CN110987372B - 一种紫外成像仪灵敏度的检测***及方法 - Google Patents

一种紫外成像仪灵敏度的检测***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种紫外成像仪灵敏度的检测***及方法。本发明的检测***包括光源、衰减片、积分球和光功率计；所述的光源为光强可调紫外光源；所述的衰减片与积分球组成衰减***；所述的积分球设有入光孔、第一出光孔和第二出光孔，所述的入光孔处放置光源，第二出光孔处放置光功率计；所述的入光孔上放置第一衰减片，第一出光孔上放置第二衰减片；光源信号通过第一衰减片后进入积分球，在积分球内再次衰减后射出，经第二衰减片后进入待测设备。本发明实现了紫外成像仪最低探测灵敏度的精确检测。本发明利用积分球均匀光源的特性，可以避免衰减片叠加使用过程中造成的光衰减不定量、衰减后光强分布不均匀等问题。

Description

一种紫外成像仪灵敏度的检测***及方法
技术领域
本发明属于紫外成像仪的检测领域，具体地说是一种紫外成像仪灵敏度的检测***及方法。
背景技术
紫外成像仪灵敏度的检测需要极微弱的信号，一般通过使用衰减片来实现信号的衰减。常见衰减片分为透射式衰减片和反射式衰减片：透射式衰减片衰减系数有限，不适于极微弱信号的***；反射式衰减片衰减系数较大，但如需过获得极微信的信号，则需要将衰减片叠加使用。衰减片叠加使用可以衰减信号，但衰减幅度不可连续调节；此外，衰减片叠加的使用方式，使得光源经衰减片衰减后存在衰减不定量、光强分布不均匀等问题。
中国专利申请号201710744780公开了一种日盲紫外相机检测灵敏度测试***及测试方法，在该专利文献中，前端光源使用激光泵浦宽带光源、双级联单色仪、积分球等产生单色紫外光源；中间通过衰减片对光源进行衰减；后端通过串口读取光子数。该***灵敏度计算方式为：通过寻找暗环境和亮环境条件下光子数相等的方式，来等效评估待测设备灵敏度。
该方案前端***对设备要求高；中间用了衰减片叠加的方式实现光源信号的衰减。衰减片有一定的衰减系数，但衰减幅度不可连续调节，且***测试时需要反复更换衰减片，增加了实际操作的难度。
中国专利公告号CN105388610B公开了一种连续可调光强的光衰减装置，该专利提到一种利用积分球组进行信号衰减的装置，但该专利使用多个积分球进行组合的方式实现光源调节。使用积分球组进行信号衰减，一方面积分球加工成本提高；另一方面，多个积分球的组合，使得整个测试***体积较大。
此外，为了避免衰减片叠加使用时的相互干扰，有方案将衰减片以一定的角度倾斜放置实现***信号衰减，使用该倾斜放置的方式虽然可以一定程度上减小衰减片之间的相互干扰，但后会对衰减片标称的衰减性能产生影响。
综述，上述现有技术存在的问题如下：
1.目前，紫外成像仪灵敏度检测方案有限：紫外光灵敏度检测要求检测信号达到光子量级，对检测光源和计量设备要求较高，普通光源与计量设备难以实现，计量结果难以计量和溯源。
2.现有方案中，有利用叠加反射式衰减片的方式进行信号衰减的方案，该方案可以实现信号的衰减，但衰减幅度不可连续调节，且衰减片叠加使用，容易相互干扰，造成光衰减不定量、衰减后光强分布不均匀等缺点。
3.现有方案中，有利用积分球组实现信号衰减的方案，积分球组加工成本高、组合使用***体积较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种紫外成像仪灵敏度的检测***及方法，本发明先通过衰减片与积分球组合进行信号衰减，再通过可调紫外光源对信号强度进行微调，实现紫外光最小灵敏度的精确检测。本方案，光源经***衰减后，强度均匀、稳定，衰减幅度连续可调，检测结果可计量。
为此，本发明采用的技术方案如下：一种紫外成像仪灵敏度的检测***，其包括光源、衰减片、积分球和光功率计；
所述的光源为光强可调紫外光源；
所述的衰减片与积分球组成衰减***；
所述的积分球设有入光孔、第一出光孔和第二出光孔，所述的入光孔处放置光源，第二出光孔处放置光功率计；
