【摘要】：光照度計(jì)是一種用于測量光度、亮度的儀表儀器,可實(shí)現(xiàn)輻射光、雜散光等的定量測量。無論是公共場所的光照標(biāo)定、農(nóng)業(yè)植物光照探測,還是軍用夜視試驗(yàn)、逆反射材料試驗(yàn)、車燈故障檢測和實(shí)驗(yàn)研究等方面,光照度計(jì)都具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本文針對雜散光的實(shí)時(shí)測量需求,提出設(shè)計(jì)一臺(tái)用于光通量測量的智能光照度計(jì),以實(shí)現(xiàn)5×10-6-2×1041x的大動(dòng)態(tài)光通量的實(shí)時(shí)、快速測量。系統(tǒng)選用高靈敏度的光電倍增管(H6780-03)作為光探測器以實(shí)現(xiàn)微弱的5×10-6lx光通量的測量;設(shè)計(jì)雙衰減片構(gòu)建的光學(xué)處理系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍光通量的測量需求;選用用高響應(yīng)度的可編程控制器FPGA作為核心處理單元以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的快速處理以及光通量測量范圍的智能控制。論文的工作主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是大動(dòng)態(tài)范圍光通量測量的技術(shù)實(shí)現(xiàn),二是光通量智能測量的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。對于大動(dòng)態(tài)范圍光通量的測量,系統(tǒng)選用兩片中性衰減片并進(jìn)行邏輯組合設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)10個(gè)數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)光通量的測量。ZEMAX仿真結(jié)果表明,基于雙衰減片構(gòu)建的光學(xué)處理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)5×10-6-2×104 lx范圍內(nèi)光通量的測量。對于光通量的智能測量,系統(tǒng)選用FPGA作為中心處理單元,將光電倍增管光電轉(zhuǎn)換的信號(hào),經(jīng)過放大和數(shù)據(jù)采樣、降噪處理,完成量程智能切換和多顯示模式下的快速動(dòng)態(tài)刷新顯示功能。論文搭建了智能光照度計(jì)的原型機(jī),并利用原型機(jī)進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)測量。測量結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的智能光照度計(jì)實(shí)現(xiàn)了大動(dòng)態(tài)范圍光通量測量的量程智能切換,以及光電流、光照度、光通量等不同模式的快速動(dòng)態(tài)刷新顯示。
【圖文】：

780,380( )d v m eK V （光度學(xué)中光輻射通量e對人眼引起視覺強(qiáng)度的光通量。由于大部分光源用于照明，通常以人眼來評(píng)定光源的照明程度。所以光源照明特于人眼視覺的光學(xué)參數(shù)量定標(biāo)，因此光度量只有在光譜的可見波段(380-780 nm。光照度計(jì)是一種測量光能量的儀器儀表，即測量物體表面被照明程度。不但是測度量的一種工具，而且還是光電檢測系統(tǒng)的重要表現(xiàn)形式，隸屬于光電檢測系統(tǒng)典型的光電儀器包括精密機(jī)械、光學(xué)系統(tǒng)、光電傳感器、電信號(hào)處理系統(tǒng)、輸出等環(huán)節(jié)，組成光機(jī)電的綜合系統(tǒng)，如圖 2-1 所示。其中，光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將具有信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)光電檢測系統(tǒng)的基本功能。隨著自動(dòng)化信息技術(shù)的檢測系統(tǒng)開始朝自動(dòng)化光電系統(tǒng)發(fā)展，將光系統(tǒng)通過光電檢測器件轉(zhuǎn)化為電系統(tǒng)對信號(hào)融入微機(jī)技術(shù)直接進(jìn)行處理顯示。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷融合人工智智能光電檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是大勢所趨，該系統(tǒng)對自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)一步融入代替人、判斷和估計(jì)等的智能活動(dòng)【23】，從而形成智能光電檢測系統(tǒng)。

西安理工大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文8圖2-2 光電倍增管原理圖Fig.2-2 Principle diagram of the photomultiplier tube目前市場有許多可供選擇的光電倍增管，光電倍增管的選型主要考慮陽極光照靈敏度及暗電流。一般靈敏度越大越好，暗電流越小越好，因?yàn)檫@些參數(shù)決定了該光電倍增管的對光照的探測能力。PMT 的靈敏度包括陰極、陽極靈敏度和光譜響應(yīng)，其中光譜響應(yīng)主要由光電陰極材料、工作溫度決定【31】。一般 PMT 上電半小時(shí)后工作，，因?yàn)榇藭r(shí)暗電流較小且平穩(wěn)，進(jìn)而探測性能較穩(wěn)定。除此之外還要考慮 PMT 的放大倍數(shù)，線性度，響應(yīng)時(shí)間是否符合要求。PMT 的增益可根據(jù)設(shè)計(jì)需求來定，一般增益越大，相應(yīng)的分辨率就會(huì)越高，增益與內(nèi)部材料、高壓都有關(guān)系
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH741

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2598036