本發(fā)明涉及放射性檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種窄譜信號和寬譜信號同時(shí)采集來進(jìn)行熱力學(xué)測量的一種雙通道輻射譜儀。

背景技術(shù)：

可調(diào)諧輻射譜儀在許多科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)過程中有應(yīng)用，其中的主要元件可調(diào)諧帶通光學(xué)濾波器可以用于掃描寬帶不均勻光源的功率分布，比如各種有特制薄膜的干涉濾波器、基于lyot-ohman概念的可調(diào)諧液晶濾波器、光學(xué)單色儀、聲光可調(diào)諧濾波器aotf等。其中，聲光可調(diào)諧濾波器aotf是一種固體電調(diào)帶通濾波器，利用了各向異性介質(zhì)中的聲光原理，以雙折射量隨角度的變化來補(bǔ)償因角度變化所引起的動(dòng)量失配，能夠從入射光源中選擇、透射出單一波長的光。聲光可調(diào)諧濾波器aotf的基本結(jié)構(gòu)有聲光介質(zhì)、電-聲換能器陣列和聲終端三部分，當(dāng)射頻信號加到換能器上時(shí)，激勵(lì)出超聲波并耦合到聲光介質(zhì)中；當(dāng)自然光以一定的入射角入射到該聲光介質(zhì)時(shí)，由于聲光相互作用，入射光被衍射成兩束正交的線偏振光，即尋常光(o光)和非尋常光(e光)，改變超聲波頻率，兩偏振光波長也將相應(yīng)改變。通過改變作用在aotf電-聲換能器上的射頻信號來控制透射光的波長(被濾出的一級衍射光)，根據(jù)波長范圍來改變載波頻率，就能夠得到全范圍的光譜分析；通過調(diào)節(jié)射頻信號的幅度，也能調(diào)節(jié)透射光(濾出光)強(qiáng)度。光譜分析系統(tǒng)的性能主要由波長調(diào)諧范圍、光譜分辨率、旁瓣決定，由于光的衍射作用，光譜分析系統(tǒng)中探測到的在某個(gè)特定位置的光在頻域表現(xiàn)為一個(gè)主頻率的峰，除此之外在主頻率的峰兩側(cè)還有一些次級小峰，這就是所謂旁瓣?，F(xiàn)有技術(shù)的基于aotf的輻射譜儀大多是以單通模式工作，其缺點(diǎn)是，由于有較強(qiáng)的衍射旁瓣存在，帶外光的會(huì)影響單通aotf輻射譜儀的工作，另外，現(xiàn)有技術(shù)的基于濾波器的輻射譜儀在進(jìn)行熱力學(xué)測量時(shí)需要有準(zhǔn)確的校準(zhǔn)值，因此實(shí)驗(yàn)較為復(fù)雜，所述一種雙通道輻射譜儀能解決這一問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明涉及一種基于雙通聲光可調(diào)諧濾波器aotf的輻射譜儀，用于高溫計(jì)量學(xué)，確定1000至2500攝氏度范圍內(nèi)高溫黑體的熱動(dòng)力學(xué)溫度，測試的波長范圍在可見光范圍650nm至1000nm可調(diào)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

