專利名稱：多功能輻射測量系統和測量方法
技術領域：
本發明涉及一種多功能輻射測量系統，更具體地，本發明涉及一種包括一個主機和多個探測器的多功能輻射測量系統。
背景技術：
人們在工業生產和科研活動中，很多情況下需要對光的不同類型的輻射量進行準確測量，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，如紫外輻照度計、照度計、亮度計以及激光功率計等等。常規的光輻射計，如照度計、亮度計以及紫外輻照度計等等，都由探測器和其后的電路系統組成，其系統結構如圖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的濾光片的組成，如光照度計探測器需要配以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，與其產生的光電流在一定范圍內具有線性關系。探測器產生的電信號例如經過I/V轉換電路，被轉換成電壓信號，再經過放大電路和模數轉換(A/D轉換)電路，經由數字顯示器將結果顯示出來。光輻射計經過計量校準后量值溯源到國家相應的計量標準，便可對相應的輻射度或光度進行準確測量。普通的光輻射計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不能用來測量紫外輻照度和亮度，儀器功能缺乏擴充性。并且，普通的光輻射計，探測器和其后的電路系統是一個整體，其量值的校準是要把探測器和其電路系統作為一個整體來校準。為了提高輻射光度計的功能性，已經研發了一種配備幾個不同探測器的輻射光度計，以便實現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在一定程度了擴充了輻射光度計的功能，但探測器和主機仍然作為整體被校準，或屬于一個輻射光度計的各個探測器之間可互校準，屬于不同輻射光度計的探測器即使是相同類型輻射計上的探測器也不能互換使用。因此，需要一種主機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。
發明內容
根據本發明的多功能輻射測量系統可以解決現有技術中存在的技術問題。本發明提供一種多功能輻射測量系統，包括主機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據和將該探測器的量值溯源到國家輻射度或光度基準的校準數據的數據；探測器接口，用于通過總線與所述主機通信連接，所述主機包括
主機接口，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量值溯源到國家電學量基準的校準數據的數據；讀取單元，用于響應主機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據和校準數據，信號處理單元，對來自探測器的電信號進行處理得到處理后信號，控制單元，用于根據探測器的類型數據、探測器的校準數據以及主機校準數據，對處理后信號進行校準得到測量信號，顯示單元，用于顯示所述測量信號。優選地，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。優選地，所述探測器存儲器為電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)芯片。優選地，所述總線為I2C總線、串口總線或USB總線。優選地，所述控制單元輸出程控信號用于對信號處理單元進行程控。優選地，所述信號處理單元進一步包括信號放大單元，用于對來自探測器的電信號進行放大；和模數轉換單元，用于對已放大信號進行模數轉換得到處理后信號。進一步，本發明提供一種用于多功能輻射測量系統的主機，所述測量系統包括該主機和至少一個分離式探測器，該主機包括主機接口，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，用于存儲將主機量值溯源到國家電學量基準的主機校準數據；讀取單元，用于響應主機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據和校準數據，信號處理單元，對來自探測器的電信號進行處理得到處理后信號，控制單元，用于根據探測器的類型數據、探測器的校準數據以及主機校準數據，對處理后信號進行校準得到測量信號，顯示單元，用于顯示所述測量信號。更進一步，本發明提供一種用于多功能輻射測量系統的探測器，所述測量系統包括主機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據和將該探測器的量值溯源到國家輻射度或光度基準的校準數據的數據；探測器接口，用于通過總線與所述主機通信連接。再進一步，本發明提供一種如上所述輻射測量系統的測量方法，該方法包括以下初始化步驟，通過總線將主機接口與所述至少一個探測器之一的探測器接口連接，主機響應所述連接從探測器存儲器讀取包括該探測器的類型數據和探測器校準數據的數據，所述主機根據探測器的類型數據選擇單位和量程。優選地，該方法進一步包括以下步驟，
