專利名稱：光電測量儀器響應(yīng)時間的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電測試領(lǐng)域，特別是一種光電測量儀器響應(yīng)時間的測量方法。
背景技術(shù)：
在光電測試領(lǐng)域，光電測量儀器接受光輻射，通過探測器將光強(qiáng)度信號轉(zhuǎn)化為電 信號，并對其做進(jìn)一步的處理并輸出。響應(yīng)時間是描述光電探測器對入射輻射響應(yīng)快慢的 重要參數(shù)，在調(diào)制光信號和快速光脈沖測量的場合需要首先考慮，直接關(guān)系到儀器測量結(jié) 果的正確性，是測量儀器非常重要的技術(shù)指標(biāo)。而光電測量儀器由于自身的專用性能，輸出 結(jié)果不適合做響應(yīng)時間測量。目前測量響應(yīng)時間的技術(shù)有利用聲光調(diào)制器做光開關(guān)測量探 測器的響應(yīng)時間，然而只適合做探測器元件級的響應(yīng)時間測量，而不便靈活用于儀器的響 應(yīng)時間測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在光電測量儀器正常工作時，實(shí)時測量儀器的響 應(yīng)時間，而不影響儀器的正常工作的測量方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種光電測量儀器響應(yīng)時間的測量方法，光 電測量儀器包括入射光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號處理電路、輸入輸出模塊和外部接口，入 射光學(xué)系統(tǒng)接收外部光輻射，并將其會聚與光電探測器靶面，光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為 電信號，信號處理電路對電信號做進(jìn)一步的處理，并將分析結(jié)果通過輸入輸出模塊顯示，外 部接口用于輸出測量信息；在光電測量儀器中嵌入響應(yīng)時間測量功能模塊，該響應(yīng)時間測 量功能模塊包括光電二極管及其信號處理電路、光強(qiáng)比較判斷子模塊和響應(yīng)脈沖輸出子模 塊，光電二極管用于儀器響應(yīng)時間測量，測量過程中，與光電探測器并置，測量方向一致，并 位于光學(xué)入射光學(xué)系統(tǒng)，測量同一脈沖光源，用高速示波器測量二者輸出電平脈沖，電平脈 沖時間差即是光電測量儀器的響應(yīng)時間，即光電二極管輸出電平脈沖，作為響應(yīng)時間測量 的零時刻基準(zhǔn)，光電二極管輸出信號經(jīng)放大、濾波處理后由輸出端口輸出脈沖，光強(qiáng)判斷模 塊中用戶設(shè)定電平脈沖輸出觸發(fā)強(qiáng)度，然后持續(xù)監(jiān)測測量光強(qiáng)，光強(qiáng)比較判斷子模塊對采 集的光電信號與用戶設(shè)定的觸發(fā)光強(qiáng)閾值比較、判斷，當(dāng)光強(qiáng)超過用戶設(shè)定閾值，達(dá)到觸發(fā) 電平后，判定滿足條件，調(diào)用輸出函數(shù)，通過響應(yīng)脈沖輸出子模塊輸出一電平脈沖，該電平 脈沖即為光電探測器的電平脈沖，該電平脈沖與光電二極管輸出脈沖相比較，電平脈沖上 升沿時間差即可得出測量儀器響應(yīng)時間。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(1)通過輸入是否輸出響應(yīng)脈沖、觸發(fā)光強(qiáng) 靈活的配置響應(yīng)時間測量，利用光電測量儀器現(xiàn)有的輸出端口，在測量程序中嵌入光強(qiáng)判 斷和電平脈沖輸出模塊，保證了光電測量儀器主程序的完整性；( 通過光電測量儀器的 輸出電平脈沖與光電二極管輸出參考脈沖相比較，獲得儀器測量響應(yīng)時間，具有方便、快 速、精確度高。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是本發(fā)明的組成原理圖。圖2是本發(fā)明的測量原理示意圖。圖3是本發(fā)明測量模塊程序流程圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1，本發(fā)明光電測量儀器響應(yīng)時間的測量方法，包括以下步驟1. 