所述一種雙通道輻射譜儀，主要包括孔徑光闌、復(fù)消色差透鏡、光學(xué)暗箱、起偏器、視場光闌、準(zhǔn)直透鏡、分束器、平面鏡i、透鏡i、光電二極管i、跨阻抗放大器i、窄帶輸出信號、lyot光闌、聲光可調(diào)諧濾波器aotf、透鏡ii、平面鏡ii、微波發(fā)生器、寬帶信號輸出、跨阻抗放大器ii、光電二極管ii、透鏡iii、平面鏡iii、ccd攝像機(jī)，所述復(fù)消色差透鏡、起偏器、視場光闌、準(zhǔn)直透鏡、分束器、平面鏡i、透鏡i、光電二極管i、跨阻抗放大器i、lyot光闌、聲光可調(diào)諧濾波器aotf、透鏡ii、平面鏡ii、跨阻抗放大器ii、光電二極管ii、透鏡iii、平面鏡iii、ccd攝像機(jī)位于所述光學(xué)暗箱內(nèi)并組成輻射譜儀，所述輻射譜儀入口側(cè)具有待測物體，所述微波發(fā)生器連接所述聲光可調(diào)諧濾波器aotf，所述孔徑光闌直徑30毫米、且位于所述光學(xué)暗箱入口處，所述視場光闌直徑1毫米，進(jìn)而能夠決定所述待測物體上被探測的區(qū)域相對于所述輻射譜儀的立體角ω，所述起偏器用于控制入射光的線性光學(xué)偏振的方向，所述ccd攝像機(jī)用于收集被所述起偏器折射的p偏振光，以對所述待測物體上被探測的區(qū)域進(jìn)行成像，在所述聲光可調(diào)諧濾波器aotf的前側(cè)面的所述lyot光闌用于對輻射譜儀的調(diào)制傳輸函數(shù)進(jìn)行過濾，以減少裝置中的雜散光；本譜儀具有兩個(gè)光路，在光路i中，所述待測物體發(fā)出的光依次經(jīng)過所述孔徑光闌、復(fù)消色差透鏡、起偏器、視場光闌、準(zhǔn)直透鏡至分束器，一部分入射光通過所述分束器并經(jīng)過lyot光闌、到達(dá)所述聲光可調(diào)諧濾波器aotf并被折射形成第一次濾出光射出，所述第一次濾出光通過所述透鏡ii到達(dá)平面鏡ii、并被所述平面鏡ii反射后通過所述透鏡ii，再次進(jìn)入所述聲光可調(diào)諧濾波器aotf中，經(jīng)過第二次折射后其偏振方向不變并形成與原光束傳播方向相對的第二次濾出光，所述第二次濾出光經(jīng)過所述lyot光闌到達(dá)所述分束器，所述分束器用于使得約20％的第二次濾出光發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并經(jīng)所述平面鏡i和透鏡i進(jìn)入所述光電二極管i；在光路ii中，所述分束器將一部分所述待測物體發(fā)出的經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡到達(dá)其前側(cè)面的光折射，并經(jīng)所述平面鏡iii和透鏡iii進(jìn)入所述光電二極管ii；進(jìn)入所述光電二極管ii的光未經(jīng)過所述聲光可調(diào)諧濾波器aotf濾波，其在所述光電二極管ii中轉(zhuǎn)換成電壓信號，通過所述跨阻抗放大器ii放大后直接得到所述寬帶信號輸出；進(jìn)入所述光電二極管i的光兩次經(jīng)過所述聲光可調(diào)諧濾波器aotf，其在所述光電二極管i中轉(zhuǎn)換成電壓信號，再通過所述跨阻抗放大器i放大后得到所述窄帶輸出信號。

采用所述一種雙通道輻射譜儀的實(shí)驗(yàn)步驟為：

一.將所述輻射譜儀置于特定位置，以使得所述孔徑光闌與所述待測物體距離約為900毫米；

二.使用所述ccd攝像機(jī)觀測所述待測物體上的被探測區(qū)域的像，所述待測物體上只有被探測區(qū)域發(fā)出的光能進(jìn)入所述輻射譜儀中，被探測區(qū)域的面積為a；

三.通過移動(dòng)所述輻射譜儀來對所述待測物體上的不同區(qū)域進(jìn)行探測；

四.所述微波發(fā)生器輸出的微波頻率在某個(gè)固定值時(shí)，所述聲光可調(diào)諧濾波器aotf將光束中某個(gè)窄帶頻率范圍的光過濾出來，以掃描的方式改變所述微波發(fā)生器輸出的微波頻率，以調(diào)控所述聲光可調(diào)諧濾波器aotf掃描過濾窄帶光；

五.同時(shí)采集所述窄帶輸出信號u1以及所述寬帶輸出信號u2：

六.分別在所述待測物體溫度t1和t2時(shí)，同時(shí)采集窄帶輸出信號u1以及寬帶輸出信號u2，并通過計(jì)算機(jī)分析得出s1，1、s1，2、s2，1、s2，2，并最終得到t1和t2的值。

由于典型的探測光功率較低，由光二級管產(chǎn)生的光電流需要通過高增益跨阻抗放大器轉(zhuǎn)換成電壓，一路輸出電壓信號u1即所述窄帶輸出信號，另一路輸出電壓信號u2即所述寬帶輸出信號，將所述兩個(gè)信號結(jié)合就能夠得到更為精確的熱力學(xué)溫度值，

