔組成,用 于將光源1輸出的激光束整形成基模并與光腔模式匹配,兩塊相同的、凹面鍍高反膜反射 率大于99%的平凹高反鏡3、 4凹面相對(duì)構(gòu)成直腔;高速數(shù)據(jù)釆集卡7同時(shí)實(shí)現(xiàn)生成方波和 數(shù)據(jù)采集的功能,而且由調(diào)制信號(hào)的同步輸出作為數(shù)據(jù)采集的觸發(fā),保證系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的 捕獲到調(diào)制信號(hào)下降階段的指數(shù)衰減信號(hào);測(cè)量軟件基于LabVIEW虛擬儀器軟件設(shè)計(jì)平臺(tái) 編寫(xiě),程序編寫(xiě)按照方波信號(hào)產(chǎn)生、數(shù)據(jù)采集處理兩大功能進(jìn)行。
方波信號(hào)的產(chǎn)生主要利用髙速數(shù)據(jù)采集卡的D/A轉(zhuǎn)換功能,程序首先對(duì)高速數(shù)據(jù)采集 卡輸出通道的參數(shù)進(jìn)行初始化,設(shè)置雙通道同步輸出;然后按光源調(diào)制信號(hào)的幅度、頻率、 占空比等要求生成仿真模擬方波信號(hào)數(shù)據(jù),并將該數(shù)據(jù)按公式/ ^^f^2^^"7^^進(jìn)行轉(zhuǎn)
換,送入高速數(shù)據(jù)采集卡緩存;而后執(zhí)行"開(kāi)始D/A轉(zhuǎn)換"的命令,此時(shí)采集卡硬件將會(huì) 對(duì)存儲(chǔ)在緩存中的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,在輸出通道Al, A2生成連續(xù)的方波信號(hào),直至接收到外部的停止生成方波的命令后,執(zhí)行"停止D/A轉(zhuǎn)換"的操作,停止輸出方波信號(hào),流程 參見(jiàn)圖3。
與生成方波類似,程序也要對(duì)高速數(shù)據(jù)采集卡的輸入通道參數(shù)做初始化設(shè)置,觸發(fā)方 式設(shè)為下降沿觸發(fā);然后等待觸發(fā),待觸發(fā)信號(hào)的下降沿來(lái)臨時(shí),輸入通道B2執(zhí)行采集操 作,捕獲指數(shù)衰減信號(hào),數(shù)據(jù)暫存于釆集卡緩存;再由計(jì)算機(jī)對(duì)采集卡緩存中數(shù)據(jù)進(jìn)行讀 取并轉(zhuǎn)換為電壓值,然后利用上述的單指數(shù)擬合方式擬合衰蕩時(shí)間并計(jì)算反射率,流程參 見(jiàn)圖3。
整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為方波信號(hào)的產(chǎn)生和數(shù)據(jù)采集處理并列執(zhí)行的結(jié)構(gòu),程序開(kāi)始運(yùn)行 后,方波的生成和采集同步執(zhí)行,但通道A2輸出的方波信號(hào)同時(shí)是采集卡的觸發(fā)信號(hào),只 有觸發(fā)信號(hào)下降沿來(lái)臨時(shí),系統(tǒng)才對(duì)輸入通道B2的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并處理數(shù)據(jù),此過(guò)程中輸 出通道仍連續(xù)生成方波,相互不影響。程序中由獨(dú)立的控件分別控制方波生成和采集數(shù)據(jù) 的結(jié)束,便于測(cè)量,該測(cè)量軟件流程如圖3所示,測(cè)量軟件界面如圖4所示。
權(quán)利要求1、 一種用于高反射率測(cè)量的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng),它包括光源(1)、空間濾波和望遠(yuǎn)系統(tǒng) (2)、平凹高反鏡(3), (4)、會(huì)聚透鏡(5)、探測(cè)器(6),其特征在于它還包括一個(gè)具有雙輸入、雙輸出功能的高速數(shù)據(jù)采集卡(7)、計(jì)算機(jī)(8);高速數(shù)據(jù)采集卡(7)經(jīng)PCI總線 與計(jì)算機(jī)(8)通訊,計(jì)算機(jī)(8)通過(guò)軟件控制高速數(shù)據(jù)采集卡(7)兩輸出通道Al和A2同 步輸出方波信號(hào),并設(shè)置其兩輸入通道B1和B2分別工作在觸發(fā)模式和采集模式下;高速數(shù)據(jù) 采集卡(7)的第一路輸出通道A1與光源(1)相連,高速數(shù)據(jù)采集卡(7)的處于采集模式下 的輸入通道B2與探測(cè)器(6)相連,用于采集第一路輸出通道A1輸出的方波信號(hào)經(jīng)平凹高反 鏡(3), (4)組成的衰蕩光腔后出射并經(jīng)探測(cè)器(6)轉(zhuǎn)換后的電信號(hào);高速數(shù)據(jù)采集卡(7) 的第二路輸出通道A2輸出的方波信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào),與高速數(shù)據(jù)采集卡(7)處于觸發(fā)模式下 的輸入通道B1相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高反射率測(cè)量的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng),其特征在于未插入 待測(cè)平面高反鏡(9)時(shí),平凹高反鏡(3), (4)凹面相對(duì)構(gòu)成直腔;插入待測(cè)平面高反鏡(9) 后,調(diào)節(jié)平凹高反鏡(3), (4)形成折疊腔。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高反射率測(cè)量的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng),其特征在于光源(l) 采用連續(xù)半導(dǎo)體激光器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述昀一種用于高反射率測(cè)量的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng),其特征在于空間濾波和望遠(yuǎn)系統(tǒng)(2)由兩塊透鏡和一針孔組成,用于將光源(1)輸出的激光束整形成基模 并與光腔模式匹配。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高反射率測(cè)量的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng),其特征在于兩塊相 同的、凹面鍍高反膜的平凹高反鏡(3), (4)的反射率大于99%。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高反射率測(cè)量的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng),其特征在于插入待測(cè)平面高反鏡后,形成折疊腔的角度為1°到85° 。
專利摘要一種用于高反射率測(cè)量的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng),包括光源、空間濾波和望遠(yuǎn)系統(tǒng)、平凹高反鏡、會(huì)聚透鏡、探測(cè)器;其特征在于還包括一個(gè)具有雙輸入、雙輸出功能的高速數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)及相關(guān)測(cè)量軟件;軟件控制采集卡兩輸出通道同步輸出方波信號(hào),兩輸入通道分別工作在采集模式和觸發(fā)模式下;一路輸出方波信號(hào)與光源相連,經(jīng)光路系統(tǒng)及衰蕩光腔后由探測(cè)器接收并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換,輸出至采集通道;另一路輸出方波作為觸發(fā)信號(hào),與觸發(fā)通道相連;測(cè)量時(shí),由方波下降沿觸發(fā)采集通道采集衰蕩信號(hào),軟件在線處理數(shù)據(jù),輸出測(cè)量結(jié)果;然后在腔內(nèi)插入待測(cè)平面高反鏡,重復(fù)上述過(guò)程得到待測(cè)平面高反鏡的反射率;該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,可移植性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01M11/02GK201156011SQ20072019001
公開(kāi)日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2007年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者李斌成, 韓艷玲, 元 龔 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所