一种均匀光源的辐射特性测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种均匀光源的辐射特性测试装置及方法，该设备兼备面均匀性测试功能以及角均匀性测试功能，具有结构简单，测量速度快、通用性强的优点，该测试装置包括支架、升降机构、轻质横杆，多个光电探测器组件以及信号处理及测量控制单元；升降机构与支架连接，轻质横杆安装在升降机构上，多个光电探测器组件并排安装在轻质横杆上，信号处理及测量控制单元安装在支架上。采用横向均布光电探测器纵向推扫的方法实现均匀光源的面均匀性的测试，采用角度均布光电探测器的方法实现了均匀光源的角均匀性测试。

【技术实现步骤摘要】
一种均匀光源的辐射特性测试装置及方法
本专利技术涉及光学测试
，具体涉及一种均匀光源的辐射特性测试装置及方法。
技术介绍
均匀光源，作为成像相机相对和绝对辐射定标实验中不可或缺的试验设备，其辐射特性的优劣直接影响试验精度，进而影响被试相机的修正水平和准确程度。随着空间遥感相机分辨率的不断提高，其口径也在不断加大，为满足辐射定标的基本原理要求，均匀辐射光源的口径也随之增大，对其辐射特性的要求也在不断提高。随着均匀光源输出口径的不断提高，其辐射输出特性的测试也愈发困难，尤其是其面均匀性和角均匀性。现有小口径(≤1m)面均匀性的测试方法如图1所示，在均匀光源01输出面前方安装X-Y坐标扫描装置，其运动平面垂直于均匀光源01的光轴，扫描平面为均匀光源01出射面的外切正方形。光电探测器02安装在X-Y坐标扫描架上，使其光轴垂直于均匀光源01输出平面。扫描架带动光亮度计以一定的X向和Y向步长移动，对整个均匀光源01出射面进行网格状扫描，扫描结束，人工剔除那些位于出射平面外的数据点，按照评价算法计算此均匀光源01出射面的面均匀性。此方法存在如下问题：随着均匀光源出射面的进一步增大，如2m，需要搭建更大尺寸的X-Y扫描架，使得标定设备过于庞大沉重，不易调试、移动。现有小口径(≤1m)角均匀性的测试方法如图2所示，其定义为在垂直于均匀光源01出射面的平面03内，以均匀光源01出射面圆心04为原点，以均匀光源10出射面半径05为半径，沿水平方向和垂直方向扫描形成的圆弧线上，一定角度范围内光亮度的均匀性。按照此定义，光电探测器02的运动轨迹为圆弧线，圆弧中心为均匀光源01出射面圆心，半径为均匀光源01出射面半径。要进行角均匀性测试，必须配置与均匀光源出射面直径一致的圆弧导轨，但是由于不同口径均匀光源的均匀光源出射面尺寸不同，因此圆弧导轨的半径也随之变化，不同半径的圆弧导轨之间不能通用，容易造成资源浪费；而且随着均匀光源出射面的直径不断增大，配备相适应的导轨越来越复杂，投入不断提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有超大口径(1m～2m)均匀光源均匀性测试时，现有面均匀性测试装置结构复杂，庞大沉重，以及角均匀性测试装置不能通用、结构复杂，难以满足均匀光源出射面直径不断增大的实际需要等问题，而提供一种均匀光源的辐射特性测试装置及方法。实现了仅使用一套设备，即可同时完成(100mm～2000mm)均匀光源的面均匀性、角均匀性(X向和Y向)的测试装置和方法，提高了测量设备的适应性和测试效率。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：本专利技术提供了一种均匀光源的辐射特性测试装置，其特殊之处在于，包括升降机构、载物板、轻质横杆、光电探测器组件以及信号处理及测量控制单元；载物板安装于升降机构上，在升降机构驱动下可沿竖直方向移动；轻质横杆安装于载物板上，且可以载物板中心为圆心做旋转运动，轻质横杆的长度大于等于待测均匀光源的出射面尺寸；光电探测器组件设置为多个，均包括光电探测器、滑动架以及连接板；滑动架卡装于所述轻质横杆上，连接板一端固定光电探测器，另一端与所述滑动架铰接；轻质横杆上设有刻度尺，用于对每个探测器的单元的位置进行指示；载物板上设有刻度范围为±90°的第一角刻度尺，用于手动旋转轻质横杆时，对其旋转角度进行指示；滑动架上设有第二角度尺，用于对各光电探测器的光轴指向进行指示；所有光电探测器均与所述信号处理及测量控制单元电连接，用于将光电探测器输出的电流信号进行处理；信号处理及测量控制单元同时与升降机构电连接，用于控制升降机构上下移动。