所述探測器感應輻射并產生電信號，主機對來自探測器的電信號進行放大和模數轉換得到處理后信號，控制單元根據探測器的類型數據、探測器的校準數據和主機校準數據，對處理后信號進行校準得到測量信號，以及顯示所述測量信號。如上所述，本發明提出了一種具有可靈活擴充測量儀器功能性的輻射測量系統。 該輻射測量系統的主機和探測器采用分離式設計，探測器內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據以及將探測器量值溯源到國家計量標準的探測器校準數據等的信息；主機同樣包括存儲器，用于存儲將量值溯源到國家電學量基準的電學量校準數據。通過借助總線將探測器與主機進行接口連接，主機讀取探測器存儲器里的數據，從而自動識別探測器類型并使其成為相應類型的測量儀器。例如，當主機與光照度探測器進行連接，該測量系統即成為一臺光照度計；當主機與紫外輻照度探測器連接，即成為一臺紫外輻照度計等等。主機與一般的電流計類似，其接收來自探測器的電信號，對電信號進行處理，并將處理后的測量信號的量值溯源到國家電學量基準。本發明的輻射測量系統主要包括主機和至少一個探測器，其中，主機包括I/V轉換電路、放大電路和A/D轉換；探測器包括輻射光探測器件，用于將不同種被測輻射光轉換為輸入電信號；探測器與主機為分離式設計，主機可以通過接口連接和更換不同探測器； 主機中設有控制單元，例如中央微處理器(MCU)；探測器中設有探測器存儲器，用于存儲探測器類型數據與校準數據；MCU通過總線從探測器存儲芯片中讀取探測器類型數據與校準數據，實現主機與探測器的初始化和獨立校準。儀器在開機時，完成初始化。探測器存儲芯片通過總線與主機的控制芯片(MCU) 進行連接。儀器完成上電初始化后，首先由主機的MCU向探測器存儲芯片發送握手信號，如成功，則在存儲芯片特定的地址讀取探測器類型數據，由類型數據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數據。最后程序就轉入測量主程序完成測量功能。通過采用探測器和儀器主機分離式設計，探測器類型和校準等數據存儲在探測器存儲芯片里，測量系統的主機進行電學量校準，校準數據儲存在儀器主機里，探測器和主機借助數據總線通過接口進行連接，主機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，一臺主機即可實現多種光輻射量測量的功能，測量系統具有很高的功能擴充性； 并且由于測量系統僅需要更換不同的探測器就可實現不同類型和不同強度輻射的測量，因此在需要同時測量不同類型的輻射量的場合，具有比較高的便攜性。
下面將結合附圖并參照本發明的優選實施例對本發明的特征和優點進行詳細說明，其中圖1為普通光輻射計系統結構圖；圖2為本發明的多功能輻射測量系統中探測器結構示意圖；圖3為本發明的多功能輻射測量系統中主機的結構示意圖；圖4為本發明的多功能輻射測量系統中探測器和主機連接狀態的示意圖5為本發明的多功能輻射測量系統的主機和探測器連接初始化步驟的流程圖。圖6為本發明的多功能輻射測量系統的測量步驟的流程圖。
具體實施例方式本發明的多功能輻射測量系統包括一個主機和多個分離式的可與主機通信連接的探測器。圖2為本發明的多功能輻射測量系統中探測器100的結構示意圖。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生電信號，例如電流信號或者電壓信號。檢測單元110產生的電信號的大小和接收到的光輻射的量在一定范圍內成正比關系。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ν( 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來進行對響應度進行校準的校準數據，校準數據的單位lx/A。探測器存儲器為電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)芯片。在本實施例中選用AT24C08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據。探測器接口 130用于通過總線與主機通信連接。該總線可以是I2C總線、串口總線或USB總線。圖3為本發明多功能輻射測量系統中主機200的結構示意圖。主機200包括主機接口 210，主機存儲器220，讀取單元230，信號處理單元M0，控制單元250和顯示單元沈0。 主機接口 210用于通過總線與探測器100通信連接。主機存儲器220用于存儲將主機的量值溯源到國家電學量基準的校準數據。讀取單元230用于響應主機與探測器的通信連接從探測器存儲器120讀取有關探測器類型的數據和校準信號。信號處理單元240通常包括I/ V轉換單元M2，放大單元244和A/D轉換單元M6，用于對來自探測器的電信號進行處理得到處理后信號。信號處理單元240例如MCU的結構和功能對于本領域技術人員來說是已知的，這里不再贅述。控制單元250用于根據從探測器存儲器120讀取的探測器類型數據確定探測器類型，選擇與探測器類型相應的單位和量程，并根據從探測器存儲器120讀取的校準數據和來自主機存儲器220的校準數據，對處理后信號進行校準以便其量值溯源到國家電學量基準的測量數據。該測量數據被輸出給顯示單元260進行顯示。圖4為本發明多功能輻射測量系統中主機和探測器之一的連接狀態示意圖。如圖4所示，主機200通過例如1 總線和一個探測器100連接，構成一個輻射測量系統。測量系統在開機時實現其初始化。圖5示出本發明多功能輻射測量系統的初始化步驟的流程圖。探測器和主機分別通電后，首先，主機200的控制單元250確認探測器100的連接，步驟510 ；響應該連接，讀取單元230從探測器存儲器120讀取探測器類型數據和校準數據， 步驟520。例如由主機200的控制單元250向探測器發送握手信號，如成功，則讀取單元從 230從探測器存儲器120讀取探測器類型數據和校準數據。控制單元250根據讀取的探測器類型數據選擇合適的顯示單位和量程，即將該測量系統識別為該探測器類型所確定的測量系統，步驟530，由此完成該測量系統的初始化。主機200的隨后測量系統進入測量程序執行測量功能。如果在步驟510主機200未能檢測到與探測器100的連接，或在步驟520 主機未能從探測器讀取到數據，顯示單元260將顯示錯誤信息，步驟M0。