其中，g1是所述跨阻抗放大器i增益，b1是所述光電二極管i的光通量相對于進(jìn)入所述孔徑光闌的光通量的比值，其中g(shù)2是所述跨阻抗放大器ii增益，b2是進(jìn)入所述光電二極管ii的光通量相對于進(jìn)入所述孔徑光闌的光通量的比值，光在光學(xué)元件表面的反射會(huì)產(chǎn)生損耗，t²(λ，v0)是本發(fā)明的雙通構(gòu)型的所述聲光可調(diào)諧濾波器aotf在某個(gè)頻率下的透射系數(shù)，spd(λ)是光電二極管的光譜響應(yīng)，φi(λ)是輸入光通量密度，且其在進(jìn)入輻射譜儀后取決于光源的光譜輻射l(λ)，φi(λ)＝ω·a·l(λ)，λ代表波長。所述窄帶輸出信號u1以及寬帶輸出信號u2能夠輸入計(jì)算機(jī)計(jì)算。

本發(fā)明光路i中，光依次經(jīng)過孔徑光闌、復(fù)消色差透鏡、起偏器、視場光闌、準(zhǔn)直透鏡、分束器、lyot光闌、聲光可調(diào)諧濾波器aotf、透鏡ii、平面鏡ii、透鏡ii、聲光可調(diào)諧濾波器aotf、lyot光闌、分束器、平面鏡i、透鏡i、光電二極管i；在光路ii中，光依次經(jīng)過孔徑光闌、復(fù)消色差透鏡、起偏器、視場光闌、準(zhǔn)直透鏡、分束器、平面鏡iii、透鏡iii、光電二極管ii。

光路i的相對光譜響應(yīng)s1(λ)＝r1(λ)/k1，光譜響應(yīng)r1(λ)，k1為常數(shù)；光路ii的相對光譜響應(yīng)s2(λ)＝r2(λ)/k2，光譜響應(yīng)r2(λ)，k2為常數(shù)。光路ii的光譜響應(yīng)僅由光電二極管的光譜響應(yīng)決定，因此與光路i的光譜響應(yīng)不同。

所述待測物體在t1溫度時(shí)，使用本發(fā)明的譜儀進(jìn)行測量，由所述窄帶輸出信號得到由所述寬帶輸出信號得到

所述待測物體在t2溫度時(shí)，使用本發(fā)明的譜儀進(jìn)行測量，由所述窄帶輸出信號得到由所述寬帶輸出信號得到其中，lb(λ，t)為普朗克方程，進(jìn)一步得到：

假設(shè)：在每個(gè)波長條件下，在上述兩個(gè)溫度時(shí)，黑體的有效輻射系數(shù)是一樣的，通過放寬單色條件來引入非線性；使用sakuma-hattori等式代入等式(a1)和(a2)，其中s為光譜響應(yīng)，c為標(biāo)量系數(shù)，c2為第二輻射常數(shù)，λx為有效波長，t為溫度(以開爾文為單位)，等式(a1)和(a2)變?yōu)椋?/p>

和

其中ri＝1或2，分別代表光路i和光路ii，λ0，i是光譜響應(yīng)的平均波長，σi是光譜響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差，ri是相對帶寬，用于表征不同光譜響應(yīng)。對于合適的r1和r2值，特別是r2與r1差別較大時(shí)，等式(b1)和(b2)包含了足夠的非線性，從而能夠更精確地求解出t1和t2的值，而當(dāng)光路ii中的光是寬帶光時(shí)，σ2相對較大，能夠滿足r1和r2之間的條件，因此，本譜儀必須的技術(shù)特征為能夠用于收集寬帶信號的光路ii，這樣，能夠使用一個(gè)寬帶輸出信號，改善了t1和t2求解的精確度。

本發(fā)明的有益效果是：

所述一種雙通道輻射譜儀，衍射旁瓣小，帶外光的影響減弱；能夠同時(shí)測量寬帶和窄帶信號，因此只需要相對的光譜響應(yīng)，從而實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜度降低，并提高了熱力學(xué)溫度測量的精度。

附圖說明

下面結(jié)合本發(fā)明的圖形進(jìn)一步說明：

圖1是本發(fā)明示意圖。

圖中，1.光源，2.孔徑光闌，3.復(fù)消色差透鏡，4.光學(xué)暗箱，5.起偏器，6.視場光闌，7.準(zhǔn)直透鏡，8.分束器，9.平面鏡i，10.透鏡i，11.光電二極管i，12.跨阻抗放大器i，13.窄帶輸出信號，14.lyot光闌，15.聲光可調(diào)諧濾波器aotf，16.透鏡ii，17.平面鏡ii，18.微波發(fā)生器，19.寬帶輸出信號，20.跨阻抗放大器ii，21.光電二極管ii，22.透鏡iii，23.平面鏡iii，24.ccd攝像機(jī)。

