一种光纤光谱仪信噪比的精确测量方法技术

本发明专利技术提供一种光纤光谱仪信噪比的精确测量方法，包括以下步骤：步骤101：连接相关设备；步骤102：实现不同光强下的光纤光谱仪的信噪比测量；步骤103：经过N次信号采集测量，计算阵列光电探测器第i个曝光像素所对应信号的校正平均值μi与信号偏离平均值的抖动值σi的比值。采用上述方案，能够适应光纤光谱仪信噪比的测量需要，不仅能够减小或降低杂散光的影响，而且通过可调光衰减器能够便捷改变光纤光谱仪的入射光强度大小，实现不同入射光强度下其信噪比的精确地测量。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供，包括以下步骤：步骤101：连接相关设备；步骤102：实现不同光强下的光纤光谱仪的信噪比测量；步骤103：经过N次信号采集测量，计算阵列光电探测器第i个曝光像素所对应信号的校正平均值μi与信号偏离平均值的抖动值σi的比值。采用上述方案，能够适应光纤光谱仪信噪比的测量需要，不仅能够减小或降低杂散光的影响，而且通过可调光衰减器能够便捷改变光纤光谱仪的入射光强度大小，实现不同入射光强度下其信噪比的精确地测量。【专利说明】
本专利技术属于光纤光谱仪信噪比的精确测量
，尤其涉及的是。
技术介绍
采用阵列光电器件作为探测器件已经广泛应用在小型化的光纤光谱仪器之中，用以对从紫外到近红外波段信号的光谱分析(190nm-1100nm)。光学信噪比作为信号与噪声区分能力的主要判断尺度，是反映该型光谱仪器的重要技术指标，体现了评价仪器的弱光响应、检测容限等特性，目前还没有该型光谱仪器信噪比的规范测试方法，现有技术中仅阐述了针对傅立叶变换光谱仪、成像光谱仪信噪比的理论研究与实验。论文“Fourier变换光谱仪信噪比测量方法研究”(光子学报，第36卷第6期，第1110?1114页，2007年6月)公开了一种测量计算Fourier变换光谱仪信噪比的方法。该文献中提出使用太阳光、太阳模拟器与积分球结合等谱线尽可能均匀的稳定光源，利用Fourier变换光谱仪对其光谱进行连续测量，通过测量其原始光谱和复原光谱，计算信噪t匕。通过多次测量得到一组信噪比，其平均值即可作为仪器的信噪比指标。利用该方法计算的信噪比较传统方法计算的信噪比高约1.5倍，并通过计算机模拟和理论分析给予证明。另外针对Fourier变换光谱仪的主要误差源，特别提出为了避免零光程差采样位置的变化引起的复原光谱强度失真，采样频率应适当高于Nyquist频率。论文“大孔径静态干涉成像光谱仪的信噪比分析”(光子学报，第36卷第10期，第1889?1892页，2007年6月)根据大孔径静态干涉成像光谱仪的原理和特点，分析了光辐射能在光学系统内的传输情况，对探测器上接收到的光辐射能信号和噪音信号做了详细的理论推导，得到了仪器理论信噪比的表达式。在实验上以大口径积分球为辐射源，采集仪器输出的干涉图像，计算得到仪器的实际信噪比曲线，对大孔径静态干涉成像光谱仪的理论信噪比曲线与实际的信噪比曲线做分析比较，结果验证了用推导的理论信噪比表达式来预估仪器信噪比的可行性。现有技术的缺点:1.现有技术是在固定的光照强度下进行的测量，不能完成不同输入光强度下信噪比的精确测量；2.现有技术在测量过程中，采用积分球作为入射光源，环境背景光会成为杂散光进入光谱仪，不利于光学系统信噪比结果的精确测量；3.阵列光电探测器除曝光像素外，在其边缘还有一些非曝光像素，现有的技术没有将非曝光像素信号作为暗响应来加以有效利用去测量信噪比。因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供。本专利技术的技术方案如下:，其中，包括以下步骤:步骤101:将驱动电源与光纤光源连接，再将光纤光源通过连接光纤与可调光衰减器连接，将可调光衰减器通过连接光纤与光纤光谱仪连接，同时可调光衰减器及光纤光谱仪分别与主控计算机相连接；步骤102:所述可调光衰减器通过连接光纤接收来自光纤光源的光信号，其工作波长、与连接光纤的接口标准应和光纤光源相互匹配，可调光衰减器根据光信号强度需要在计算机控制下精细调节入射光的光强，再由连接光纤将光信号传输到光谱仪中，从而实现不同光强下的光纤光谱仪的信噪比测量；步骤103:对采用阵列光电器件的光纤光谱仪经过N次信号采集测量，阵列光电探测器第i个曝光像素所对应信号的校正平均值μ i与信号偏离平均值的抖动值σ i的比值即为信噪比为公式一:【权利要求】1.