專利名稱：一種光劑量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光輻射測量技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于測量累積光輻射能量的光劑量計。
背景技術(shù)：
2002年，本征感光視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞(ipRGC)的發(fā)現(xiàn)將照明領(lǐng)域的研究從視覺范疇內(nèi)的研究拓展至非視覺領(lǐng)域。對于照明光生物效應(yīng)的定量評價與檢測，目前所有的光學(xué)測試儀器都無法實現(xiàn)，原因在于光生物效應(yīng)的光譜響應(yīng)曲線與傳統(tǒng)的明視覺函數(shù)V(X)存在較大差異。另外，照明的光生物效應(yīng)不單對于人體作用，對于動植物同樣具有影響，植物生長需要光合作用，而植物的光譜響應(yīng)曲線與V(X)的差異更大。在光度學(xué)測試中，我們通常用光通量(單位Im)來表征光量的多少，光通量是指 單位時間內(nèi)光輻射能量的大小，光通量是說明光源發(fā)光能力的基本量。光通量一般是用來描述發(fā)光體性能指標(biāo)的參數(shù)，由光通量引出與其相對應(yīng)的光度學(xué)參數(shù)光強I (單位Cd)和亮度L (cd/m2)與光通量一樣，其實都是用于描述發(fā)光體，如光源、燈具或二次發(fā)光體(例如道路照明中的路面)發(fā)光性能的光度學(xué)參數(shù)，在照明光環(huán)境的評價中常常被誤用或混用。真正用于實際評價接受到多少光照的參數(shù)是照度E，單位勒克斯(lx)，表示單位面積接受到的光通量。從量綱上來考察，光通量單位流明(Im)相當(dāng)于功率(W)，而照度單位勒克斯(Ix)相當(dāng)于功率密度(W/m2)，這些光參數(shù)均沒有與時間相關(guān)的參量，都是描述單位時間的物理量，即都是表述的瞬態(tài)值。由于照明的光生物效應(yīng)不僅與光照強度，光譜能量分布有關(guān)，同時還與光照的持續(xù)時間有關(guān)，所以傳統(tǒng)照明光度學(xué)測試內(nèi)容往往不能直接表達所要測試的具體光信息。由于照明光生物效應(yīng)與光照持續(xù)時間緊密相關(guān)，應(yīng)使用人眼實際在某一時間段內(nèi)接收到的光通量大小來進行評價，即應(yīng)該采用光劑量或光劑量密度來描述，其單位量綱應(yīng)該與能量單位焦耳(J)相對應(yīng)，可以用流明秒，或勒克斯秒來表示。人體接收了多少劑量的光，進而引起相應(yīng)程度的生物效應(yīng)，這不僅從邏輯關(guān)系上更容易被理解，也與實際實驗結(jié)果輸入輸出相匹配。如果我們用D來表示光劑量，其具體表達式可以寫成光通量在時間軸上的積分，對于照明的光生物效應(yīng)作相應(yīng)的光度學(xué)評價測試時，由于對應(yīng)的光譜響應(yīng)峰值波長已經(jīng)遠遠偏離555nm，故而Km的數(shù)值以及能量分配“權(quán)重”函數(shù)也應(yīng)發(fā)生相應(yīng)響應(yīng)的
變化，由此可以得到用以照明非視覺生物效應(yīng)評價的有效光劑量Db如式I所示。
imDs-Ks- J P(I)- B(A) - dZj dt式 I