具體實(shí)施方式

如圖1是本發(fā)明示意圖，主要包括孔徑光闌2、復(fù)消色差透鏡3、光學(xué)暗箱4、起偏器5、視場光闌6、準(zhǔn)直透鏡7、分束器8、平面鏡i9、透鏡i10、光電二極管i11、跨阻抗放大器i12、窄帶輸出信號13、lyot光闌14、聲光可調(diào)諧濾波器aotf15、透鏡ii16、平面鏡ii17、微波發(fā)生器18、寬帶信號輸出19、跨阻抗放大器ii20、光電二極管ii21、透鏡iii22、平面鏡iii23、ccd攝像機(jī)24，所述復(fù)消色差透鏡3、起偏器5、視場光闌6、準(zhǔn)直透鏡7、分束器8、平面鏡i9、透鏡i10、光電二極管i11、跨阻抗放大器i12、lyot光闌14、聲光可調(diào)諧濾波器aotf15、透鏡ii16、平面鏡ii17、跨阻抗放大器ii20、光電二極管ii21、透鏡iii22、平面鏡iii23、ccd攝像機(jī)24位于所述光學(xué)暗箱4內(nèi)并組成輻射譜儀，所述輻射譜儀入口側(cè)具有待測物體1，所述微波發(fā)生器18連接所述聲光可調(diào)諧濾波器aotf15，所述孔徑光闌2直徑30毫米、且位于所述光學(xué)暗箱4入口處，所述視場光闌6直徑1毫米，進(jìn)而能夠決定所述待測物體1上被探測的區(qū)域相對于所述輻射譜儀的立體角ω，所述起偏器5用于控制入射光的線性光學(xué)偏振的方向，所述ccd攝像機(jī)24用于收集被所述起偏器5折射的p偏振光，以對所述待測物體1上被探測的區(qū)域進(jìn)行成像，在所述聲光可調(diào)諧濾波器aotf15的前側(cè)面的所述lyot光闌14用于對輻射譜儀的調(diào)制傳輸函數(shù)進(jìn)行過濾，以減少裝置中的雜散光；本譜儀具有兩個(gè)光路，在光路i中，所述待測物體1發(fā)出的光依次經(jīng)過所述孔徑光闌2、復(fù)消色差透鏡3、起偏器5、視場光闌6、準(zhǔn)直透鏡7至分束器8，一部分入射光通過所述分束器8并經(jīng)過lyot光闌14、到達(dá)所述聲光可調(diào)諧濾波器aotf15并被折射形成第一次濾出光射出，所述第一次濾出光通過所述透鏡ii16到達(dá)平面鏡ii17、并被所述平面鏡ii17反射后通過所述透鏡ii16，再次進(jìn)入所述聲光可調(diào)諧濾波器aotf15中，經(jīng)過第二次折射后其偏振方向不變并形成與原光束傳播方向相對的第二次濾出光，所述第二次濾出光經(jīng)過所述lyot光闌14到達(dá)所述分束器8，所述分束器8用于使得約20％的第二次濾出光發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并經(jīng)所述平面鏡i9和透鏡i10進(jìn)入所述光電二極管i11；在光路ii中，所述分束器8將一部分所述待測物體1發(fā)出的經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡7到達(dá)其前側(cè)面的光折射，并經(jīng)所述平面鏡iii23和透鏡iii22進(jìn)入所述光電二極管ii21；進(jìn)入所述光電二極管ii21的光未經(jīng)過所述聲光可調(diào)諧濾波器aotf15濾波，其在所述光電二極管ii21中轉(zhuǎn)換成電壓信號，通過所述跨阻抗放大器ii20放大后直接得到所述寬帶信號輸出19；進(jìn)入所述光電二極管i11的光兩次經(jīng)過所述聲光可調(diào)諧濾波器aotf15，其在所述光電二極管i11中轉(zhuǎn)換成電壓信號，再通過所述跨阻抗放大器i12放大后得到所述窄帶輸出信號13。