專利名稱：光電測量儀器響應時間的測量方法
技術領域：
本發明屬于光電測試領域，特別是一種光電測量儀器響應時間的測量方法。
背景技術：
在光電測試領域，光電測量儀器接受光輻射，通過探測器將光強度信號轉化為電 信號，并對其做進一步的處理并輸出。響應時間是描述光電探測器對入射輻射響應快慢的 重要參數，在調制光信號和快速光脈沖測量的場合需要首先考慮，直接關系到儀器測量結 果的正確性，是測量儀器非常重要的技術指標。而光電測量儀器由于自身的專用性能，輸出 結果不適合做響應時間測量。目前測量響應時間的技術有利用聲光調制器做光開關測量探 測器的響應時間，然而只適合做探測器元件級的響應時間測量，而不便靈活用于儀器的響 應時間測量。
發明內容
本發明的目的在于提供一種能夠在光電測量儀器正常工作時，實時測量儀器的響 應時間，而不影響儀器的正常工作的測量方法。實現本發明目的的技術解決方案為一種光電測量儀器響應時間的測量方法，光 電測量儀器包括入射光學系統、光電探測器、信號處理電路、輸入輸出模塊和外部接口，入 射光學系統接收外部光輻射，并將其會聚與光電探測器靶面，光電探測器將光信號轉換為 電信號，信號處理電路對電信號做進一步的處理，并將分析結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時間測量功能模塊，該響應時間測 量功能模塊包括光電二極管及其信號處理電路、光強比較判斷子模塊和響應脈沖輸出子模 塊，光電二極管用于儀器響應時間測量，測量過程中，與光電探測器并置，測量方向一致，并 位于光學入射光學系統，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時間，即光電二極管輸出電平脈沖，作為響應時間測量 的零時刻基準，光電二極管輸出信號經放大、濾波處理后由輸出端口輸出脈沖，光強判斷模 塊中用戶設定電平脈沖輸出觸發強度，然后持續監測測量光強，光強比較判斷子模塊對采 集的光電信號與用戶設定的觸發光強閾值比較、判斷，當光強超過用戶設定閾值，達到觸發 電平后，判定滿足條件，調用輸出函數，通過響應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時間。本發明與現有技術相比，其顯著優點(1)通過輸入是否輸出響應脈沖、觸發光強 靈活的配置響應時間測量，利用光電測量儀器現有的輸出端口，在測量程序中嵌入光強判 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，獲得儀器測量響應時間，具有方便、快 速、精確度高。下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
圖1是本發明的組成原理圖。圖2是本發明的測量原理示意圖。圖3是本發明測量模塊程序流程圖。
具體實施例方式結合圖1，本發明光電測量儀器響應時間的測量方法，包括以下步驟1. 1光電測量儀器一般由入射光學系統、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，入射光學系統接收外部光輻射，并將其會聚與探測器靶面，探測 器將光信號轉換為電信號，信號處理電路對電信號做進一步的處理，并將分析結果顯示，外 部接口用于輸出測量信息。1.2本發明提出利用光電測量儀器的內部軟、硬件資源，嵌入一響應時間測量功能 模塊。該功能模塊包括光電二極管及其信號處理電路、光強比較判斷子模塊、響應脈沖輸出 子模塊幾部分構成。光電二極管響應速度快，響應時間可達皮秒量級，相對于光電測量儀器 來說，其響應時間近似忽略，輸出脈沖可作為光電測量儀器響應時間的零時刻基準。光強判 斷模塊根據用戶設定閾值，對測量光強進行判斷以輸出響應脈沖。光電二極管與測量儀器 主探測器對統一光脈沖的響應時間差，即可認為是測量儀器的響應時間。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，僅用于儀器響應時間測量，與主探測器測 量方向一致，但位于光學入射系統之外，從而不影響整個儀器的測量。光電二極管輸出信號 經放大、濾波處理后由專門的輸出端口輸出，便于外部測量。系統測量軟件讀取經過AD后的光強度信號，并對其做進一步的處理，完成測量儀 器的主要測量功能。嵌入響應時間測量功能模塊，對儀器主測量軟件中獲得的測量光強度 信號進行判斷，然后輸出響應脈沖。光強比較判斷子模塊對采集的光電信號與用戶設定的觸發光強閾值比較、判斷， 達到觸發電平后即通過響應脈沖輸出子模塊(即串口、并口、USB、以太網口)等現有外部接 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 儀器響應時間。