圖6為本發明的多功能輻射測量系統的測量步驟的流程圖。在測量階段，探測器 100的檢測單元110感應輻射產生電信號，步驟610。電信號經探測器的接口通過1 總線輸出給主機200。信號處理單元240對來自探測器的電信號進行處理。例如，如果需要，諸如在控制單元250的程控下，電信號經I/V轉換單元242的轉換，步驟620，放大單元244的放大，步驟630，和A/D轉換單元的轉換，步驟640，得到處理后的數字信號x，并將該處理后信號χ輸出至控制單元250。控制單元250根據來自探測器100的探測器校準數據a和來自存儲器220的主機校準數據b，根據下述公式(1)對處理后信號χ進行校準得到測量信號 y,步驟650，由顯示單元260進行顯示，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數據的單位為“W/ A”(瓦/安培)，光照度探測器的單位為“lx/A” (勒克斯/安培)等；b的單位為“安培/測量數據”，由此實現測量系統對輻射的測量。以上參照附圖并結合優選實施例對本發明的技術方案進行了詳細說明。應當理解，說明書的實例是示意性的而非限制性的。本領域技術人員通過閱讀本發明說明書，可以對本發明實施例進行修改和變型而不超出本發明的范圍。本發明的保護范圍僅由隨附權利要求決定。
權利要求
1.一種多功能輻射測量系統，包括主機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據和將該探測器的量值溯源到國家輻射度或光度基準的校準數據的數據；探測器接口，用于通過總線與所述主機通信連接， 所述主機包括主機接口，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量值溯源到國家電學量基準的校準數據的數據； 讀取單元，用于響應主機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據和校準數據，信號處理單元，對來自探測器的電信號進行處理得到處理后信號， 控制單元，用于根據探測器的類型數據、探測器的校準數據以及主機校準數據，對處理后信號進行校準得到測量信號，顯示單元，用于顯示所述測量信號。
2.根據權利要求1所述的多功能輻射測量系統，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.根據權利要求1所述的多功能輻射測量系統，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.根據權利要求1所述的多功能輻射測量系統，其特征在于，所述總線為I2C總線、串口總線或USB總線。
5.根據權利要求1所述的多功能輻射測量系統，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行程控。
6.根據權利要求1所述的多功能輻射測量系統，其特征在于，所述信號處理單元進一步包括信號放大單元，用于對來自探測器的電信號進行放大；和模數轉換單元，用于對已放大信號進行模數轉換得到處理后信號。
7.一種用于多功能輻射測量系統的主機，所述測量系統包括該主機和至少一個分離式探測器，該主機包括主機接口，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，用于存儲將主機量值溯源到國家電學量基準的主機校準數據； 讀取單元，用于響應主機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據和校準數據，信號處理單元，對來自探測器的電信號進行處理得到處理后信號， 控制單元，用于根據探測器的類型數據、探測器的校準數據以及主機校準數據，對處理后信號進行校準得到測量信號，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的探測器，所述測量系統包括主機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據和將該探測器的量值溯源到國家輻射度或光度基準的校準數據的數據；探測器接口，用于通過總線與所述主機通信連接。
9.一種用于權利要求1所述輻射測量系統的測量方法，其特征在于該方法包括以下初始化步驟，通過總線將主機接口與所述至少一個探測器之一的探測器接口連接， 主機響應所述連接從探測器存儲器讀取包括該探測器的類型數據和探測器校準數據的數據，所述主機根據探測器的類型數據選擇單位和量程。
10.如權利要求9所述的測量方法，其特征在于，該方法進一步包括以下步驟， 所述探測器感應輻射并產生電信號，主機對來自探測器的電信號進行放大和模數轉換得到處理后信號， 控制單元根據探測器的類型數據、探測器的校準數據和主機校準數據，對處理后信號進行校準得到測量信號，以及顯示所述測量信號。
全文摘要
本發明提供一種多功能輻射測量系統和方法。該系統包括主機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據和校準數據的探測器存儲器，和用于通過總線與主機通信連接的探測器接口。主機包括用于通過總線探測器之一通信連接的主機接口，用于存儲將主機量值溯源到國家電學量基準的主機校準數據的存儲器，用于讀取探測器的類型數據和校準數據的讀取單元，信號處理單元，用于根據探測器的類型數據、探測器的校準數據以及主機校準數據，對處理后信號進行校準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，一臺主機即可實現多種光輻射量測量的功能，系統具有很高的功能擴充性。
文檔編號G01J1/42GK102261951SQ201110099438
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月20日 優先權日2011年4月20日
發明者劉金元 申請人:中國計量科學研究院