專利名稱：一種光學(xué)透鏡測(cè)污裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)儀器應(yīng)用領(lǐng)域，是一種基于光后向散射理論對(duì)光學(xué)透鏡表面污染進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)的裝置，適用于在外場(chǎng)在線運(yùn)行的光學(xué)儀器的透鏡污染測(cè)量。
背景技術(shù)：
目前，很多光學(xué)儀器在外場(chǎng)安裝使用，進(jìn)行氣象、環(huán)境保護(hù)、生態(tài)通量、光通信等領(lǐng)域的在線測(cè)量。隨之而來(lái)的問(wèn)題是由于光學(xué)透鏡暴露在外場(chǎng)，會(huì)受到灰塵或其它污染物的污染，透鏡鏡面的清潔度下降，透射率減小，導(dǎo)致接收或發(fā)射的光強(qiáng)變?nèi)?，影響到測(cè)量結(jié)果， 嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致儀器無(wú)法正常工作。目前，還沒(méi)有有效的方法能自動(dòng)測(cè)量出透鏡是否受到污染，以及污染的程度，主要靠人工定時(shí)巡查，通過(guò)目測(cè)觀察透鏡的污染情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是一種光學(xué)透鏡測(cè)污裝置，通過(guò)測(cè)量光的后向散射的強(qiáng)度變化，來(lái)判斷光學(xué)儀器透鏡是否受到了污染，并在污染嚴(yán)重時(shí)提供報(bào)警，告知需要進(jìn)行清潔維護(hù)。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案一種光學(xué)透鏡測(cè)污裝置，包括光電信號(hào)探測(cè)部分和測(cè)量控制電路，所述光電信號(hào)探測(cè)部分由LED光源、PIN探測(cè)器、濾光片、固定支架構(gòu)成；LED光源通過(guò)固定支架安裝在光學(xué)儀器內(nèi)部被測(cè)透鏡后面中心位置，LED光源的發(fā)射方向指向透鏡；所述探測(cè)器采用PIN光電二極管，通過(guò)固定支架安裝在被測(cè)透鏡后面中心位置，位于LED光源旁，探測(cè)器面源方向朝向透鏡；濾光片粘在探測(cè)器面源前端，濾除非 LED光源波段的雜散光；LED光源發(fā)出光照射在透鏡面上，透鏡表面的塵埃等污染物會(huì)產(chǎn)生后向散射光，探測(cè)器接收透鏡面的后向散射光信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)測(cè)量控制電路的放大、處理后得到被測(cè)透鏡面受污染程度，并判斷是否需要輸出報(bào)警信號(hào)。所述測(cè)量控制電路包括單片機(jī)、光源驅(qū)動(dòng)電路，前置放大電路、濾波電路、信號(hào)解調(diào)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)輸出電路、存儲(chǔ)器電路；其中LED光源驅(qū)動(dòng)電路，用于提供穩(wěn)定的LED光源穩(wěn)定工作電流，光源的開啟、關(guān)閉由單片機(jī)進(jìn)行控制。開啟時(shí)，采用調(diào)制電路對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制，在工作狀態(tài)下輸出的是2. 4K的脈沖光；前置放大電路采用高精度的運(yùn)放，型號(hào)為0PA602，將光電探測(cè)器的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，由二級(jí)放大電路放大；濾波電路，用于濾去不在調(diào)制波段上的干擾信號(hào)，由運(yùn)放TL084構(gòu)成的二階壓控電壓源帶通濾波電路，把濾波網(wǎng)絡(luò)接在運(yùn)放的同相輸入端，帶通范圍為2300-2500HZ，剛好覆蓋了調(diào)制信號(hào)所處的頻帶；信號(hào)解調(diào)電路，用于完成對(duì)信號(hào)的解調(diào)以及放大，采用有效值檢波的方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，采用專用芯片AD763 ；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于把采集到的后向散射光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；
