專利名稱：多功能輻射測量系統(tǒng)、主機(jī)及其探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多功能輻射測量系統(tǒng)，更具體地，本實(shí)用新型涉及一種包括一個主機(jī)和多個探測器的多功能輻射測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人們在工業(yè)生產(chǎn)和科研活動中，很多情況下需要對光的不同類型的輻射量進(jìn)行準(zhǔn)確測量，如紫外輻射的輻射照度、光源照明情況的光照度、各種發(fā)光體的光亮度以及激光的輻射功率等等。為了測量不同類型的光輻射量，人們研制了不同類型的輻射光度計(jì)，如紫外輻照度計(jì)、照度計(jì)、亮度計(jì)以及激光功率計(jì)等等。常規(guī)的光輻射計(jì)，如照度計(jì)、亮度計(jì)以及紫外輻照度計(jì)等等，都由探測器和其后的電路系統(tǒng)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。探測器大多由例如光電二極管或者硅光電池的光電探測器配以相應(yīng)的濾光片的組成，如光照度計(jì)探測器需要配以ν(λ)修正濾光片。光電探測器接收的光信號，例如光照度、紫外輻照度、亮度等等，與其產(chǎn)生的光電流在一定范圍內(nèi)具有線性關(guān)系。探測器產(chǎn)生的電信號例如經(jīng)過I/V轉(zhuǎn)換電路，被轉(zhuǎn)換成電壓信號，再經(jīng)過放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D轉(zhuǎn)換)電路，經(jīng)由數(shù)字顯示器將結(jié)果顯示出來。光輻射計(jì)經(jīng)過計(jì)量校準(zhǔn)后量值溯源到國家相應(yīng)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，便可對相應(yīng)的輻射度或光度進(jìn)行準(zhǔn)確測量。普通的光輻射計(jì)往往功能單一，一種類型的測量儀器并不能用來測量其它類型的光輻射量，比如測量光照度的照度計(jì)不能用來測量紫外輻照度和亮度，儀器功能缺乏擴(kuò)充性。并且，普通的光輻射計(jì)，探測器和其后的電路系統(tǒng)是一個整體，其量值的校準(zhǔn)是要把探測器和其電路系統(tǒng)作為一個整體來校準(zhǔn)。為了提高輻射光度計(jì)的功能性，已經(jīng)研發(fā)了一種配備幾個不同探測器的輻射光度計(jì)，以便實(shí)現(xiàn)幾種不同光輻射量的測量。這種配備多個探測器的輻射光度計(jì)在一定程度了擴(kuò)充了輻射光度計(jì)的功能，但探測器和主機(jī)仍然作為整體被校準(zhǔn)，或?qū)儆谝粋€輻射光度計(jì)的各個探測器之間可互校準(zhǔn)，屬于不同輻射光度計(jì)的探測器即使是相同類型輻射計(jì)上的探測器也不能互換使用。因此，需要一種主機(jī)和各種探測器可以靈活組合使用的多功能光輻射測量系統(tǒng)。
實(shí)用新型內(nèi)容根據(jù)本實(shí)用新型的多功能輻射測量系統(tǒng)可以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題。本實(shí)用新型提供一種多功能輻射測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個主機(jī)和至少一個分離式探測器，所述至少一個探測器中的每個探測器包括檢測單元，用于將接收的輻射轉(zhuǎn)換為電信號；探測器存儲器，用于存儲包括該探測器的類型數(shù)據(jù)和將該探測器的量值溯源到國家輻射度或光度基準(zhǔn)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)；探測器接口，用于通過總線與所述主機(jī)通信連接，[0013]所述主機(jī)包括主機(jī)接口，用于通過總線與所述至少一個探測器之一通信連接；存儲器，用于存儲包括將主機(jī)量值溯源到國家電學(xué)量基準(zhǔn)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)；讀取單元，用于響應(yīng)主機(jī)與所述多個探測器之一的連接，讀取所連接探測器的類型數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，信號處理單元，對來自探測器的電信號進(jìn)行處理得到處理后信號，控制單元，用于根據(jù)探測器的類型數(shù)據(jù)、探測器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及主機(jī)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對處理后信號進(jìn)行校準(zhǔn)得到測量信號，顯示單元，用于顯示所述測量信號。優(yōu)選地，所述探測器是光照度探測器、光亮度探測器件和輻射功率探測器中的一種或多種。優(yōu)選地，所述探測器存儲器為電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)芯片。優(yōu)選地，所述總線為I2C總線、串口總線或USB總線。優(yōu)選地，所述控制單元輸出程控信號用于對信號處理單元進(jìn)行程控。