1光電測量儀器一般由入射光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號處理電路、輸入輸出模 塊、外部接口等部分組成，入射光學(xué)系統(tǒng)接收外部光輻射，并將其會聚與探測器靶面，探測 器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，信號處理電路對電信號做進(jìn)一步的處理，并將分析結(jié)果顯示，外 部接口用于輸出測量信息。1.2本發(fā)明提出利用光電測量儀器的內(nèi)部軟、硬件資源，嵌入一響應(yīng)時間測量功能 模塊。該功能模塊包括光電二極管及其信號處理電路、光強(qiáng)比較判斷子模塊、響應(yīng)脈沖輸出 子模塊幾部分構(gòu)成。光電二極管響應(yīng)速度快，響應(yīng)時間可達(dá)皮秒量級，相對于光電測量儀器 來說，其響應(yīng)時間近似忽略，輸出脈沖可作為光電測量儀器響應(yīng)時間的零時刻基準(zhǔn)。光強(qiáng)判 斷模塊根據(jù)用戶設(shè)定閾值，對測量光強(qiáng)進(jìn)行判斷以輸出響應(yīng)脈沖。光電二極管與測量儀器 主探測器對統(tǒng)一光脈沖的響應(yīng)時間差，即可認(rèn)為是測量儀器的響應(yīng)時間。測量過程中，光電 二極管與測量儀器主探測器并置，測量同一脈沖光源，用高速示波器測量二者輸出電平脈 沖，電平脈沖時間差即是光電測量儀器的響應(yīng)時間。光電二極管作為測量儀器的輔探測器，僅用于儀器響應(yīng)時間測量，與主探測器測 量方向一致，但位于光學(xué)入射系統(tǒng)之外，從而不影響整個儀器的測量。光電二極管輸出信號 經(jīng)放大、濾波處理后由專門的輸出端口輸出，便于外部測量。系統(tǒng)測量軟件讀取經(jīng)過AD后的光強(qiáng)度信號，并對其做進(jìn)一步的處理，完成測量儀 器的主要測量功能。嵌入響應(yīng)時間測量功能模塊，對儀器主測量軟件中獲得的測量光強(qiáng)度 信號進(jìn)行判斷，然后輸出響應(yīng)脈沖。光強(qiáng)比較判斷子模塊對采集的光電信號與用戶設(shè)定的觸發(fā)光強(qiáng)閾值比較、判斷， 達(dá)到觸發(fā)電平后即通過響應(yīng)脈沖輸出子模塊(即串口、并口、USB、以太網(wǎng)口)等現(xiàn)有外部接 口輸出一電平脈沖，供測量使用。此電平脈沖與光電二極管輸出脈沖相比較，即可得出測量 儀器響應(yīng)時間。測量過程中光強(qiáng)比較判斷子模塊對采集光電信號強(qiáng)度進(jìn)行判斷，達(dá)到觸發(fā)電平后 即通過RS232、并口等暴露接口輸出一電平脈沖，供測量使用。此電平脈沖結(jié)合快速響應(yīng)光 電二極管配合高速示波器來測量儀器響應(yīng)時間。測量過程中，光電二極管與光電測量儀器 光輸入口并置，測量同一光脈沖，二者輸出電平脈沖時間差即是光電測量儀器的響應(yīng)時間。如某日盲紫外光譜輻射計(jì)工作波長MOnm ^Onm，探測靈敏度可達(dá)10_14W/cm2，要 求響應(yīng)時間小于0. 1ms，采用主機(jī)加探頭的分體式結(jié)構(gòu)，輻射計(jì)主探測器采用光電倍增管。 為了能夠方便的測量響應(yīng)時間，在主探測器——光電被增管觀測方向平行嵌入一光電二極 管，但處于主探測器光學(xué)入射系統(tǒng)之外，不影響正常測量。光電二極管采用S2386-8K，響應(yīng) 時間為10_8秒。光電二極管輸出經(jīng)集成運(yùn)放發(fā)大，響應(yīng)時間降低為2. 5X ΙΟ"6秒，遠(yuǎn)小于輻射計(jì)響應(yīng)時間，近似忽略。在輻射計(jì)測量軟件嵌入光強(qiáng)判斷和測量響應(yīng)輸出代碼，利用儀器 現(xiàn)存的串口輸出相應(yīng)脈沖。測量時將輻射計(jì)輸出和光電二極管輸出同時接到示波器，二極 管輸出作為觸發(fā)，測量輻射計(jì)響應(yīng)輸出，測量響應(yīng)時間為0. 08ms。1. 3首先對光源進(jìn)行調(diào)制獲得脈沖光供測量使用，根據(jù)測量儀器特性的差異，選擇 調(diào)制脈沖寬度。測量儀器設(shè)置成響應(yīng)時間測量模式，開始測量。測量過程中，光電測量儀器 測量一脈沖光源。光電二極管輸出電平脈沖，作為響應(yīng)時間測量的零時刻基準(zhǔn)。