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RS-232通信接口電路，用于實(shí)現(xiàn)將透鏡污染數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控計(jì)算機(jī)上，以便后臺(tái)處理；單片機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的控制功能，協(xié)調(diào)各個(gè)部分，完成測(cè)量過(guò)程。包括開啟測(cè)量光源、采集控制、模數(shù)轉(zhuǎn)化、判斷污染程度及輸出報(bào)警信號(hào)。單片機(jī)啟動(dòng)測(cè)量時(shí)，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，再輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路開啟LED光源，并加上脈沖調(diào)制，形成高頻脈沖光，用來(lái)去除雜散光的影響；照在透鏡表面的污染物產(chǎn)生后相散射光，被探測(cè)器接收，轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，并經(jīng)過(guò)前置放大電路放大；經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)通過(guò)濾波電路，濾除噪聲信號(hào)，并通過(guò)解調(diào)電路進(jìn)行信號(hào)解調(diào)，得到后相散射信號(hào)強(qiáng)度， 用V表示。在單片機(jī)的控制下，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，利用一元線性回歸方程 T = kV+b(k是比例系數(shù)、b是方程截距)求得透鏡的透過(guò)率T，當(dāng)透過(guò)率T超過(guò)警戒閥值， 即透鏡表面污染程度被認(rèn)為超過(guò)警戒閥值時(shí)，通過(guò)RS232串口電路輸出報(bào)警信號(hào)，提醒需要進(jìn)行透鏡清潔。本發(fā)明的原理本發(fā)明是基于Mie散射理論，對(duì)透鏡面上覆蓋的污染物進(jìn)行后向散射光強(qiáng)的測(cè)量，其強(qiáng)度大小與透鏡面上污染物的堆積濃度相關(guān)，可以得到透鏡的透過(guò)率， 反映出透鏡的污染程度。后向散射測(cè)量透鏡污染的原理如圖1，強(qiáng)度為I0的入射光通過(guò)透鏡中的污染顆粒后，光線減弱，鏡面上的污染顆粒將其散射到各個(gè)方向，對(duì)于與入射角方向夾角在90°到 270°范圍的這部分散射光被稱為后向散射光，如圖2。假設(shè)散射粒子為球形的，其半徑r與光的波長(zhǎng)λ的比例關(guān)系，一股使用衍射參數(shù)P表示。P為顆粒周長(zhǎng)與光的波長(zhǎng)之比，即 P = 2πΓ/λ。顆粒散射光的特性主要取決于衍射參數(shù)P?？梢詣澐殖鋈齻€(gè)基本范圍P << 1、P 1、P >> 1。每種范圍均有其顯著的特點(diǎn)。如果P ^ 1，散射光強(qiáng)度用Mie 氏方程計(jì)算。一股的灰塵是由于物體粉碎而產(chǎn)生和分散到空氣中的微粒，但成分與生成前的物質(zhì)相同，一股都在幾百nm到幾u(yù)m范圍內(nèi)，基本上與常用的探測(cè)光波長(zhǎng)處于同一數(shù)量級(jí)別。所以，可以用Mie散射理論來(lái)計(jì)算。根據(jù)Mie散射理論，球形顆粒光散射的完備分析解，可表述為以下方程
TIpac (0) = ^1^,0) + 1^0)]( 1)式中Ipa。( θ )- θ方向散射光的強(qiáng)度(按入射光的強(qiáng)度單位計(jì)算)，R-觀察點(diǎn)至顆粒間的距離；λ -探測(cè)光波長(zhǎng)；η-折射率；ρ -衍射參數(shù)；ijp，η，θ )-垂直于散射平面的偏振散射光強(qiáng)度；i2(p,n, θ )-平行于散射平面的偏振散射光強(qiáng)度。這時(shí)若透鏡單位表面內(nèi)的顆粒數(shù)為N，即透鏡面上污染物的堆積濃度。這里用顆粒的平均粒徑來(lái)表示散射體中顆粒的粒徑分布，在某一方面向上的散射強(qiáng)度，就是散射體中個(gè)個(gè)粒子在這一方向上的散射強(qiáng)度的相加，那么當(dāng)光入射到一個(gè)單位散射體上時(shí)，則在距離為R處的散射光強(qiáng)
In (Θ) = ^[/； (Α η, θ) + h (A η, θ)](2 )N-單位體積內(nèi)的粒子數(shù)；式中，入射波長(zhǎng)λ、入射光強(qiáng)Ici、探測(cè)距離R、被測(cè)粒徑的衍射參數(shù)P、折射率η是確定時(shí)，后相散射光強(qiáng)的強(qiáng)度In(180° )與鏡面上堆積的粒子的濃度N成正比
/,(180°) = ^Γ/； (ΑIBO0) +/2 (Α ,180°)](3 )而透過(guò)透鏡的光強(qiáng)為，S卩θ =0°