優(yōu)選地，所述信號處理單元進(jìn)一步包括信號放大單元，用于對來自探測器的電信號進(jìn)行放大；和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于對已放大信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到處理后信號。進(jìn)一步，本實(shí)用新型提供一種一種用于多功能輻射測量系統(tǒng)的主機(jī)，所述測量系統(tǒng)包括該主機(jī)和至少一個分離式探測器，，該主機(jī)包括主機(jī)接口，用于通過總線與所述多個探測器之一通信連接；存儲器，用于存儲將主機(jī)量值溯源到國家電學(xué)量基準(zhǔn)的主機(jī)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；讀取單元，用于響應(yīng)主機(jī)與所述多個探測器之一的連接，讀取所連接探測器的類型數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，信號處理單元，對來自探測器的電信號進(jìn)行處理得到處理后信號，控制單元，用于根據(jù)探測器的類型數(shù)據(jù)、探測器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及主機(jī)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對處理后信號進(jìn)行校準(zhǔn)得到測量信號，顯示單元，用于顯示所述測量信號。更進(jìn)一步，本實(shí)用新型提供一種用于多功能輻射測量系統(tǒng)的探測器，所述測量系統(tǒng)包括主機(jī)和至少一個所述探測器，每個所述探測器包括檢測單元，用于將接收的輻射轉(zhuǎn)換為電信號；探測器存儲器，用于存儲包括該探測器的類型數(shù)據(jù)和將該探測器的量值溯源到國家輻射度或光度基準(zhǔn)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)；探測器接口，用于通過總線與所述主機(jī)通信連接。如上所述，本實(shí)用新型提出了一種具有可靈活擴(kuò)充測量儀器功能性的輻射測量系統(tǒng)。該輻射測量系統(tǒng)的主機(jī)和探測器采用分離式設(shè)計(jì)，探測器內(nèi)部安置例如存儲芯片的存儲器，用于存儲包括探測器類型數(shù)據(jù)以及將探測器量值溯源到國家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的探測器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等的信息；主機(jī)同樣包括存儲器，用于存儲將量值溯源到國家電學(xué)量基準(zhǔn)的電學(xué)量校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。通過借助總線將探測器與主機(jī)進(jìn)行接口連接，主機(jī)讀取探測器存儲器里的數(shù)據(jù)，從而自動識別探測器類型并使其成為相應(yīng)類型的測量儀器。例如，當(dāng)主機(jī)與光照度探測器進(jìn)行連接，該測量系統(tǒng)即成為一臺光照度計(jì)；當(dāng)主機(jī)與紫外輻照度探測器連接，即成為一臺紫外輻照度計(jì)等等。主機(jī)與一般的電流計(jì)類似，其接收來自探測器的電信號，對電信號進(jìn)行處理，并將處理后的測量信號的量值溯源到國家電學(xué)量基準(zhǔn)。本實(shí)用新型的輻射測量系統(tǒng)主要包括主機(jī)和至少一個探測器，其中，主機(jī)包括I/V 轉(zhuǎn)換電路、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換；探測器包括輻射光探測器件，用于將不同種被測輻射光轉(zhuǎn)換為輸入電信號；探測器與主機(jī)為分離式設(shè)計(jì)，主機(jī)可以通過接口連接和更換不同探測器； 主機(jī)中設(shè)有控制單元，例如中央微處理器(MCU)；探測器中設(shè)有探測器存儲器，用于存儲探測器類型數(shù)據(jù)與校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；MCU通過總線從探測器存儲芯片中讀取探測器類型數(shù)據(jù)與校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)主機(jī)與探測器的初始化和獨(dú)立校準(zhǔn)。儀器在開機(jī)時(shí)，完成初始化。探測器存儲芯片通過總線與主機(jī)的控制芯片(MCU) 進(jìn)行連接。儀器完成上電初始化后，首先由主機(jī)的MCU向探測器存儲芯片發(fā)送握手信號，如成功，則在存儲芯片特定的地址讀取探測器類型數(shù)據(jù)，由類型數(shù)據(jù)選擇合適的顯示單位，以完成不同功能的光輻射測量；然后再在特定地址讀取探測器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。最后程序就轉(zhuǎn)入測量主程序完成測量功能。通過采用探測器和儀器主機(jī)分離式設(shè)計(jì)，探測器類型和校準(zhǔn)等數(shù)據(jù)存儲在探測器存儲芯片里，測量系統(tǒng)的主機(jī)進(jìn)行電學(xué)量校準(zhǔn)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)儲存在儀器主機(jī)里，探測器和主機(jī)借助數(shù)據(jù)總線通過接口進(jìn)行連接，主機(jī)自動識別探測器類型。這樣，只要通過更換不同類型的探測器，一臺主機(jī)即可實(shí)現(xiàn)多種光輻射量測量的功能，測量系統(tǒng)具有很高的功能擴(kuò)充性；并且由于測量系統(tǒng)僅需要更換不同的探測器就可實(shí)現(xiàn)不同類型和不同強(qiáng)度輻射的測量，因此在需要同時(shí)測量不同類型的輻射量的場合，具有比較高的便攜性。

