针对LED全光谱检测的快速多通道光谱仪制造技术

本发明专利技术提出了一种针对LED全光谱检测的快速多通道光谱仪，包括光学系统、探测器、信号处理电路、单片机主控系统、控制信号产生电路；所述光学系统将LED发出的光均匀地照射到探测器上，光学系统的结构为交叉式切尔尼‑特纳系统；所述探测器为MOS线阵图像探测器S3901‑256LVF，由带有线性可变滤光片的自扫描光电二极管阵列组成；信号处理电路用于驱动探测器以及对探测器输出的信号进行放大；单片机主控系统控制控制信号产生电路产生信号处理电路所需的两路输入信号：主时钟信号和主起始信号。本发明专利技术能够实现测试参数多样化，可以同时并行探测多个信号，测量时间极短信噪比较高，对光源的稳定性要求较低，不必使用机械扫描就行获得空间分辨率和时间分辨光谱。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测试仪器
，具体涉及一种针对LED全光谱检测的快速多通道光谱仪。
技术介绍
由于LED产业的快速发展，竞争不断加剧，LED的品质受到了前所未有的重视，尤其是在大屏幕显示、LED照明光源、通讯等对颜色和波长的准确度要求较高的场合，LED各项特性参数的品质控制的重要性就越显突出，因此，准确定量地测量LED及其应用产品的各种特性参数也变得越来越重要。发光二极管既是一个半导体二极管，又是一个光源，所以，我们既需要测量它作为半导体器件的电参数，电参数是衡量一个发光二极管是否能正常工作的最基本的判据，通常包括正相电流和正相电压、反相电流和反相电压。同时，还需要测量它作为一个光源的光和辐射在空间分布的能量参数，通常包括相对光谱能量分布曲线、峰值波长、峰值波长半宽度、色坐标以及主波长。目前，国内外都有一些公司在研制和生产发光二极管的光电参数测试仪器，国外典型的生产厂家有：美国的VIM公司、TEK公司、AOT公司、OceanOptics公司、Labsphere公司等，国内也有一些生产厂家，如广州致远电子有限公司设计开发的LED测试仪器，主要测试短路、断路、反向电流、正向压降及定电流显示测试，杭州远方光电信息有限公司推出的LED专用测试仪系列，可以实现LED光、色、电性能的测试。总体来说，国外LED测试仪器具有高性能、高精度的特点，但价格上都普遍较昂贵，国内LED的检测手段还比较欠缺的。因此，随着LED的日益广泛应用，LED性能的测试愈显重要，我们国家LED测试行业还有很长的路需要走。光谱仪是一种应用光学原理，对物质的结构和成分等进行光谱研究的光学装置，具有分析精度高、测量范围大、速度快等优点，广泛应用于冶金、地质、石油、化工、医药卫生、环境保护等部门；也是军事侦察、宇宙探索、资源和水文探测器等必不可少的遥感设备。一般光谱仪器的基本组成有光源和照明系统、准直系统、色散系统、成像系统以及接受、检测显示系统。通常将准直系统、色散系统和成像系统三部分合称为光谱仪的光学系统。光学系统主要进行分光，接受系统进行光谱信号的采集，最后将采集到的信号通过接口输入计算机中进行分析，最终得出探测对象的一些信息，传统光谱仪器对其实验室仪器和专用仪器形式出现，由于体积庞大、价格昂贵，使其应用范围受到很大的限制。随着各个行业的发展，实验室里的光谱仪已经不能满足需求，许多应用领域对光谱仪器提出了新的要求，需要使用光谱仪进行更多实时的测量分析。光谱仪是LED和照明光电检测行业最为重要的设备，通过光谱仪可实现光谱测量从而分析出所需的各项参数。评价光谱仪的主要指标包括探测范围、杂散光水平、准确度、稳定性、测试速度等。目前行业内常见的光谱仪主要有机械扫描式光谱仪和快速多通道光谱仪。机械扫描式光谱仪历史相对较长，由于光学结构设计、探测器响应等原因，测量耗时较长，尤其是机械扫描式双单色仪光谱仪，精度极高但测量时间很长，仅适用于实验室或科研机构。随着探测器技术的发展、新型探测器件的成熟和应用，出现了多通道光谱仪，测试速度得到大幅提升；但此类光谱仪在精度上相对较低。行业内各企业通过改良机械设计、改善光学匹配性、采用不同类型的杂散光控制技术、软件技术等，提高光谱仪的各项性能。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种针对LED全光谱检测的快速多通道光谱仪，能够实现测试参数多样化，可以同时并行探测多个信号，测量时间极短信噪比较高，对光源的稳定性要求较低，不必使用机械扫描就行获得空间分辨率和时间分辨光谱。采用本专利技术的快速多通道光谱仪的测试系统容易实现便携化、小型化、快速化和高精度化，符合高速测量的要求。本专利技术具体通过如下技术方案实现：一种针对LED全光谱检测的快速多通道光谱仪，包括光学系统、探测器、信号处理电路、单片机主控系统、控制信号产生电路；所述光学系统将LED发出的光均匀地照射到所述探测器上，所述光学系统包括光纤和积分球，其中，所述光纤用于测量LED芯片，所述积分球用于测量LED成品管；所述光学系统的结构为交叉式切尔尼-特纳系统；所述探测器为MOS线阵图像探测器S3901-256LVF，由带有线性可变滤光片的自扫描光电二极管阵列组成，所述线性可变滤光片把入射到它上面的光按波长依次分开，从而能够快速分光，其后由所述自扫描光电二极管列阵接收，进行整个波段的全光谱测量；所述信号处理电路用于驱动探测器以及对所述探测器输出的信号进行放大；所述单片机主控系统控制所述控制信号产生电路产生所述信号处理电路所需的两路输入信号：主时钟信号和主起始信号。