姻=裝[如 0。)Η(Α ，0。)]⑷所以
/“0。)_ h(p,n,0°) + l2(p,n,00)⑴ /“180。)Z1 (A ,180。) + ,2( A ,180。)1即In (0° )=1(^1^180° )(6)透鏡的透過(guò)率可以表示為
/ (0°) K, */w(l80°), \
Κλ其中，I2 =T1為常量。從公式(7)可以看出，通過(guò)后相散射光強(qiáng)In(180° )與透鏡的透過(guò)率T成比例關(guān)系，它直接反應(yīng)出了透鏡受污染的程度，這就是用光后向散射法測(cè)量透鏡面污染的原理。因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定，可以得到接收電壓強(qiáng)度V關(guān)于透鏡透過(guò)率的線性回歸方程T = kV+b(8)其中T-透鏡透過(guò)率；V-光電探測(cè)器的轉(zhuǎn)換電壓；k_是比例系數(shù)；b_是方程截距。探測(cè)器與光源的位置保證了 探測(cè)器面源上可以接收到光源照射到透鏡面上的 180°后相散射光，公式(8)是單片機(jī)計(jì)算透過(guò)率的基本算法，給出了后向散射光強(qiáng)與透過(guò)率的確定關(guān)系，能夠判斷出鏡面的受污染的程度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)本發(fā)明利用Mie散射理論后向散射光強(qiáng)與透鏡透過(guò)率有很好的線性關(guān)系，通過(guò)測(cè)量后向光散射強(qiáng)度，判斷光學(xué)透鏡污染情況，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)儀器的光學(xué)透鏡污染自動(dòng)監(jiān)測(cè)，靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于安裝，為外場(chǎng)光學(xué)儀器的正常使用保障；(2)本發(fā)明中，LED光源驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)了恒流供電，保證LED光源輻射出穩(wěn)定的光強(qiáng)，保證測(cè)量的可靠性，并且通過(guò)脈沖發(fā)生電路實(shí)現(xiàn)光源高頻調(diào)制，避免了外界雜散光的干擾；(3)本發(fā)明中，探測(cè)器前端加入了濾光片，避免了外界雜散光的干擾；(4)本發(fā)明中，測(cè)污過(guò)程完全受到單片機(jī)控制，可以避免干擾光學(xué)儀器的正常使用；(5)本發(fā)明探測(cè)器及光源體積小、安裝簡(jiǎn)易，安裝后不影響光學(xué)儀器本身的光學(xué)系統(tǒng)。


圖1為本發(fā)明的后向散射光信號(hào)探測(cè)部分組成框圖；圖2為本發(fā)明原理示意圖；圖3為本發(fā)明的測(cè)量控制電路組成框圖；圖4a、4b和如為本發(fā)明的電路原理圖；圖5為本發(fā)明的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)流程圖；圖6為后相散射信號(hào)強(qiáng)度V與透過(guò)率T關(guān)系。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明后向散射光信號(hào)探測(cè)部分包括LED光源1、濾光片2、固定支架3、探測(cè)器4構(gòu)成，LED安裝儀器內(nèi)部透鏡后方中心位置，發(fā)光的方向指向透鏡；探測(cè)器采用PIN光電二極管，通過(guò)固定支架固定在被測(cè)透鏡后方中心位置，位于光源旁，探測(cè)器面源指向透鏡表面。濾光片固定在探測(cè)器面源前端，濾除雜散光的影響。如圖3所示，本發(fā)明的測(cè)量控制電路組成包括光源驅(qū)動(dòng)電路、前置放大電路、濾波電路、信號(hào)解調(diào)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、輸出接口電路、存儲(chǔ)器電路。其中LED光源驅(qū)動(dòng)電路，用于提供穩(wěn)定的LED光源穩(wěn)定工作電流，光源的開啟、關(guān)閉由單片機(jī)進(jìn)行控制。開啟時(shí)，采用調(diào)制電路對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制，在工作狀態(tài)下輸出的是2. 4K的脈沖光。前置放大電路采用高精度的運(yùn)放Al，將光電探測(cè)器的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)， 由二級(jí)放大電路A2A放大。