下面將結(jié)合附圖并參照本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例對本實(shí)用新型的特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)說明，其中圖1為普通光輻射計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型的多功能輻射測量系統(tǒng)中探測器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型的多功能輻射測量系統(tǒng)中主機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型的多功能輻射測量系統(tǒng)中探測器和主機(jī)連接狀態(tài)的示意圖；圖5為本實(shí)用新型的多功能輻射測量系統(tǒng)的主機(jī)和探測器連接初始化步驟的流程圖。圖6為本實(shí)用新型的多功能輻射測量系統(tǒng)的測量步驟的流程圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的多功能輻射測量系統(tǒng)包括一個主機(jī)和多個分離式的可與主機(jī)通信連接的探測器。圖2為本實(shí)用新型的多功能輻射測量系統(tǒng)中探測器100的結(jié)構(gòu)示意圖。每個探測器100均包括檢測單元110，探測器存儲器120和探測器接口 130。檢測單元110用于接收輻射例如光輻射后產(chǎn)生電信號，例如電流信號或者電壓信號。檢測單元110產(chǎn)生的電信號的大小和接收到的光輻射的量在一定范圍內(nèi)成正比關(guān)系。取決于檢測單元110的類型，探測器100可以是各種類型的探測器，例如，紫外輻照度探測器、光照度探測器、亮度探測器，以及激光功率探測。例如，光照度探測器可包括諸如光電二極管的光電檢測單元或者諸如硅光電池配以V( λ)修正濾光片組成的檢測單元。探測器存儲器120用于存儲將探測器的量值溯源到國家光度基準(zhǔn)來進(jìn)行對響應(yīng)度進(jìn)行校準(zhǔn)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的單位Ix/ Α。探測器存儲器為電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)芯片。在本實(shí)施例中選用ATMC08 芯片作為探測器存儲器。探測器存儲器120還用于存儲表示探測器類型例如光照度探測器的其他數(shù)據(jù)。探測器接口 130用于通過總線與主機(jī)通信連接。該總線可以是I2C總線、串口總線或USB總線。圖3為本實(shí)用新型多功能輻射測量系統(tǒng)中主機(jī)200的結(jié)構(gòu)示意圖。主機(jī)200包括主機(jī)接口 210，主機(jī)存儲器220，讀取單元230，信號處理單元Μ0，控制單元250和顯示單元 2600主機(jī)接口 210用于通過總線與探測器100通信連接。主機(jī)存儲器220用于存儲將主機(jī)的量值溯源到國家電學(xué)量基準(zhǔn)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。讀取單元230用于響應(yīng)主機(jī)與探測器的通信連接從探測器存儲器120讀取有關(guān)探測器類型的數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)信號。信號處理單元240通常包括I/V轉(zhuǎn)換單元Μ2，放大單元244和A/D轉(zhuǎn)換單元Μ6，用于對來自探測器的電信號進(jìn)行處理得到處理后信號。信號處理單元240例如MCU的結(jié)構(gòu)和功能對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的，這里不再贅述。控制單元250用于根據(jù)從探測器存儲器120讀取的探測器類型數(shù)據(jù)確定探測器類型，選擇與探測器類型相應(yīng)的單位和量程，并根據(jù)從探測器存儲器120 讀取的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和來自主機(jī)存儲器220的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對處理后信號進(jìn)行校準(zhǔn)以便其量值溯源到國家電學(xué)量基準(zhǔn)的測量數(shù)據(jù)。該測量數(shù)據(jù)被輸出給顯示單元260進(jìn)行顯示。