所述的入光孔上放置第一衰减片，第一出光孔上放置第二衰减片；光源信号通过第一衰减片后进入积分球，在积分球内再次衰减后，经第二衰减片后进入待测设备。
作为上述检测***的补充，通过改变工作电流对光源强度进行调节，或在光源前设置可调光阑或小孔对光源强度进行调节，或者两者结合的方式对光源强度进行调节。当光源通过衰减***后满足功率计检测要求，再可通过调节光源强度，对信号强度进行精准调节，实现紫外设备灵敏度的精确检测。
作为上述检测***的补充，所述的光源采用紫外LED。
作为上述检测***的补充，所述的光功率计为光子计数器。
本发明利用光功率计检测积分球内的光源信号的强度。本发明利用积分球均匀光源，使得积分球的两个出光孔的信号强度相同，可以避免前端衰减片叠加使用过程中造成的光衰减不定量、衰减后光强分布不均匀等问题。
本发明通过衰减***对光源信号进行大范围调节，光源自身对光源信号进行精确调节，实现了紫外成像仪最低探测灵敏度的精确检测。
作为上述检测***的补充，所述的入光孔和第一出光孔上都设置卡环，所述的卡环用于安装衰减片；第一衰减片不少于一片，第二衰减片只含有一片衰减片。
根据衰减范围与测试需求，如果信号经第一衰减片和积分球衰减后满足测试要求，则第一出光孔后直接放置待测设备；如果信号经第一衰减片和积分球衰减后，信号强度没有满足测试需求，可在第一出光孔后再放置第二衰减片，直至衰减强度满足测试要求。
作为上述检测***的补充，所述衰减片的衰减密度(也称衰减系数)为1OD、2OD或3OD。
作为上述检测***的补充，通过衰减***对光源信号进行大范围调节，使光源信号的功率/辐射照度在10-12至10-20W/cm2之间；再通过调节紫外光源强度，使信号的功率/辐射照度在上述基础上再调节1-3个量级，以此实现对信号的精确调节。
本发明利用上述检测***的检测方法，其包括步骤：
1)开启光源，先布置第一衰减片，光功率计同时检测信号强度，使信号强度在光功率计可检测范围内；
2)待信号稳定后，将待测设备放置于检测***的第一出光孔处，观测待测设备，是否有信号：
a.如无信号，减小第一衰减片衰减系数，直至有信号输出，同时使信号强度在光功率计可检测范围内，再调节光源强度，直至设备对该信号刚好响应，记录此时光功率计光强W，此时光源调节系数k；
b.如有信号，且检测到的信号强度过强，则增大第一衰减片衰减系数，同样使信号强度在光功率计可检测范围内，再调节光源强度，直至设备对该信号刚好响应，记录此时光功率计光强W，此时光源调节系数k；
根据下面计算方式，计算获取该待测设备的最低探测灵敏度数值：
Figure GDA0002386394860000031
Emin—紫外光检测灵敏度，以瓦每平方厘米为单位表示；
W—光功率计检测发光功率，单位为瓦，根据光子计数器检测到的光子数计算所得；
d—光功率计的感光面直径，单位为cm；
k-光源调节系数；
3)如待测设备灵敏度小于10-17W/cm2，即最小灵敏度小于光功率计可检测的最小量程，则调整第一衰减片，使信号强度在光功率计可检测范围内，再在第一出光孔布置第二衰减片，再通过调节光源强度，对信号强度微调，直至设备对该信号的刚好响应，记录此时光功率计光强W、第二衰减片衰减密度x，光源调节系数k；
根据下面计算方式，计算获取该待测设备的最低探测灵敏度数值：
Figure GDA0002386394860000041
Emin—紫外光检测灵敏度，以瓦每平方厘米为单位表示；
W—光功率计检测发光功率，单位为瓦，根据光子计数器检测到的光子数计算所得；
d—光功率计的感光面直径，单位为cm；
x—第二衰减片衰减密度，单位为OD；
k-光源调节系数；
4)其中光子计数器检测的发光功率W，根据光子计数器每秒检测的光子数和波长计算得出：
Figure GDA0002386394860000042
N为光子数器每秒检测到的光子数，η为光子计数器检测效率，h为普朗克常量，c为光速，λ为检测光的波长；
5)通过对比暗室中的光子数，验证此时信号强度是否满足最低灵敏度检测要求。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明可以实现光源信号的准确衰减，检测数据可以溯源；