进一步地，上述支架包括水平支架和垂直设置在水平支架端部的竖直支架；所述升降机构设置在竖直支架上，所述水平支架后部安装信号处理及测量控制单元；所述水平支架的四个角上分别设有调平螺栓。进一步地，上述升降机构包括电机、直线导轨副、滚珠丝杠幅组合而成的结构，直线导轨副、滚珠丝杠幅均安装于所述竖直支架上，电机与滚珠丝杠副中丝杠连接，载物板与直线导轨幅的滑块连接。进一步地，上述轻质横杆通过转盘组件安装于载物板中心设置的转轴上；所述转盘组件包括转盘、连接臂以及第一锁紧手柄；转盘安装于所述转轴上，转盘上开设有圆弧槽，圆弧槽上设置有第一锁紧手柄，轻质横杆通过两个连接臂与转盘固定连接。进一步地，上述连接板与滑动架铰接点处设有第二锁紧手柄。进一步地，上述轻质横杆上安装有线缆槽，所有光电探测器的输出信号线经由线缆槽统一汇聚于所述竖直支架两侧的履带式线缆架内，并与所述信号处理及测量控制单元连接。进一步地，上述信号处理及测量控制单元包括信号处理单元、数据采集卡、主控计算机和电机控制装置，信号处理单元用于将光电探测器输出的电流信号转换为电压信号并放大；数据采集卡用于采集信号处理单元输出的电压信号，并对其进行模数转换后传输至主控计算机；主控计算机用于规划测试路径，同时对模数转换后的数据进行处理；电机控制装置将主控计算机的运动控制指令转换为驱动电机运动的电信号。进一步地，上述光电探测器采用筒式机械结构，适配3°视场角的光学透镜。本专利技术还提供一种均匀光源辐射特性的测试方法，用于对均匀光源面均匀性进行测试，包括以下步骤：步骤1：根据待测均匀光源出射面的口径，以均布为原则调整所有光电探测器的间距，并调整每个光电探测器的光轴指向，使它们都垂直于均匀光源出射面，轻质横杆保证水平，每个光电探测器的位置在整个测试过程保持不变；步骤2：通过升降机构调整轻质横杆的初始高度，使位于轻质横杆中点位置的光电探测器光轴与待测均匀光源出射面的中心等高；步骤3：根据测试要求，设置轻质横杆沿竖直方向移动的步长；步骤4：信号处理及测量控制单元根据待测均匀光源辐射面口径，控制轻质横杆移动到竖直方向的起始位置；步骤5：到位后启动测试过程，信号处理及测量控制单元记录轻质横杆的第一测量位置，以及每个光电探测器的水平位置，信号处理及测量控制单元采集各光电探测器输出的电流信号，并对所述电流信号进行电压转换、放大、以及数模转化；步骤6：之后控制升降机构带动轻质横杆下降到下一个测量位置，记录轻质横杆的第二测量位置，以及每个光电探测器的水平位置，信号处理及测量控制单元采集各光电探测器输出的电流信号，并对所述电流信号进行电压转换、放大、以及数模转化；重复步骤6，直至完成待测均匀光源出射面的推扫扫描；步骤7：信号处理及测量控制单元对每一个测量位置获取的数模转换后的有效数据进行处理，得到待测均匀光源的面均匀特性；所述步骤7中有效数据满足以下条件：(x2+y2)≤(R-r)2r＝D*tan(Φ/2)其中，x为光电探测器的水平方向坐标值；y为光电探测器的竖直方向坐标值；R为均匀光源出射面的输出口径的半径；r为光电探测器的可测量区域的半径；D为光电探测器距离均匀光源出射面的距离；Φ为光电探测器单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种均匀光源的辐射特性测试装置，其特征在于：/n包括升降机构、载物板、轻质横杆、光电探测器组件以及信号处理及测量控制单元；/n载物板安装于升降机构上，在升降机构驱动下可沿竖直方向移动；/n轻质横杆安装于载物板上，且可以载物板中心为圆心做旋转运动，轻质横杆的长度大于等于待测均匀光源的出射面尺寸；/n光电探测器组件设置为多个，均包括光电探测器、滑动架以及连接板；滑动架卡装于所述轻质横杆上，连接板一端固定光电探测器，另一端与所述滑动架铰接；/n轻质横杆上设有刻度尺，用于对每个探测器的单元的位置进行指示；/n载物板上设有刻度范围为±90°的第一角刻度尺，用于手动旋转轻质横杆时，对其旋转角度进行指示；/n滑动架上设有第二角度尺，用于对各光电探测器的光轴指向进行指示；/n所有光电探测器均与所述信号处理及测量控制单元电连接，用于将光电探测器输出的电流信号进行处理；/n信号处理及测量控制单元同时与升降机构电连接，用于控制升降机构上下移动。/n