进一步地，所述多通道光谱仪还包括A/D采集系统、串行通信接口，其中，所述A/D采集系统对所述信号处理电路输出的信号进行采集，通过串行通信接口发送给计算机。进一步地，所述主起始信号的周期即是所述探测器的积分时间。进一步地，所述信号处理电路为C4070电路板。进一步地，C4070需要得到外部的主时钟和主起始信号才能产生S3901-256LVF所需的驱动信号。进一步地，所述控制信号产生电路为可编程定时/计数器芯片8253-PIT或8253-PIT的改进型芯片8254-PIT。进一步地，所述单片机主控系统采用LH-MPU89C51控制板，它的CPU为Atmel公司生产的89C51/89C52。进一步地，所述串行通信接口为RS-232C，RS-232C提供了单片机与单片机、单片机与PC机间串行数据通信的标准接口。附图说明图1是本专利技术的快速多通道光谱仪的工作原理示意图的示意图；图2是本专利技术的快速多通道光谱仪的系统框图；图3(a)是李特洛光学系统示意图；图3(b)是艾伯特-法斯梯光学系统示意图；图3(c)是切尔尼-特纳光学系统示意图；图3(d)是叉式切尔尼-特纳光学系统示意图；图4是MOS线阵图像探测器S3901-256LVF示意图；图5是信号处理电路C4070原理图；图6是采用MAX232接口的串行通信电路图。具体实施方式下面结合附图说明及具体实施方式对本专利技术进一步说明。快速多通道光谱仪是在单通道光谱仪的基础上发展起来的一种新型的仪器，该快速多通道光谱测量仪一个主要应用是LED产品的检测。一般的单通道光谱仪只能探测一路光信号，而多通道光谱仪可以同时并行探测多个信号，多通道光谱仪的工作原理如附图1所示。从结构上来看，本专利技术用于LED光谱特性参数测试的快速多通道光谱仪主要由光学系统、探测器、信号处理电路、单片机主控系统、控制信号产生电路、A/D采集系统、串行通信接口和计算机组成。光学系统的设计本专利技术的光谱仪的光学系统的作用是使LED发出的光能均匀地照射到探测器上。考虑到对LED芯片测量的方便，所以本专利技术选用了两套光学系统：光纤和积分球。光纤主要用来测量LED芯片，因为光纤易于弯折，测量方位容易调整。积分球主要用来测量LED成品管，根据CIE1984年第63号出版物推荐，光谱辐射度测量最精确方法是在单色仪入射狭缝前加个积分球，这样可使入射狭缝得到均匀照明。本专利技术的光谱仪没有使用棱镜或光栅作为单色仪进行分光，而是选用了日本滨松公司(Hamamatsu Photonics K.K.)出品的MOS线阵图像探测器(S3901-256LVF)作为光谱测量探测器，所述探测器的优点在于它自身带有线性可变滤光片，这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对LED全光谱检测的快速多通道光谱仪，其特征在于：所述多通道光谱仪包括：光学系统、探测器、信号处理电路、单片机主控系统、控制信号产生电路；所述光学系统将LED发出的光均匀地照射到所述探测器上，所述光学系统包括光纤和积分球，其中，所述光纤用于测量LED芯片，所述积分球用于测量LED成品管；所述光学系统的结构为交叉式切尔尼‑特纳系统；所述探测器为MOS线阵图像探测器S3901‑256LVF，由带有线性可变滤光片的自扫描光电二极管阵列组成，所述线性可变滤光片把入射到它上面的光按波长依次分开，从而能够快速分光，其后由所述自扫描光电二极管列阵接收，进行整个波段的全光谱测量；所述信号处理电路用于驱动探测器以及对所述探测器输出的信号进行放大；所述单片机主控系统控制所述控制信号产生电路产生所述信号处理电路所需的两路输入信号：主时钟信号和主起始信号。

【技术特征摘要】
1.一种针对LED全光谱检测的快速多通道光谱仪，其特征在于：所述多通道光谱仪包括：光学系统、探测器、信号处理电路、单片机主控系统、控制信号产生电路；所述光学系统将LED发出的光均匀地照射到所述探测器上，所述光学系统包括光纤和积分球，其中，所述光纤用于测量LED芯片，所述积分球用于测量LED成品管；所述光学系统的结构为交叉式切尔尼-特纳系统；所述探测器为MOS线阵图像探测器S3901-256LVF，由带有线性可变滤光片的自扫描光电二极管阵列组成，所述线性可变滤光片把入射到它上面的光按波长依次分开，从而能够快速分光，其后由所述自扫描光电二极管列阵接收，进行整个波段的全光谱测量；所述信号处理电路用于驱动探测器以及对所述探测器输出的信号进行放大；所述单片机主控系统控制所述控制信号产生电路产生所述信号处理电路所需的两路输入信号：主时钟信号和主起始信号。2.根据权利要求1所述的多通道光谱仪，其特征在于：所述多通道光谱仪还包括A/D采集系统、串行通信接口，其中，所述A/D采...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岢，陈晓威，罗旭，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44