測量過程中光強比較判斷子模塊對采集光電信號強度進行判斷，達到觸發電平后 即通過RS232、并口等暴露接口輸出一電平脈沖，供測量使用。此電平脈沖結合快速響應光 電二極管配合高速示波器來測量儀器響應時間。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時間。如某日盲紫外光譜輻射計工作波長MOnm ^Onm，探測靈敏度可達10_14W/cm2，要 求響應時間小于0. 1ms，采用主機加探頭的分體式結構，輻射計主探測器采用光電倍增管。 為了能夠方便的測量響應時間，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入射系統之外，不影響正常測量。光電二極管采用S2386-8K，響應 時間為10_8秒。光電二極管輸出經集成運放發大，響應時間降低為2. 5X ΙΟ"6秒，遠小于輻射計響應時間，近似忽略。在輻射計測量軟件嵌入光強判斷和測量響應輸出代碼，利用儀器 現存的串口輸出相應脈沖。測量時將輻射計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，測量輻射計響應輸出，測量響應時間為0. 08ms。1. 3首先對光源進行調制獲得脈沖光供測量使用，根據測量儀器特性的差異，選擇 調制脈沖寬度。測量儀器設置成響應時間測量模式，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，作為響應時間測量的零時刻基準。光強判斷模 塊中用戶設定電平脈沖輸出觸發強度，然后持續監測測量光強，當光強超過用戶設定閾值， 即判定滿足條件(達到觸發水平)，調用輸出函數(串口、并口、USB 口輸出函數)，從測量 儀器暴露端口(串口、并口、USB 口)輸出單個電平脈沖。輸出函數與硬件高度相關，但提 供統一的用戶接口，其具體實現因端口而異。用高速示波器測量光電二極管與光強判斷模 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時間。結合圖2和圖3，首先設置儀器成響應時間測量模式，用戶界面接收用戶輸入，設 置觸發脈沖產生的光強度閾值。然后測量模塊監控采集數據值，當發現入射光強超過用戶 設定值后，立即觸發電平脈沖，調用輸出函數，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時間。
權利要求
1. 一種光電測量儀器響應時間的測量方法，其特征在于光電測量儀器包括入射光學系 統、光電探測器、信號處理電路、輸入輸出模塊和外部接口，入射光學系統接收外部光輻射， 并將其會聚與光電探測器靶面，光電探測器將光信號轉換為電信號，信號處理電路對電信 號做進一步的處理，并將分析結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時間測量功能模塊，該響應時間測量功能模塊包括光電二極管及 其信號處理電路、光強比較判斷子模塊和響應脈沖輸出子模塊，光電二極管用于儀器響應 時間測量，測量過程中，與光電探測器并置，測量方向一致，并位于光學入射光學系統，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 的響應時間，即光電二極管輸出電平脈沖，作為響應時間測量的零時刻基準，光電二極管輸 出信號經放大、濾波處理后由輸出端口輸出脈沖，光強判斷模塊中用戶設定電平脈沖輸出 觸發強度，然后持續監測測量光強，光強比較判斷子模塊對采集的光電信號與用戶設定的 觸發光強閾值比較、判斷，當光強超過用戶設定閾值，達到觸發電平后，判定滿足條件，調用 輸出函數，通過響應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 器響應時間。
全文摘要
本發明公開了一種光電測量儀器響應時間的測量方法，首先對光源進行調制獲得脈沖光供測量使用，根據測量儀器特性的差異，選擇調制脈沖寬度。測量儀器設置成響應時間測量模式，開始測量。當被測光強達到觸發水平，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時間。本發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 優先權日2009年11月3日
發明者孫守軍, 朱文星 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所