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考慮到與傳統(tǒng)光度學(xué)用以評價接受光照的參數(shù)照度對應(yīng)，可以使用實際照明光環(huán)境中的有效光劑量密度來表示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種直觀的、可擴展的用以測定引起人體或其他動植物光生物效應(yīng)的實際光輻射劑量的光劑量計。本發(fā)明所提供的光劑量計，由光接收模塊100，光電轉(zhuǎn)換模塊200和人機交互模塊300組成。其中，所述光接收模塊100包括余弦修正探頭101和可替換的修正濾光片模組102，且沿著光輻射輸入方向依次排列；所述光電轉(zhuǎn)換模塊200包括帶聚光透鏡的光電池201、光能積分模塊202和帶存儲功能的微處理器203 ;所述人機交互模塊300包括顯示單元301和控制面板302 ；
所述光電轉(zhuǎn)換模塊200和人機交互模塊300之間設(shè)置有數(shù)據(jù)控制線40，通過數(shù)據(jù)控制線連接并傳輸數(shù)據(jù)。其中，發(fā)光體10發(fā)射光輻射20照射到光接收模塊100，光輻射依次通過余弦修正探頭101和可替換的修正濾光片模組102，光源光譜按照修正模組的光譜響應(yīng)曲線形成有效測試光福射30,然后進入光電轉(zhuǎn)換模塊200。在光電轉(zhuǎn)換模塊200中，有效測試光輻射30照射到帶聚光透鏡的光電池201，光電池201將一定波長和強度的光輻射轉(zhuǎn)化為對應(yīng)強度的電參數(shù)，所得到的電參數(shù)傳輸至光能積分模塊202，積分模塊202所累積的電能信息再通過帶存儲功能的微處理器203處理后，獲得累積電能信息并轉(zhuǎn)化為光劑量信息，通過數(shù)據(jù)控制線40傳輸至人機交互模塊300。在人機交互模塊300中，所述光劑量信息可在顯示單元301顯示，同時可以通過數(shù)據(jù)控制線40，控制面板302對光電轉(zhuǎn)換模塊200設(shè)置測量起始、結(jié)束時間，單次采樣光輻射能量積分時間，執(zhí)行開始、停止、清零、存儲等操作。如圖1所示。本發(fā)明中，所述可替換修正濾光片模組102用于提取有效光輻射，即將實際照明光環(huán)境中的光譜信息通過濾光修正的形式，提取實際所需測量部分的光輻射信息；其可以是國際照明學(xué)會CIE定義的傳統(tǒng)明視覺V(X)或暗視覺V’U)光視光效函數(shù)修正濾光片；或者，替換為以人體光生物效應(yīng)光譜響應(yīng)函數(shù)修正濾光片，可以根據(jù)所考察的不同光生物效應(yīng)生理參數(shù)指標(biāo)來確定不同的光譜響應(yīng)函數(shù)修正模組；再或者,替換為植物生長光譜響應(yīng)函數(shù)修正濾光片，根據(jù)植物生長不同的生長周期所需要不同的照射光譜來修正濾光片模組；另外還可以直接使用中性濾光片模組，測試不加修正的全光譜光輻射信息。在實際使用過程中，一套測試設(shè)備可配備若干組修正濾光片模組，預(yù)制對應(yīng)的定標(biāo)數(shù)據(jù)進系統(tǒng)，既可以方便地選擇替換不同種類的光劑量信息。本發(fā)明中，所述光電轉(zhuǎn)換模塊200具有用于測量累積光輻射能量的光能積分模塊202，不僅可以測定瞬態(tài)的光輻射能量強度，同時根據(jù)測試需要，還可以測定一段時間內(nèi)的累積光能量值?？梢灾庇^簡便地獲得人體或其他動植物在特定時間段內(nèi)所接收到的光輻射劑量。本發(fā)明中，所述處理器203具有帶存儲功能，其主要功能包括預(yù)先存儲不同濾光片模組對應(yīng)的光譜定標(biāo)函數(shù)，采集光能積分模塊的電參數(shù)并根據(jù)定標(biāo)函數(shù)計算轉(zhuǎn)化成光參數(shù)輸出，存儲相應(yīng)的光輻射測試數(shù)據(jù)條目供查詢使用。本發(fā)明中，人機交互模塊300包含控制面板302，可以對帶存儲功能微處理器203操作查詢和控制命令，另外可以直接接入現(xiàn)場照明系統(tǒng)，用以反饋控制調(diào)節(jié)現(xiàn)場照明光環(huán)境的光譜和強度。