濾波電路，用于濾去不在調(diào)制波段上的干擾信號(hào)，運(yùn)放A2B構(gòu)成的二階壓控電壓源帶通濾波電路，把濾波網(wǎng)絡(luò)接在集成運(yùn)放的同相輸入端，濾波范圍為 2300-2500HZ，剛好覆蓋了調(diào)制信號(hào)所處的頻帶。信號(hào)解調(diào)電路，用于完成對(duì)信號(hào)的解調(diào)以及放大，采用芯片AD763對(duì)信號(hào)檢波。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于把采集到的后向散射光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。RS-232通信接口電路，用于實(shí)現(xiàn)將透鏡面污染程度的數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控計(jì)算機(jī)上， 以便后臺(tái)處理。單片機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的控制功能，協(xié)調(diào)各個(gè)部分，完成測(cè)量過(guò)程，包括開啟測(cè)量光源，進(jìn)行采集控制，模數(shù)轉(zhuǎn)化，判斷污染程度及輸出報(bào)警信號(hào)；所述單片機(jī)啟動(dòng)測(cè)量程序，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化。通過(guò)控制光源驅(qū)動(dòng)電路，輸出光功率穩(wěn)定的光強(qiáng)，并進(jìn)行了脈沖調(diào)制，調(diào)制頻率為2. 4K，波形為方波，形成高頻脈沖光，用來(lái)去除雜散光的影響。同時(shí)，照在透鏡表面的污染物產(chǎn)生后相散射光，被探測(cè)器接收，轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，通過(guò)前置放大電路放大得到電壓信號(hào)進(jìn)行交流二次放大，經(jīng)過(guò)濾波電路濾除非
6測(cè)量光引起的干擾信號(hào)，并通過(guò)解調(diào)電路進(jìn)行信號(hào)解調(diào)，得到后相散射信號(hào)強(qiáng)度。在單片機(jī)的控制下，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)電路換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)記錄，用V表示，利用一元線性回歸方程 (8)，求透鏡的透過(guò)率T的線性回歸方程T = kV+b，(k是比例系數(shù)、b是方程截距)(8)對(duì)該裝置的實(shí)驗(yàn)中首先，在鏡頭表面均勻的噴上一層灰塵粒子時(shí)，由于粒子對(duì)光的后向散射，原本低電位的信號(hào)產(chǎn)生了一個(gè)高電位的信號(hào)，隨著將粒子漸漸吹去，信號(hào)電位又漸漸趨于降低，這就驗(yàn)證了其高靈敏度特性；然后，在鏡頭表面均勻的噴上一層不同厚度的灰塵粒子，模擬透鏡在外界不同的受到污染的狀態(tài)，并測(cè)量其透過(guò)率T、后相散射光信號(hào)強(qiáng)度V，實(shí)驗(yàn)中，分別測(cè)量了透過(guò)率在1、0. 86,0.7,0. 52四個(gè)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的后向散射光強(qiáng)度是 0. 2V、1. 16V、2. 84V、5. 04V。曲線如圖6，橫坐標(biāo)是后向散射光信號(hào)的強(qiáng)度，縱坐標(biāo)是測(cè)量出得透鏡透過(guò)率，結(jié)果顯示后向散射信號(hào)強(qiáng)度與鏡頭透過(guò)率具有很好的線性關(guān)系。利用一元線性回歸方程，得到電信號(hào)強(qiáng)度V關(guān)于透鏡的透過(guò)率T的線性回歸方程 T = -0.8976*V+0.9658。可以看出，強(qiáng)度與濃度的比值系數(shù)k為-0. 8976，方程截距b是 0.9658。當(dāng)透過(guò)率低于50%時(shí)，透鏡的污染程度相當(dāng)嚴(yán)重了，不需進(jìn)行計(jì)算了。如圖5所示，本發(fā)明中采用單片機(jī)89C52負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制功能，協(xié)調(diào)各個(gè)部分工作。系統(tǒng)上電或復(fù)位時(shí)，首先進(jìn)行初始化操作，主要包括CPU工作時(shí)鐘、A/D電路、串口接口電路、存儲(chǔ)器初始化等操作?？