，其特征在于，包括以下步骤: 步骤101:将驱动电源与光纤光源连接，再将光纤光源通过连接光纤与可调光衰减器连接，将可调光衰减器通过连接光纤与光纤光谱仪连接，同时可调光衰减器及光纤光谱仪分别与主控计算机相连接； 步骤102:所述可调光衰减器通过连接光纤接收来自光纤光源的光信号，其工作波长、与连接光纤的接口标准应和光纤光源相互匹配，可调光衰减器根据光信号强度需要在计算机控制下精细调节入射光的光强，再由连接光纤将光信号传输到光谱仪中，从而实现不同光强下的光纤光谱仪的信噪比测量； 步骤103:对采用阵列光电器件的光纤光谱仪经过N次信号采集测量，阵列光电探测器第i个曝光像素所对应信号的校正平均值P i与信号偏离平均值的抖动值σ i的比值即为信噪比为公式一: 2.如权利要求1所述的光纤光谱仪信噪比的精确测量方法，其特征在于，所述步骤101中，所述驱动电源用于控制光纤光源产生稳定的输出；所述光纤光源产生的光信号为紫外、可见光或近红外任意波段；所述可调光衰减器通过连接光纤接收来自光纤光源的光信号，其工作波长、与连接光纤的接口标准应和光纤光源相互匹配，可调光衰减器根据光信号强度需要在计算机控制下精细调节入射光的光强，再由连接光纤将光信号传输到光谱仪中，从而实现不同光强下的光纤光谱仪的信噪比测量；所述连接光纤为FC/UPC、SMA905标准接口 ；所述主控计算机对可调衰减器进行相应的衰减控制，产生不同强度的入射光信号，并且采集不同光强度下待测像素位置的光谱信号，同时采集阵列光电器件非曝光像素信号作为暗响应，完成不同光强 下的信噪比测量。【文档编号】G01J3/28GK103968943SQ201410168268【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日 【专利技术者】聂建华, 吴威, 鞠军委 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤光谱仪信噪比的精确测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤101：将驱动电源与光纤光源连接，再将光纤光源通过连接光纤与可调光衰减器连接，将可调光衰减器通过连接光纤与光纤光谱仪连接，同时可调光衰减器及光纤光谱仪分别与主控计算机相连接；步骤102：所述可调光衰减器通过连接光纤接收来自光纤光源的光信号，其工作波长、与连接光纤的接口标准应和光纤光源相互匹配，可调光衰减器根据光信号强度需要在计算机控制下精细调节入射光的光强，再由连接光纤将光信号传输到光谱仪中，从而实现不同光强下的光纤光谱仪的信噪比测量；步骤103：对采用阵列光电器件的光纤光谱仪经过N次信号采集测量，阵列光电探测器第i个曝光像素所对应信号的校正平均值μi与信号偏离平均值的抖动值σi的比值即为信噪比为公式一：SNRi=μiσi]]>其中，μi是曝光像素经过N次测量的平均响应值的校正值，通过直接采集到的原始信号均值μiall扣除暗电流响应均值μdark得到，公式二：μi＝μiall‑μdarkμiall通过第i个曝光像素信号值Qi通过N次测量经平均计算得出，公式三：μiall=1NΣNQi]]>μdark是通过利用阵列光电探测器非曝光像素信号作为暗响应来获取的，将采集到的多个非曝光像素信号均值作为μdark，假设光电探测器的非曝光像素个数是M，则μdark表示为，公式四：μdark=1MNΣn=0NΣm=0MPmn]]>其中，为第m个非曝光像素的暗响应信号值。抖动值σi为第i个曝光像素信号值Qi减去其经N次测量信号均值的校正值μi，用其均方根值σRMS描述为公式五：σi=σRMS=ΣN(Qi-μi)2N]]>则光纤光谱仪第i个曝光像素的信噪比为，公式六：SNRi=μiall-μdarkΣN(Qi-μi)2N]]>或公式七：SNRλ=μλσλμλall-μdarkΣN(Qλ-μλ)2N]]>其中，μλ、σλ、Qλ分别表示N次测量条件下：波长λ所对应信号的校正值、信号偏离平均值的抖动值和各次测量时原始信号值，μλall表示波长λ所对应的原始信号均值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：聂建华，吴威，鞠军委，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37