本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明中的光劑量計由于增加光能積分模塊，可以直觀地測量一段時間內(nèi)的實際有效光輻射能量值，而傳統(tǒng)光度測試儀器都只是測試光輻射能量的瞬態(tài)功率；另外，由于本發(fā)明中的光劑量計主要應(yīng)用在照明的非視覺生物效應(yīng)領(lǐng)域的測試，如人體光生物效應(yīng)，植物生長光合作用等，其濾光片設(shè)置模組可根據(jù)需要調(diào)整更換，而傳統(tǒng)光度測試儀器幾乎全部采用國際照明學(xué)會CIE定義的明視覺光譜光視效率函數(shù)V ( X )作為濾光片修正模組，主要考察的是照明的視覺效果；其三，本發(fā)明中的光劑量計人機交互模塊存在可擴展性，顯示控制終端即可以單獨地構(gòu)成測試儀器的一部分，同時也可以擴展成為現(xiàn)場照明系統(tǒng)的反饋部分，根據(jù)實際采樣測試值，可以反饋調(diào)節(jié)照明現(xiàn)場的燈具光輸出。


圖1為本發(fā)明光劑量計構(gòu)成示意圖。圖中標(biāo)號10為發(fā)光體，20為光輻射，100為光接收模塊，101為余弦修正探頭，102為修正濾光片模組，30為有效測試光輻射，200為光電轉(zhuǎn)換模塊，201為帶聚光透鏡的光電池，202為光能積分模塊，203為帶存儲功能的微處理器，40為數(shù)據(jù)控制線，300為人機交互豐旲塊，301為顯不單兀，302為控制面板。圖2為不同的修正濾光片模組對應(yīng)的光譜響應(yīng)函數(shù)。圖中標(biāo)號V(X)為明視覺光譜光視效率函數(shù)，CU)為基于人眼瞳孔收縮的光譜影響函數(shù)，BU)為基于人體褪黑素抑制作用的光譜響應(yīng)函數(shù)。
具體實施例方式如圖1為本發(fā)明的實施例示意圖。主要由光接收模塊100，光電轉(zhuǎn)換模塊200以及人機交互模塊300組成。發(fā)光體10發(fā)光形成了照明光環(huán)境，光輻射20照射到余弦修正探頭101及可替換的修正濾光片模組102，其中余弦修正探頭101采用180度視場角光學(xué)級高反射率的白色漫反射材料，可以保證探頭不僅僅接收直射光輻射，還可以接收180度內(nèi)各個方向照射到探頭的光輻射，修正濾光片模組102采用帶通濾光玻璃，根據(jù)特定的光譜響應(yīng)曲線組合而成，濾去光輻射20中無效的光譜成分，保留有效的光譜成分，光輻射20透過修正濾光片模組102就形成有效測試光輻射30。圖2給出了三組不同的濾光片模組修正的光譜響應(yīng)函數(shù)。有效測試光輻射30照射到帶聚光透鏡的光電池201轉(zhuǎn)化為電參數(shù)，光電池201采用娃光或硒光電池，光電池在接收到光福射后，會形成電流傳輸至光能積分模塊202,積分模塊可以通過電子式電能計實現(xiàn)，或者是通過RC積分電路的硬件實現(xiàn)積分，持續(xù)的光輻射會引起光電池持續(xù)電能輸出，通過電能計或硬件積分電路實現(xiàn)電能的儲存，電能儲存的數(shù)值大小通過預(yù)先標(biāo)定，即可以表達為連續(xù)光輻射的劑量數(shù)值大小。根據(jù)所需測定的時間段，帶存儲功能的微處理器203自動設(shè)定對應(yīng)的采樣周期和處理周期，將采樣所得的電參數(shù)信息通過程序計算轉(zhuǎn)化為光劑量信息輸出。數(shù)據(jù)控制線40包含數(shù)據(jù)傳輸線和控制命令傳輸線組成，采用串行方式傳輸，數(shù)據(jù)傳輸線將微處理器203存儲或運算獲得的數(shù)據(jù)信息傳輸至人機交互模塊300。被測光劑量信息可在顯示單元301顯示。同時控制面板302可以通過數(shù)據(jù)控制線40的控制命令傳輸線對帶存儲功能的微處理器203發(fā)出數(shù)據(jù)讀取指令，測試開始、停止指令，測試數(shù)據(jù)清零、存儲指令，修正濾光片模組響應(yīng)函數(shù)選調(diào)指令，積分時間設(shè)定指令等相關(guān)操作指令。
