一种大口径闪烁仪的发射端调焦系统技术方案

一种大口径闪烁仪的发射端调焦系统，包括大口径闪烁仪发射端、光轨、红外摄像机、白色接收屏和PC机，还包括可调增益通道的控制电路；控制电路包括按键、滤波器、CPU、通道选择模块、运放模块Ⅰ、运放模块Ⅱ、运放模块Ⅲ、运放模块Ⅳ和LED光源；按键依次通过滤波器、CPU、通道选择模块与运放模块Ⅰ、运放模块Ⅱ、运放模块Ⅲ和运放模块Ⅳ连接，运放模块Ⅰ、运放模块Ⅱ、运放模块Ⅲ和运放模块Ⅳ分别与LED光源连接；控制电路设置在大口径闪烁仪发射端内部，大口径闪烁仪发射端、红外摄像机和白色接收屏依次间隔的设置在光轨上，红外摄像机与PC机连接；实现在不同工作距离准直度高、大口径闪烁仪发射端出射光的一致性好的目的。出射光的一致性好的目的。出射光的一致性好的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种大口径闪烁仪的发射端调焦系统


[0001]本技术涉及大气光学、遥感领域，基于测量大气折射率结构常数和热通量的大口径闪烁仪，提供一种大口径闪烁仪的发射端调焦系统。

技术介绍

[0002]大气是以湍流形式存在的；当光波在湍流大气中传播时，湍流大气的随机起伏引起折射率起伏，从而产生光束漂移、大气闪烁、相位起伏、散射等一系列湍流效应，其主要影响是散射和吸收的作用；这个过程会导致光束能量的减少和信号的衰减，影响光波振幅的变化，从而导致光强起伏，即闪烁现象，现在我们已经可以使用光闪烁法遥测湍流大气。
[0003]随着对空间尺度扩展的日益需要，由于大口径闪烁仪可以测量几百米到数公里甚至以上的路径平均感热通量，其观测的空间尺度，与大气模式的网格尺度以及卫星遥感的像元尺度等匹配较好，为观测大尺度动量、热量与水汽通量的有效方法，因此大口径闪烁仪越来越普遍的应用在在众多的国际地表通量观测中区域的蒸散量监测，遥感估算地表通量以及中尺度数值天气与气候模式的校正与验证中，且具有广阔的发展前景。
[0004]然而在实际应用中，尤其是在大口径闪烁仪的发射端与接收器距离较远的情况下，发射端必须有准直度足够好的出射光能到达接收器，接收器才能在不同的安装距离下都能稳定、准确的测量大气折射率结构常数和热通量。在此背景下，调整发射端的焦点光源位置，使其出射光准直到达接收器至关重要。
[0005]传统的可见光准直调试方法是将光源调节至准直透镜的焦点附近，即将光源成像于无穷远处。中等精度的光学系统调试过程中，一般要求将光源成像于15米左右。一种简略的调试过程，在光学系统15米处安装一个接收屏，微调光源的相对位置，通过人眼观察接收屏上光源像，直到光源像对比度最清晰时调试完成。
[0006]大口径闪烁仪的光源有两个特点，一是属于红外波段人眼不可见，二是装调精度要求高，工作距离远，要求准直到5千米左右。按照传统的思路调试，通常使用红外显示卡来显色，但是无法将屏幕安置于5千米外去调试，实验室环境中通常只有10米~20米的空间。通过光学软件仿真显示将光源准直于5千米后，在较近距离（如14.7米处）安装接收屏，所呈现出来的光斑并不锐利，是一个边界渐变的近似圆形光斑，这使得通过人眼判断红外显示卡上的光斑误差很大，没有清晰的边界来判断之间大小。