2.本发明利用衰减片和积分球组合进行光源信号衰减，避免了单使用衰减片叠加方式造成的信号衰减不均、不定量等缺点；
3.本发明使用积分球和衰减片组成衰减***实现信号的大范围衰减，用可调光源实现信号的精准调节；
4.本发明包含一个光功率计，使得衰减的信号强度可被计量检测，满足市场使用需求；
5.本发明只使用一个积分球，衰减***组成简单，体积小，便于普及。
附图说明
图1为本发明紫外成像仪灵敏度的检测***的原理框图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种紫外成像仪灵敏度的检测***，如图1所示，包括光源1、衰减片、积分球2和光功率计3，所述的衰减片与积分球组成衰减***。
所述的光源1为光强可调紫外光源。所述的光源，通过改变工作电流对光源强度进行调节，所述的光源采用紫外LED。
所述的积分球2设有入光孔21、第一出光孔22和第二出光孔23，所述的入光孔21处放置光源1，第一出光孔22处放置待测设备4，第二出光孔23处放置光功率计3。
所述的入光孔21上设置卡环，所述的卡环用于安装第一衰减片5。第一出光孔22上也设置卡环，用于安装第二衰减片6。光源信号通过第一衰减片5后进入积分球2，在积分球2内再次衰减后射出，经第二衰减片6后进入待测设备4。
所述第一衰减片5不只一片衰减片，可以是多片衰减片组合，所述第二衰减片6只含有一片衰减片。
所述衰减片的衰减密度为1OD、2OD或3OD。
所述方案通过衰减***对光源信号进行大范围调节，使光源信号的功率/辐射照度在10-12至10-20W/cm2之间；通过调节光源强度，使信号的再上述基础上再调节1-3个量级，并实现对光源信号进行精确调节。
实施例2
本实施例提供一种利用实施例1所述检测***进行的方法，其包括步骤：
1)开启光源，先布置第一衰减片，光功率计同时检测信号强度，使信号强度在光功率计可检测范围内；
2)待信号稳定后，将待测设备放置于检测***的第一出光孔处，观测待测设备，是否有信号：
a.如无信号，减小第一衰减片衰减系数，直至有信号输出，同时使信号强度在光功率计可检测范围内，再调节光源强度，直至设备对该信号刚好响应,记录此时光功率计光强W，此时光源调节系数k；
b.如有信号，且检测到的信号强度过强，则增大第一衰减片衰减系数，同样使信号强度在光功率计可检测范围内，再调节光源强度，直至设备对该信号刚好响应,记录此时光功率计光强W，此时光源调节系数k；
根据下面计算方式，计算获取该待测设备的最低探测灵敏度数值：
Figure GDA0002386394860000061
Emin—紫外光检测灵敏度，以瓦每平方厘米为单位表示；
W—光功率计检测发光功率，单位为瓦，根据光子计数器检测到的光子数计算所得；
d—光功率计的感光面直径，单位为cm；
k-光源调节系数。
3)如待测设备灵敏度小于10-17W/cm2，即最小灵敏度小于光功率计可检测的最小量程，则调整第一衰减片，使信号强度在光功率计可检测范围内，再在第一出光孔22布置第二衰减片，再通过调节光源强度，对信号强度微调，直至设备对该信号的刚好响应，记录此时光功率计光强W、第二衰减片衰减密度x，光源调节系数k；
根据下面计算方式，计算获取该待测设备的最低探测灵敏度数值：
Figure GDA0002386394860000062
Emin—紫外光检测灵敏度，以瓦每平方厘米为单位表示；
W—光功率计检测发光功率，单位为瓦，根据光子计数器检测到的光子数计算所得；
d—光功率计的感光面直径，单位为cm；
x—第二衰减片衰减密度，单位为OD；
k-光源调节系数。
4)其中光子计数器检测的发光功率W，根据光子计数器每秒检测的光子数和波长计算得出：
Figure GDA0002386394860000063
N为光子数器每秒检测到的光子数，η为光子计数器检测效率，h为普朗克常量，c为光速，λ为检测光的波长。
5)通过对比暗室中的光子数，验证此时信号强度是否满足最低灵敏度检测要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种紫外成像仪灵敏度的检测方法，其特征在于，其采用的检测***包括光源(1)、衰减片、积分球(2)和光功率计(3)；