光強(qiáng)判斷模 塊中用戶設(shè)定電平脈沖輸出觸發(fā)強(qiáng)度，然后持續(xù)監(jiān)測測量光強(qiáng)，當(dāng)光強(qiáng)超過用戶設(shè)定閾值， 即判定滿足條件(達(dá)到觸發(fā)水平)，調(diào)用輸出函數(shù)(串口、并口、USB 口輸出函數(shù))，從測量 儀器暴露端口(串口、并口、USB 口)輸出單個電平脈沖。輸出函數(shù)與硬件高度相關(guān)，但提 供統(tǒng)一的用戶接口，其具體實(shí)現(xiàn)因端口而異。用高速示波器測量光電二極管與光強(qiáng)判斷模 塊輸出的電平脈沖，電平脈沖上升沿時間差即是光電測量儀器的響應(yīng)時間。結(jié)合圖2和圖3，首先設(shè)置儀器成響應(yīng)時間測量模式，用戶界面接收用戶輸入，設(shè) 置觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的光強(qiáng)度閾值。然后測量模塊監(jiān)控采集數(shù)據(jù)值，當(dāng)發(fā)現(xiàn)入射光強(qiáng)超過用戶 設(shè)定值后，立即觸發(fā)電平脈沖，調(diào)用輸出函數(shù)，從合適的端口輸出電平脈沖。同時光電二極 管也輸出電脈沖，同時送入示波器以測量二者時間差，即得到儀器測量響應(yīng)時間。
權(quán)利要求
1. 一種光電測量儀器響應(yīng)時間的測量方法，其特征在于光電測量儀器包括入射光學(xué)系 統(tǒng)、光電探測器、信號處理電路、輸入輸出模塊和外部接口，入射光學(xué)系統(tǒng)接收外部光輻射， 并將其會聚與光電探測器靶面，光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，信號處理電路對電信 號做進(jìn)一步的處理，并將分析結(jié)果通過輸入輸出模塊顯示，外部接口用于輸出測量信息；在 光電測量儀器中嵌入響應(yīng)時間測量功能模塊，該響應(yīng)時間測量功能模塊包括光電二極管及 其信號處理電路、光強(qiáng)比較判斷子模塊和響應(yīng)脈沖輸出子模塊，光電二極管用于儀器響應(yīng) 時間測量，測量過程中，與光電探測器并置，測量方向一致，并位于光學(xué)入射光學(xué)系統(tǒng)，測量 同一脈沖光源，用高速示波器測量二者輸出電平脈沖，電平脈沖時間差即是光電測量儀器 的響應(yīng)時間，即光電二極管輸出電平脈沖，作為響應(yīng)時間測量的零時刻基準(zhǔn)，光電二極管輸 出信號經(jīng)放大、濾波處理后由輸出端口輸出脈沖，光強(qiáng)判斷模塊中用戶設(shè)定電平脈沖輸出 觸發(fā)強(qiáng)度，然后持續(xù)監(jiān)測測量光強(qiáng)，光強(qiáng)比較判斷子模塊對采集的光電信號與用戶設(shè)定的 觸發(fā)光強(qiáng)閾值比較、判斷，當(dāng)光強(qiáng)超過用戶設(shè)定閾值，達(dá)到觸發(fā)電平后，判定滿足條件，調(diào)用 輸出函數(shù)，通過響應(yīng)脈沖輸出子模塊輸出一電平脈沖，該電平脈沖即為光電探測器的電平 脈沖，該電平脈沖與光電二極管輸出脈沖相比較，電平脈沖上升沿時間差即可得出測量儀 器響應(yīng)時間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光電測量儀器響應(yīng)時間的測量方法，首先對光源進(jìn)行調(diào)制獲得脈沖光供測量使用，根據(jù)測量儀器特性的差異，選擇調(diào)制脈沖寬度。測量儀器設(shè)置成響應(yīng)時間測量模式，開始測量。當(dāng)被測光強(qiáng)達(dá)到觸發(fā)水平，測量儀器輸出單個電平脈沖與光電二極管輸出脈沖輸出至示波器，示波器測量兩路脈沖的時間差，此時間差可作為光電測量儀器的響應(yīng)時間。本發(fā)明通過光電測量儀器的輸出電平脈沖與光電二極管輸出參考脈沖相比較，獲得儀器測量響應(yīng)時間，具有方便、快速、精確度高。
文檔編號G01M11/02GK102053009SQ200910213360
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者孫守軍, 朱文星 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所