【技术特征摘要】
1.一种均匀光源的辐射特性测试装置，其特征在于：
包括升降机构、载物板、轻质横杆、光电探测器组件以及信号处理及测量控制单元；
载物板安装于升降机构上，在升降机构驱动下可沿竖直方向移动；
轻质横杆安装于载物板上，且可以载物板中心为圆心做旋转运动，轻质横杆的长度大于等于待测均匀光源的出射面尺寸；
光电探测器组件设置为多个，均包括光电探测器、滑动架以及连接板；滑动架卡装于所述轻质横杆上，连接板一端固定光电探测器，另一端与所述滑动架铰接；
轻质横杆上设有刻度尺，用于对每个探测器的单元的位置进行指示；
载物板上设有刻度范围为±90°的第一角刻度尺，用于手动旋转轻质横杆时，对其旋转角度进行指示；
滑动架上设有第二角度尺，用于对各光电探测器的光轴指向进行指示；
所有光电探测器均与所述信号处理及测量控制单元电连接，用于将光电探测器输出的电流信号进行处理；
信号处理及测量控制单元同时与升降机构电连接，用于控制升降机构上下移动。


2.根据权利要求1所述的均匀光源的辐射特性测试装置，其特征在于：所述支架包括水平支架和垂直设置在水平支架端部的竖直支架；所述升降机构设置在竖直支架上，所述水平支架后部安装信号处理及测量控制单元；所述水平支架的四个角上分别设有调平螺栓。


3.根据权利要求2所述的均匀光源的辐射特性测试装置，其特征在于：所述升降机构包括电机、直线导轨副、滚珠丝杠幅组合而成的结构，直线导轨副、滚珠丝杠幅均安装于所述竖直支架上，电机与滚珠丝杠副中丝杠连接，载物板与直线导轨幅的滑块连接。


4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的均匀光源的辐射特性测试装置，其特征在于：轻质横杆通过转盘组件安装于载物板中心设置的转轴上；所述转盘组件包括转盘、连接臂以及第一锁紧手柄；转盘安装于所述转轴上，转盘上开设有圆弧槽，圆弧槽上设置有第一锁紧手柄，轻质横杆通过两个连接臂与转盘固定连接。


5.根据权利要求4所述的均匀光源的辐射特性测试装置，其特征在于：所述连接板与滑动架铰接点处设有第二锁紧手柄。


6.根据权利要求5所述的均匀光源的辐射特性测试装置，其特征在于：所述轻质横杆上安装有线缆槽，所有光电探测器的输出信号线经由线缆槽统一汇聚于所述竖直支架两侧的履带式线缆架内，并与所述信号处理及测量控制单元连接。


7.根据权利要求6所述的均匀光源的辐射特性测试装置，其特征在于：所述信号处理及测量控制单元包括信号处理单元、数据采集卡、主控计算机和电机控制装置，信号处理单元用于将光电探测器输出的电流信号转换为电压信号并放大；数据采集卡用于采集信号处理单元输出的电压信号，并对其进行模数转换后传输至主控计算机；主控计算机用于规划测试路径，同时对模数转换后的数据进行处理；电机控制装置将主控计算机的运动控制指令转换为驱动电机运动的电信号。


8.根据权利要求7所述的均匀光源的辐射特性测试装置，其特征在于：所述光电探测器采用筒式机械结构，适配3°视场角的光学透镜。


9.一种均匀光源辐射特性的测试方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的测试装置，用于对均匀光源的面均匀性进行测试，具体步骤如下：
步骤1：根据待测均匀光源出射面的口径，以均布为原则...

【专利技术属性】
技术研发人员：昌明，周艳，刘锴，李晶，薛勋，宋琦，曹昆，万伟，赵怀学，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61