技术实现思路

[0007]本技术针对现有技术中存在的不足，提供一种大口径闪烁仪的发射端调焦系统，这种装置和方法能调节大口径闪烁仪发射端中光源在光路中的位置，使其出射光功率到达接收器时的准直度最好，使现有技术存在的光源调焦不够精准、发射光准直度不够高问题迎刃而解。
[0008]为了实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：一种大口径闪烁仪的发射端调焦系统，包括大口径闪烁仪发射端、光轨、红外摄像机、白色接收屏和内置光路仿真软
件的PC机，还包括可调增益通道的控制电路；
[0009]所述控制电路包括按键、滤波器、CPU、通道选择模块、运放模块Ⅰ、运放模块Ⅱ、运放模块Ⅲ、运放模块Ⅳ和LED光源；
[0010]所述按键依次通过滤波器、CPU、通道选择模块与运放模块Ⅰ、运放模块Ⅱ、运放模块Ⅲ和运放模块Ⅳ连接，所述运放模块Ⅰ、运放模块Ⅱ、运放模块Ⅲ和运放模块Ⅳ分别与LED光源连接；
[0011]所述控制电路设置在大口径闪烁仪发射端内部，所述大口径闪烁仪发射端、红外摄像机和白色接收屏依次间隔的设置在光轨上，所述红外摄像机与PC机连接；
[0012]所述 LED光源通过大口径闪烁仪发射端镜筒内的准直透镜和窗口玻璃与白色接收屏对应设置。
[0013]所述光轨上设有刻度。
[0014]所述大口径闪烁仪发射端水平固定在光轨一端边缘，大口径闪烁仪发射端发射的光功率根据不同的距离需求选择不同的发射通道，将光功率调节成P、2P、3P、4P，且每一个倍数通道内也分别能在“0~P”、“0~2P”、“0~3P”、“0~4P”之间调节功率。
[0015]相对于现有技术，本技术的优点为：本系统通过光路仿真软件计算出给定距离的出射光斑半径大小，以此作为指导调节大口径闪烁仪发射端的LED光源位置，使发射端光线准直，实现在不同工作距离准直度高、大口径闪烁仪发射端出射光的一致性好的目的；不需要采购昂贵的红外显示卡或显示卡阵列，并且当红外摄像机位置和接收屏位置固定时，通过固定的机器视觉圆算法提取边缘并计算光斑半径的鲁棒性很高；以机器视觉为主、人员操作为辅的半自动化调试方法，将所有操作都量化为数据，实际操作结果可与理论仿真结果相对应，调焦结果更加准确、精细、可靠，提高了产品的一致性。
附图说明
[0016]图1为本技术系统装置的安装示意图；
[0017]图2为本技术 zemax建模分析图；
[0018]图3 为本技术可调增益通道的控制电路示意图；
[0019]图4为本技术大口径闪烁仪发射端内的结构示意图；
[0020]图5为本技术提取的光斑图像分析图。
具体实施方式
[0021]为了加深对本技术专利的理解和认识，下面结合附图和实施方式对本技术做出进一步的说明和介绍。
[0022]如图1所示，一种大口径闪烁仪的发射端调焦系统，包括大口径闪烁仪发射端1、光轨2、红外摄像机3、白色接收屏4和内置光路仿真软件的PC机5，还包括可调增益通道的控制电路；
[0023]控制电路包括按键、滤波器、CPU、通道选择模块、运放模块Ⅰ、运放模块Ⅱ、运放模块Ⅲ、运放模块Ⅳ和LED光源。
[0024]控制电路用于控制、调整LED光源的发射功率；
[0025]白色接收平屏用于接收LED光源发射的光斑图像，
[0026]红外摄像机用于采集白色接收屏上的光斑图像，并将光斑图像导入PC机， PC机利用机器视觉算法计算采集到的光斑图像半径R，并利用数值R作为指导，调整所述LED光源在光路中的位置，经过不断迭代能够调整至与仿真结果相同的光斑图像大小。
[0027]实施例1，一种大口径闪烁仪的发射端调焦系统的使用方法；
[0028]步骤一，如图2所示，在PC机5上利用光路仿真软件zemax建模，输入光路参数焦距160毫米、口径参数150毫米、工作距离14.7米，分析出距离发射端14.7米处的接收端接收到的光斑图形半径大小约110毫米。
[0029]步骤二，如图1所示，将大口径闪烁仪发射端1放置于平行光轨2一端刻度为0的位置，锁紧固定，红外摄像机3固定在光轨刻度为12.5米的位置锁紧，通过USB通讯线连接到PC机5，光轨另一端刻度为14.7米处固定白色接收屏4，屏面与光轨垂直，白色接收屏4为标准A3纸大小，长A和宽B分别为420毫米、297毫米，大口径闪烁仪发射端1与白色接收屏4之间的距离L为14.7米；红外摄像机3镜头对准白色接收屏4，确保能完整清晰地拍摄到完整屏幕图像，且不遮挡射线，摄像机通过通讯线连接到电脑显示图像，实时图像可拍照存储。
[0030]步骤三，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大口径闪烁仪的发射端调焦系统，包括大口径闪烁仪发射端（1）、光轨（2）、红外摄像机（3）、白色接收屏（4）和内置光路仿真软件的PC机（5），其特征在于：还包括可调增益通道的控制电路；所述控制电路包括按键、滤波器、CPU、通道选择模块、运放模块Ⅰ、运放模块Ⅱ、运放模块Ⅲ、运放模块Ⅳ和LED光源；所述按键依次通过滤波器、CPU、通道选择模块与运放模块Ⅰ、运放模块Ⅱ、运放模块Ⅲ和运放模块Ⅳ连接，所述运放模块Ⅰ、运放模块Ⅱ、运放模块Ⅲ和运放模块Ⅳ分别与LED光源连接；所述控制电路设置在大口径闪烁仪发射端（1）内部，所述大口径闪烁仪发射端（1）、红外摄像机（3）和白色接收屏（4）依次间隔的设...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝云霞，王喜宝，李义伟，赵芳芳，王龙，
申请(专利权)人：中环天仪天津气象仪器有限公司，
类型：新型
国别省市：