所述的光源(1)为光强可调紫外光源；
所述的衰减片与积分球组成衰减***；
所述的积分球(2)设有入光孔(21)、第一出光孔(22)和第二出光孔(23)，所述的入光孔(21)处放置光源(1)，第二出光孔(23)处放置光功率计(3)；
所述的入光孔(21)上放置第一衰减片(5)，第一出光孔(22)上放置第二衰减片(6)；光源信号通过第一衰减片后进入积分球，在积分球内再次衰减后，经第二衰减片后进入待测设备；
上述检测***的检测方法包括步骤：
1)开启光源，先布置第一衰减片，光功率计同时检测信号强度，使信号强度在光功率计可检测范围内；
2)待信号稳定后，将待测设备放置于检测***的第一出光孔处，观测待测设备，是否有信号：
a.如无信号，减小第一衰减片衰减系数，直至有信号输出，同时使信号强度在光功率计可检测范围内，再调节光源强度，直至设备对该信号刚好响应,记录此时光功率计光强W，此时光源调节系数k；
b.如有信号，且检测到的信号强度过强，则增大第一衰减片衰减系数，同样使信号强度在光功率计可检测范围内，再调节光源强度，直至设备对该信号刚好响应,记录此时光功率计光强W，此时光源调节系数k；
根据下面计算方式，计算获取该待测设备的最低探测灵敏度数值：
Figure FDA0003156948180000011
Emin—紫外光检测灵敏度，以瓦每平方厘米为单位表示；
W—光功率计检测发光功率，单位为瓦，根据光子计数器检测到的光子数计算所得；
d—光功率计的感光面直径，单位为cm；
k-光源调节系数；
3)如待测设备灵敏度小于10-17W/cm2，即最小灵敏度小于光功率计可检测的最小量程，则调整第一衰减片，使信号强度在光功率计可检测范围内，再在第一出光孔(22)布置第二衰减片，再通过调节光源强度，对信号强度微调，直至设备对该信号的刚好响应，记录此时光功率计光强W、第二衰减片衰减密度x，光源调节系数k；
根据下面计算方式，计算获取该待测设备的最低探测灵敏度数值：
Figure FDA0003156948180000021
Emin—紫外光检测灵敏度，以瓦每平方厘米为单位表示；
W—光功率计检测发光功率，单位为瓦，根据光子计数器检测到的光子数计算所得；
d—光功率计的感光面直径，单位为cm；
x—第二衰减片衰减密度，单位为OD；
k-光源调节系数；
4)其中光子计数器检测的发光功率W，根据光子计数器每秒检测的光子数和波长计算得出：
Figure FDA0003156948180000022
N为光子数器每秒检测到的光子数，η为光子计数器检测效率，h为普朗克常量，c为光速，λ为检测光的波长；
5)通过对比暗室中的光子数，验证此时信号强度是否满足最低灵敏度检测要求。
2.根据权利要求1所述的一种紫外成像仪灵敏度的检测方法，其特征在于，通过改变工作电流对光源强度进行调节，或在光源前设置可调光阑或小孔对光源强度进行调节，或者两者结合的方式对光源强度进行调节。
3.根据权利要求2所述的一种紫外成像仪灵敏度的检测方法，其特征在于，所述的光源采用紫外LED。
4.根据权利要求1所述的一种紫外成像仪灵敏度的检测方法，其特征在于，所述光功率计为光子计数器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种紫外成像仪灵敏度的检测方法，其特征在于，所述的入光孔和第一出光孔上都设置卡环，所述的卡环用于安装衰减片；第一衰减片不少于一片，第二衰减片只含有一片衰减片。
6.根据权利要求5所述的一种紫外成像仪灵敏度的检测方法，其特征在于，所述衰减片的衰减密度为1OD、2OD或3OD。
7.根据权利要求1-4任一项所述的一种紫外成像仪灵敏度的检测方法，其特征在于，通过衰减***对光源信号进行大范围调节，使光源信号的功率/辐射照度在10-12至10-20W/cm2之间；再通过调节紫外光源强度，使信号的功率/辐射照度在上述基础上再调节1-3个量级，以此实现对信号的精确调节。
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