圖4為本實(shí)用新型多功能輻射測量系統(tǒng)中主機(jī)和探測器之一的連接狀態(tài)示意圖。 如圖4所示，主機(jī)200通過例如I2C總線和一個探測器100連接，構(gòu)成一個輻射測量系統(tǒng)。 測量系統(tǒng)在開機(jī)時(shí)實(shí)現(xiàn)其初始化。圖5示出本實(shí)用新型多功能輻射測量系統(tǒng)的初始化步驟的流程圖。探測器和主機(jī)分別通電后，首先，主機(jī)200的控制單元250確認(rèn)探測器100的連接，步驟510 ；響應(yīng)該連接，讀取單元230從探測器存儲器120讀取探測器類型數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，步驟520。例如由主機(jī)200的控制單元250向探測器發(fā)送握手信號，如成功，則讀取單元從230從探測器存儲器120讀取探測器類型數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)?？刂茊卧?50根據(jù)讀取的探測器類型數(shù)據(jù)選擇合適的顯示單位和量程，即將該測量系統(tǒng)識別為該探測器類型所確定的測量系統(tǒng)，步驟530，由此完成該測量系統(tǒng)的初始化。主機(jī)200的隨后測量系統(tǒng)進(jìn)入測量程序執(zhí)行測量功能。如果在步驟510主機(jī)200未能檢測到與探測器100的連接，或在步驟 520主機(jī)未能從探測器讀取到數(shù)據(jù)，顯示單元260將顯示錯誤信息，步驟Μ0。圖6為本實(shí)用新型的多功能輻射測量系統(tǒng)的測量步驟的流程圖。在測量階段，探測器100的檢測單元110感應(yīng)輻射產(chǎn)生電信號，步驟610。電信號經(jīng)探測器的接口通過1 總線輸出給主機(jī)200。信號處理單元240對來自探測器的電信號進(jìn)行處理。例如，如果需要，諸如在控制單元250的程控下，電信號經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換單元對2的轉(zhuǎn)換，步驟620，放大單元 244的放大，步驟630，和A/D轉(zhuǎn)換單元的轉(zhuǎn)換，步驟640，得到處理后的數(shù)字信號x，并將該處理后信號χ輸出至控制單元250。控制單元250根據(jù)來自探測器100的探測器校準(zhǔn)數(shù)據(jù) a和來自存儲器220的主機(jī)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)b，根據(jù)下述公式(1)對處理后信號χ進(jìn)行校準(zhǔn)得到測量信號y，步驟650，由顯示單元260進(jìn)行顯示，步驟660，y = aXbXx(1)其中，a單位由探測器的類型決定，例如激光功率探測器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的單位為“W/A”(瓦/安培)，光照度探測器的單位為“l(fā)x/A” (勒克斯/安培)等；b的單位為“安培/測量數(shù)據(jù)”，由此實(shí)現(xiàn)測量系統(tǒng)對輻射的測量。以上參照附圖并結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，說明書的實(shí)例是示意性的而非限制性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀本實(shí)用新型說明書，可以對本實(shí)用新型實(shí)施例進(jìn)行修改和變型而不超出本實(shí)用新型的范圍。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍僅由隨附權(quán)利要求決定。
權(quán)利要求1.一種多功能輻射測量系統(tǒng)，包括主機(jī)和至少一個分離式探測器，其特征在于， 所述至少一個探測器中的每個探測器包括檢測單元，用于將接收的輻射轉(zhuǎn)換為電信號；探測器存儲器，用于存儲包括該探測器的類型數(shù)據(jù)和將該探測器的量值溯源到國家輻射度或光度基準(zhǔn)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)；探測器接口，用于通過總線與所述主機(jī)通信連接， 所述主機(jī)包括主機(jī)接口，用于通過總線與所述至少一個探測器之一通信連接； 存儲器，用于存儲包括將主機(jī)量值溯源到國家電學(xué)量基準(zhǔn)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)； 讀取單元，用于響應(yīng)主機(jī)與所述多個探測器之一的連接，讀取所連接探測器的類型數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，信號處理單元，對來自探測器的電信號進(jìn)行處理得到處理后信號， 