權(quán)利要求
1.一種光劑量計，其特征在于主要由光接收模塊(100)，光電轉(zhuǎn)換模塊(200)和人機交互模塊(300)組成；其中，所述光接收模塊(100)包括余弦修正探頭(101)和可替換的修正濾光片模組 (102),且沿著光福射輸入方向依次排列；所述光電轉(zhuǎn)換模塊(200)包括帶聚光透鏡的光電池(201)、光能積分模塊(202 )和帶存儲功能的微處理器(203 );所述人機交互模塊(300 )包括顯示單元(301)和控制面板(302)；所述光電轉(zhuǎn)換模塊(200和人機交互模塊(300 )之間設(shè)置有數(shù)據(jù)控制線(40 )，通過數(shù)據(jù)控制線(40)連接并傳輸數(shù)據(jù)；其中，發(fā)光體(10)發(fā)射光輻射(20)照射到光接收模塊(100)，光輻射依次通過余弦修正探頭(101)和可替換的修正濾光片模組(102)，光源光譜按照修正濾光片模組的光譜響應(yīng)曲線形成有效測試光輻射(30 )，然后進入光電轉(zhuǎn)換模塊(200 );在光電轉(zhuǎn)換模塊(200)中，有效測試光輻射(30)照射到帶聚光透鏡的光電池(201)， 光電池(201)將一定波長和強度的光福射轉(zhuǎn)化為對應(yīng)強度的電參數(shù),所得到的電參數(shù)傳輸至光能積分模塊(202)，積分模塊(202)所累積的電能信息再通過帶存儲功能的微處理器 (203)處理后，獲得累積電能信息并轉(zhuǎn)化為光劑量信息，通過數(shù)據(jù)控制線(40)傳輸至人機交互模塊(300)；在人機交互模塊(300 )中，所述光劑量信息可在顯示單元(301)顯示，同時通過數(shù)據(jù)控制線(40)，控制面板(302)對光電轉(zhuǎn)換模塊(200)設(shè)置測量起始、結(jié)束時間，單次采樣光輻射能量積分時間，執(zhí)行開始，停止，清零，存儲操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光劑量計，其特征在于光接收模塊(100)包含用于提取有效光輻射所述的可替換修正濾光片模組(102)，該濾光片模組為傳統(tǒng)的明視覺或暗視覺光視光效函數(shù)修正濾光片；或者根據(jù)實際檢測需要，替換以人體光生物效應(yīng)光譜響應(yīng)函數(shù)修正濾光片，或植物生長光譜響應(yīng)函數(shù)修正濾光片；或者直接使用中性濾光片模組測試不加修正的全光譜光福射信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光劑量計，其特征在于所述的可替換修正濾光片模組(102) 是直接使用中性濾光片模組，測試不加修正的全光譜光輻射信息。
全文摘要
本發(fā)明屬于光輻射測量技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于測量累積光輻射能量的光劑量計。該光劑量計包括光接收模塊，光電轉(zhuǎn)換模塊，人機交互模塊。發(fā)光體發(fā)射光輻射照射到光接收模塊，光輻射通過余弦修正探頭及可替換的修正濾光片模組，形成有效測試光輻射。有效測試光輻射進入光電轉(zhuǎn)換模塊，照射到帶聚光透鏡的光電池轉(zhuǎn)化為電參數(shù)，傳輸至光能積分模塊，通過帶存儲功能的微處理器處理后獲得累積電能信息并轉(zhuǎn)化為光劑量信息通過數(shù)據(jù)控制線傳輸至人機交互模塊。本發(fā)明能直觀測量有效光輻射能量值，并具有很大的擴展性。
文檔編號G01J1/42GK102997992SQ201210485899
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者居家奇, 陳枕流, 張萬路, 梁榮慶 申請人:復(fù)旦大學(xué)