刂崎_啟光源，等光源穩(wěn)定后讀取后向光強(qiáng)值，經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換后與原來(lái)的基準(zhǔn)值比較，如果后向散射光強(qiáng)度增加，說(shuō)明有光學(xué)鏡頭上出現(xiàn)污染，根據(jù)前述的公式8判斷污染程度。具體實(shí)施中的電路結(jié)構(gòu)如圖如，4b，如所示，包括將光源LED的正極接端子X(jué)7，負(fù)極接地；89C52單片機(jī)啟動(dòng)后，完成初始化后，通過(guò)接線端LED_C0NTR的高低電平控制LED的開啟或關(guān)閉，當(dāng)LED_C0NTR為低時(shí)，功率管處于關(guān)閉狀態(tài)，這時(shí)LED不發(fā)光，當(dāng)進(jìn)入測(cè)量周期，單片機(jī)輸出高電平，LED_C0NTR為高，由CD4047 產(chǎn)生的2. 4K的頻率可以通過(guò)邏輯芯片DlC加載到后續(xù)的恒流源電路上。其中，2. 4K的頻率是由芯片⑶4047產(chǎn)生的，它可以輸出單穩(wěn)態(tài)的高低電平。在管腳1和3，管腳2和3之間分別接一個(gè)電容和電阻，電容C2和電阻R30的值決定了 CD4047單穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出的脈沖寬度。 把管腳4、8和14接到高電平上，管腳5、7、9和12連接到低電平上，管腳6作為⑶4047單穩(wěn)態(tài)輸出的激勵(lì)信號(hào)，下降沿激發(fā)管腳10和11進(jìn)入單穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。LED的功率管V3采用了大功率MOSFET管IRF640，與運(yùn)放A4B構(gòu)成恒定LED發(fā)光的壓控電流源。將PIN光電二極管正端掛地，負(fù)端接入TP6端，信號(hào)前置放大電路和信號(hào)探測(cè)器直接相連，采用低噪聲前置放大運(yùn)放Al (OPAeO》，該運(yùn)放其噪聲小、穩(wěn)定性好，并且符合增益和帶寬的要求。A2A構(gòu)成交流放大電路，對(duì)探測(cè)到的光信號(hào)進(jìn)行放大，并且與前級(jí)通過(guò)交流隔直電容C18連接，作用是抑制背景干擾，消除探測(cè)器上的直流電平，將探測(cè)器的Ι/f噪聲的干擾減至最小。為了降低噪聲，本發(fā)明在上述前置放大電路的后級(jí)增加了由A2B構(gòu)成的二階壓控電壓源帶通濾波電路，濾波范圍為2300-2500HZ，剛好覆蓋了調(diào)制信號(hào)所處的頻帶，具有所用元器件較少，性能調(diào)節(jié)比較方便，輸出阻抗小等特點(diǎn)，濾波后的信號(hào)由A2B的7 腳輸出。在信號(hào)解調(diào)電路中完成對(duì)信號(hào)的解調(diào)以及放大，如圖4c。本發(fā)明中采用有效值檢波的方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，采用芯片信號(hào)為AD763，CA的容值決定了平均值時(shí)間常數(shù)，C2與內(nèi)部Rl電阻構(gòu)成RC高通濾波器。U3運(yùn)放LM318組成直流放大電路，便于后級(jí)的AD單元進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 交流信號(hào)的有效值可由以下公式表達(dá)
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)透鏡測(cè)污裝置，包括光電信號(hào)探測(cè)部分和測(cè)量控制電路，其特征在于所述光電信號(hào)探測(cè)部分由LED光源、探測(cè)器、濾光片、固定支架構(gòu)成；LED光源通過(guò)固定支架安裝在光學(xué)儀器內(nèi)部被測(cè)透鏡后面中心位置，LED光源的發(fā)射方向指向透鏡；所述探測(cè)器通過(guò)固定支架安裝在被測(cè)透鏡后面中心位置，位于LED光源旁，探測(cè)器面源方向朝向透鏡；濾光片固定在探測(cè)器面源前端，濾光片僅能通過(guò)LED光源波段的測(cè)量光，用于去除背景光的干擾；LED光源發(fā)出的測(cè)量光照射在透鏡面上，透鏡表面的污染物會(huì)產(chǎn)生后向散射光，探測(cè)器接收所述后向散射光信號(hào)后，由測(cè)量控制電路的放大、處理后得到透鏡表面污染程度，在超過(guò)預(yù)警閥值時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)透鏡測(cè)污裝置，其特征在于所述測(cè)量控制電路包括單片機(jī)、光源驅(qū)動(dòng)電路、前置放大電路、濾波電路、信號(hào)解調(diào)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)輸出電路，其中光源驅(qū)動(dòng)電路，用于提供LED光源穩(wěn)定工作電流，并進(jìn)行脈沖調(diào)制，產(chǎn)生頻率在2. 