控制單元，用于根據(jù)探測器的類型數(shù)據(jù)、探測器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及主機(jī)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對處理后信號進(jìn)行校準(zhǔn)得到測量信號，顯示單元，用于顯示所述測量信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能輻射測量系統(tǒng)，其特征在于所述探測器是紫外輻照度探測器、光照度探測器、光亮度探測器件和輻射功率探測器中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能輻射測量系統(tǒng)，其特征在于，所述探測器存儲器為電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能輻射測量系統(tǒng)，其特征在于，所述總線為I2C總線、串口總線或USB總線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能輻射測量系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元輸出程控信號用于對信號處理單元進(jìn)行程控。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能輻射測量系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理單元進(jìn)一步包括信號放大單元，用于對來自探測器的電信號進(jìn)行放大；和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于對已放大信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到處理后信號。
7.一種用于多功能輻射測量系統(tǒng)的主機(jī)，所述測量系統(tǒng)包括該主機(jī)和至少一個分離式探測器，其特征在于，該主機(jī)包括主機(jī)接口，用于通過總線與所述多個探測器之一通信連接； 存儲器，用于存儲將主機(jī)量值溯源到國家電學(xué)量基準(zhǔn)的主機(jī)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)； 讀取單元，用于響應(yīng)主機(jī)與所述多個探測器之一的連接，讀取所連接探測器的類型數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，信號處理單元，對來自探測器的電信號進(jìn)行處理得到處理后信號， 控制單元，用于根據(jù)探測器的類型數(shù)據(jù)、探測器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及主機(jī)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對處理后信號進(jìn)行校準(zhǔn)得到測量信號，顯示單元，用于顯示所述測量信號。
8.一種用于多功能輻射測量系統(tǒng)的探測器，所述測量系統(tǒng)包括主機(jī)和至少一個所述探測器，其特征在于，每個所述探測器包括檢測單元，用于將接收的輻射轉(zhuǎn)換為電信號；探測器存儲器，用于存儲包括該探測器的類型數(shù)據(jù)和將該探測器的量值溯源到國家輻射度或光度基準(zhǔn)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)；探測器接口，用于通過總線與所述主機(jī)通信連接。
9.如權(quán)利要求8所述的用于多功能輻射測量系統(tǒng)的探測器，其特征在于，所述探測器是紫外輻照度探測器、光照度探測器、光亮度探測器件和輻射功率探測器中的一種或多種。
10.如權(quán)利要求8所述的用于多功能輻射測量系統(tǒng)的探測器，其特征在于，所述探測器存儲器為電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)芯片。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種多功能輻射測量系統(tǒng)、主機(jī)及其探測器。該系統(tǒng)包括主機(jī)和至少一個分離式探測器。每個探測器包括檢測單元，用于存儲探測器類型數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的探測器存儲器，和用于通過總線與主機(jī)通信連接的探測器接口。主機(jī)包括用于通過總線與探測器之一通信連接的主機(jī)接口，用于存儲主機(jī)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的存儲器，用于讀取探測器的類型數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的讀取單元，信號處理單元，用于根據(jù)探測器的類型數(shù)據(jù)、探測器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及主機(jī)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對處理后信號進(jìn)行校準(zhǔn)得到測量信號的控制單元，以及顯示測量信號的顯示單元。通過更換不同類型的探測器，一臺主機(jī)即可實(shí)現(xiàn)多種光輻射量測量的功能，系統(tǒng)具有很高的功能擴(kuò)充性。
文檔編號G01J1/42GK202119534SQ20112011757
公開日2012年1月18日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者劉金元 申請人:中國計(jì)量科學(xué)研究院