瞬态光谱辐射测量仪的研制

    1　引　言

    在对瞬态光源(如闪光灯、燃烧发光和爆炸光源)进行现场实时监测时,以往用于实验室光谱测量的光谱辐射计(静态)就无能为力了。以爆炸光源(某厂现场使用)为例,其光源发光强度从零变化到最高强度只需要不到1秒的时间,而其强度变化达到3~4个数量级以上;而且在其发光持续时间(>30秒)内,有三次爆炸发生。在对这样一个较长时间,光源强度极剧变化(4个数量级),要求很高数据采集频率(>10帧/秒),并且要求绝对光谱强度计量的光源进行现场实时跟踪和检测时,一种瞬态光谱辐射测量仪就应运而生了。本文就仪器设计原理,以及仪器中集成的现代光学、电子学和软件先进技术,可溯源的计量标准定标,以及现场实验,进行了记录、分析和阐述。

    2　系统设计

    2·1　系统组成框图

    瞬态光谱辐射测量仪由瞬态光谱辐射计、高速数据采集转换卡、计算机和打印机、辐照度标准灯、漫射器、仪器支架组成,方框图如1所示。

    2·2　标准光源

    标准光源经国家级计量机构检定,可溯源于国家一级光谱辐照度标准灯。

    2·3　光学系统

   通过大孔径、高清晰、短景深成像系统将被测目标会聚于光纤入孔,然后导入到平场光谱仪的入射狭缝,再与阵列CCD探测器耦合,将辐射的光谱能量分布转换成相对应的电信号。平场光谱仪,其波长范围为400~1100nm,光谱分辨率为4A,波长定标不确定度为5A,杂散辐射小于0·1%。

    2·4　探测器及前端数据处理系统

   选用电荷耦合器件(CCD)做为探测器,像元数为2048,积分时间为3~65000msec。

    采用12bit A/D,响应输出读数为0~4095,动态范围为2×108。

    与计算机接口采用标准USB接口,仪器不需要单独供电。

    2·5　计算机及软件系统

    可选用台式机或笔记本电脑,操作系统为Windows(win98,win2000,win xp),计算机必须带USB接口。

    软件为专业制作的测量软件,其开发工具为MSVisual Studio,为完全图形化的用户系统,操作方便,并有在线帮助系统;系统通过接口将数据自动导入Office办公软件中,极大方便了后期数据处理;测量数据以xls保存的同时,还以矢量图形(PDF)保存下来,并支持数据和图形打印。

     在现场被测光源实际测量中,操作人员只需点击鼠标即可,测量、计算、保存与绘图工作完全由测量软件自动进行。图2为测量软件操作界面。