4k的脈沖光，光源的開啟、關(guān)閉由單片機(jī)進(jìn)行控制；前置放大電路，將光電探測(cè)器的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，由二級(jí)放大電路放大后至濾波電路；濾波電路，用于濾去干擾信號(hào)；信號(hào)解調(diào)電路，用于完成對(duì)測(cè)量信號(hào)的解調(diào)以及放大，采用有效值檢波的方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于把采集到的后向散射光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；RS-232通信接口電路，實(shí)現(xiàn)將透鏡污染程度數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控計(jì)算機(jī)上，以便后臺(tái)處理；單片機(jī)，負(fù)責(zé)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的控制功能，協(xié)調(diào)各個(gè)部分，完成測(cè)量過(guò)程，包括開啟測(cè)量光源，進(jìn)行采集控制，模數(shù)轉(zhuǎn)化，判斷透鏡表面污染程度及輸出報(bào)警信號(hào)；具體實(shí)現(xiàn)為測(cè)量時(shí)，單片機(jī)首先進(jìn)行初始化，然后輸出控制信號(hào)開啟LED光源；光源驅(qū)動(dòng)電路提供穩(wěn)定的光功率輸出，并進(jìn)行脈沖調(diào)制，形成高頻脈沖測(cè)量光，避免測(cè)量時(shí)受到雜散光的影響；光照在透鏡表面的污染物上產(chǎn)生后相散射光被探測(cè)器接收，轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)后，并經(jīng)過(guò)前置放大電路放大；經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)通過(guò)濾波電路濾除噪聲，再通過(guò)解調(diào)電路進(jìn)行信號(hào)解調(diào)，得到后相散射光信號(hào)強(qiáng)度，用V表示；然后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換成將V轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，并利用一元線性回歸方程T = kV+b，求出透鏡的透過(guò)率T ；當(dāng)透過(guò)率T超過(guò)警戒閥，即透鏡表面污染程度被認(rèn)為超過(guò)警戒閥值時(shí)，通過(guò)RS232串口電路輸出報(bào)警信號(hào)，提醒需要進(jìn)行透鏡清潔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)透鏡測(cè)污裝置，其特征在于所述探測(cè)器采用PIN光電二極管。
全文摘要
一種光學(xué)透鏡測(cè)污裝置，光電信號(hào)探測(cè)部分由紅外LED光源、探測(cè)器、濾光片、安裝支架構(gòu)成。紅外LED光源通過(guò)固定支架安裝在光學(xué)儀器內(nèi)部被測(cè)透鏡后方，發(fā)射方向指向透鏡；探測(cè)器通過(guò)固定支架固定在被測(cè)透鏡后方；濾光片粘在探測(cè)器面源前端，用于去除雜散光的干擾；測(cè)量控制電路包括單片機(jī)、光源驅(qū)動(dòng)電路、前置放大電路、濾波電路、信號(hào)解調(diào)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)輸出電路、存儲(chǔ)器電路。探測(cè)器接收到的后向散射光信號(hào)經(jīng)過(guò)測(cè)量電路放大、處理后，由中央處理器判斷透鏡面受到的污染程度，并當(dāng)透鏡表面污染程度超過(guò)預(yù)警閥值時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)提醒需要進(jìn)行透鏡清潔。本發(fā)明用于監(jiān)測(cè)外場(chǎng)在線運(yùn)行的透鏡表面污染程度，為系統(tǒng)正常運(yùn)行提供保障。
文檔編號(hào)G01N21/94GK102445458SQ201110314929
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者劉建國(guó), 劉文清, 桂華僑, 王亞平, 程寅, 陸亦懷, 陳軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院