基于光学技术的大口径闪烁仪参数检定系统及检定方法与流程

本发明涉及光学检测，特别涉及一种基于光学技术的大口径闪烁仪参数检定系统及检定方法。

背景技术：

1、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；这一系列湍流效应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。测量大气的闪烁现象很重要，因为它会影响各种光学系统，例如望远镜或激光通信系统，导致传输信号失真或中断。了解和量化大气闪烁有助于开发减轻其影响并提高这些系统性能的技术。现在我们可以使用光闪烁法遥测湍流大气的闪烁现象。

2、光闪烁法测量原理可理解为：当光波在大气中传播的过程中，由于受大气的吸收、散射等影响，它的强度和相位等都会发生相应的变化，其中光强度的波动最为明显，所以可用光传播过程中的强度的波动测定来反映大气折射率结构参数c2n。测量大气折射率结构参数c2n对于了解光如何在大气中传播至关重要，这对于天文学、遥感和光通信等各种应用都是必要的。通过量化这些参数，我们可以预测和补偿大气湍流对光学系统的影响，从而提高其性能和可靠性。

3、大口径闪烁仪是根据光闪烁法原理建立的测量大气折射率结构参数c2n的一种仪器设备，通过测量大气折射率结构参数c2n可以计算出平均感热通量，大口径闪烁仪能够测量计算几百米到数公里以上的平均感热通量，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，可为观测大尺度动量、热量与水汽通量提供有效的仪器测量数据，因此伴随着空间尺度扩展的日益需要，大口径闪烁仪已越来越普遍的应用在众多的国际地表通量观测区域的蒸散量监测，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，具有十分广阔的应用和发展前景。

4、大口径闪烁仪测量的数据的准确性及稳定性直接影响了大气监测效果，为保证大口径闪烁仪持续提供稳定可靠的数据，需要对其进行周期性的计量检定，计量检定内容包括波长带宽、光功率、频率和大气折射率结构参数c2n这些专用参数，目前对大口径闪烁仪的专用参数检定是通过光谱仪、光功率计、示波器、大口径闪烁仪标准器分别检测其性能参数，需要由专人操作并记录数据，极大浪费人力，时间和空间。

5、目前缺少一种对大口径闪烁仪专用参数的集成检定系统及方法，通过集成检定系统和方法，只需要一人操作，即可完成这些专用参数的检定，节省了人力，时间和空间。

技术实现思路

1、为了解决目前大口径闪烁仪的专用参数检定需要专人分别检测、操作、记录，浪费人力、时间和空间的问题，本发明提供一种基于光学技术的大口径闪烁仪参数检定系统及检定方法，可实现对大口径闪烁仪发射单元和接收单元的发射光功率、发射频率、接收c2n信号响应等参数进行系统性集成检定。

2、本发明采用的技术方案是：基于光学技术的大口径闪烁仪参数检定系统，包括大口径闪烁仪，所述大口径闪烁仪由待测发射单元和待测接收单元构成，还包括汇聚透镜组、滤光轮、半透半反透镜ⅰ、半透半反透镜ⅱ、汇聚透镜、衰减片组、准直均光透镜组、接收窗口透镜和控制电路；

3、所述待测发射单元、汇聚透镜组、滤光轮、半透半反透镜ⅰ、半透半反透镜ⅱ、接收窗口透镜和待测接收单元依次同一光轴的固定在支架上；

4、所述衰减片组、准直均光透镜组、半透半反透镜ⅱ和汇聚透镜依次同一光轴的固定在支架上；所述控制电路包括计算机、频率采集模块、光电探测器、光纤光谱仪、光纤探测器、控制模块、光源模块、光源灯、功率采集模块和功率探头；

5、所述计算机分别与频率采集模块、光纤光谱仪、控制模块、功率采集模块和待测接收单元连接，所述控制模块分别与光源模块和滤光轮的电机连接，

6、所述频率采集模块与光电探测器连接，所述光纤光谱仪与光纤探测器连接，所述光源模块与光源灯连接，所述功率采集模块与功率探头连接；

7、所述光源灯与衰减片组对应设置；

8、所述功率探头与汇聚透镜对应设置；

9、所述光电探测器和光纤探测器分别与半透半反透镜ⅰ对应设置。

10、所述半透半反透镜ⅰ的倾斜角度为30°～60°。

11、所述半透半反透镜ⅱ的倾斜角度为30°～60°。

12、基于光学技术的大口径闪烁仪参数检定系统的检定方法，具体步骤如下：

13、第一步，将待测发射单元放置在发射检定窗口，接通计算机、控制模块及待测发射单元电源；

14、第二步，计算机下发命令到控制模块，控制滤光轮调节衰减片，计算机打开功率采集模块，调节待测发射单元的增益通道，测量待测发射单元的发射功率；

15、第三步，待测发射单元发出红外光束依次经过汇聚透镜组、滤光轮、半透半反透镜ⅰ到达半透半反透镜ⅱ4，经过反射后由汇聚透镜照射到功率探头，由功率采集模块测得待测发射单元的瞬时发光功率上传到计算机，计算六十分钟内平均功率，测量最大平均功率a和最小平均功率b；

16、第四步，计算机打开频率采集模块和光纤光谱仪，待测发射单元发出红外光束依次经过汇聚透镜组、滤光轮到达半透半反透镜ⅰ，经反射后照射光电探测器和光纤探测器，分别采集待测发射单元的瞬时频率和波长、带宽数据，计算机计算六十分钟内平均波长、带宽和频率；测量平均波长c、平均带宽d和平均频率e，完成待测发射单元的参数系统性检定；

17、第五步，关闭待测发射单元，将待测接收单元放置在接收检定窗口，接通待测接收单元的电源；

18、第六步，计算机下发命令到控制模块，分别设置光源模块的大气折射率结构参数c2n的信号值；

19、第七步，光源模块控制光源灯发出红外光束，依次经接收检定衰减片组、准直均光透镜组到达半透半反透镜ⅱ，一部分光反射经接收窗口透镜到待测接收单元，测量大气折射率结构参数c2n信号值f传输至计算机；一部分光透射后由汇聚透镜照射到功率探头，功率采集模块将测量的发光功率g上传到计算机；

20、第八步，计算机读取发光功率g，计算六十分钟内平均功率h，比较大气折射率结构参数c2n信号值f与平均功率h，检定待测接收单元测量的大气折射率结构参数c2n信号值，完成待测接收单元的参数系统性检定。

21、步骤三中所述计算机计算六十分钟内平均功率的公式为，h为平均功率，h1为功率，h2为功率数目。

22、步骤四中所述计算机计算六十分钟内平均波长、带宽和频率的公式为：

23、c1为峰值波长，c2为峰值波长数目，d1为峰值波长对应带宽，d2为带宽数目，e1为频率，e2为频率数目。

24、步骤六中所述计算机下发命令到控制模块，分别设置光源模块的大气折射率结构参数c2n的信号值为：10-17m-2/3、10-16m-2/3、10-15m-2/3、10-14m-2/3、10-13m-2/3、10-12m-2/3、10-11m-2/3。步骤八中所述计算机计算六十分钟内平均功率h的公式为：h为平均功率，h1为功率，h2为功率数目。

25、本发明的有益效果是：1.采用模块化设计，各检定模块与控制模块高度集成，实现对大口径闪烁仪全面系统性检定。与传统需要利用多个仪器分别检测参数的方法相比，本发明整合检定各项参数于一体，检定效率提高5倍以上。

26、2.能够对大口径闪烁仪全系统各关键部件如发射光功率、发射频率、接收响应等进行集成检定，检测范围大。本发明设分别对大口径闪烁仪发射单元和接收单元进行参数检定，检定结果更全面准确。

27、3.实现自动化检定，采用控制模块统一进行各检定模组的控制和数据传输，与传统需要人工操作测量的方法相比，检定误差减小10％以上，同时提高检定效率。

28、4.检定结果量化，易于总结检定报告，配套软件模块对检定数据进行自动采集、计算和输出，提高检定工作效率。

29、5.模块间使用标准接口，实现检定系统modules化，便于扩展和升级，满足不同型号大口径闪烁仪的检定需要。