專利名稱：紫外增強型電定標輻射計的光電自動平衡系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測量技術，特別是涉及一種對紫外輻射功率測量的紫外增強型電定標輻射計的自動平衡控制技術。
背景技術：
一般來講，對紫外輻射功率的測量有兩種方法，一種是使用標準光源，一種是使用標準探測器。這兩種方法都要經(jīng)過一系列的量值，從而使得傳遞的累積誤差不斷增加，影響了最終測量的結果。
要實現(xiàn)紫外輻射的電學定標測量，就要使加熱電功率能自動跟隨輸入輻射功率，從而只要測得加熱電功率，就可以得到輸入輻射功率，再分析測量電定標熱釋電器件在紫外波段光、電等效程度后，根據(jù)高精度的電學標準，就可準確得知紫外輻射的絕對功率。使用這種方法就可以將光學定標的溯源問題轉化為對電學標準的溯源，而不是使用如黑體這種光學標準。這樣就大大提高了精確度。使用這種方法的關鍵在于加熱電功率的自動平衡控制技術。

發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能夠自動實現(xiàn)電加熱探測器表面和光加熱探測器表面具有相同效應，而使探測器達到熱平衡的紫外增強型電定標輻射計的光電自動平衡系統(tǒng)。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明所提供的一種紫外增強型電定標輻射計的光電自動平衡系統(tǒng)，包括
一熱釋電器件，用于輸出功率差電信號；一前置放大器，輸入端連接所述熱釋電器件，用于功率差電信號的放大；一選頻放大器，輸入端連接所述前置放大器的輸出端，用于功率差電信號的選頻濾波，所述選頻放大器調在基波頻率上，以濾除通帶外的噪聲，減小同步整流器的過載；并濾除信號中的高次諧波；一同步整流器，輸入端連接所述選頻放大器的輸出端，對信號進行同步整流；一補償積分器，輸入端連接所述同步整流器的輸出端，對信號進行補償積分，所述補償積分器決定著系統(tǒng)的頻率響應，并以很高的直流增益來穩(wěn)定系統(tǒng)；一方波調制(電加熱)器，輸入端連接所述補償積分器的輸出端，用于將補償積分器輸出的直流信號轉變?yōu)闃O性交變的電加熱信號；一平衡(激勵)驅動器，輸入端連接所述方波調制(電加熱)器的輸出端，參考輸入端連接參考信號源，并由所述參考信號源輸入?yún)⒖挤讲ǎ銎胶?激勵)驅動器產(chǎn)生兩路波形對稱的電壓輸出，進行推挽激勵，給熱釋電(探測)器件以電學加熱；當所述熱釋電器件接受到輻射時，所述補償積分器輸出直流電壓升高，電加熱功率也隨之上升，當兩個加熱功率相等時，所述熱釋電器件無信號輸出，所述補償積分器輸入電流為零，其輸出保持不變，從而自動調節(jié)電功率等于光功率。
進一步地，所述前置放大器為高反饋阻抗，低噪聲的電流放大模式的前置放大器。
進一步地，所述選頻放大器為二階帶通濾波器。
進一步地，所述同步整流器的同步信號由解調參考信號給出，解調參考信號和參考信號相比較有一定相移，以保證選頻輸出信號的同步。
進一步地，所述補償積分器設單向積分電路，后端接有限幅保護電路和跟隨緩沖器。
利用本發(fā)明提供的紫外增強型電定標輻射計的光電自動平衡系統(tǒng)，由于電定標輻射計可直接把光輻射度量和電量聯(lián)系起來，通過測量電量得到光功率值(注這里測量的是電加熱探測器和光加熱探測器平衡時的電功率，而不是探測器輸出的電信號值)。由于電功率的測量能夠有很高的精度，因此這也就提高了對光功率測量的精度。
它的核心裝置光電自動平衡系統(tǒng)可自動跟蹤光輻射大小，并同時產(chǎn)生可自動調節(jié)的電功率脈沖去加熱熱釋電探測器表面，當探測器表面受到的光加熱和電加熱達到熱平衡時，探測器輸出為零。也就是說，該自動平衡伺服系統(tǒng)能夠自動實現(xiàn)電加熱探測器表面和光加熱探測器表面具有相同效應，而使探測器達到熱平衡。
光電自動平衡系統(tǒng)是實現(xiàn)紫外輻射電學定標測量的核心，它使加熱電功率自動跟隨輸入輻射功率，從而只要測得加熱電功率，就可以得到輸入輻射功率，再分析測量電定標熱釋電器件在紫外波段光、電等效程度后，根據(jù)高精度的電學標準，就可準確得知紫外輻射的絕對功率。使用這種方法就可以將光學定標的溯源問題轉化為對電學標準的溯源，而不是使用如黑體這種光學標準。這樣就大大提高了精確度。


圖1是本發(fā)明實施例的光電自動平衡系統(tǒng)的原理框圖；圖2是本發(fā)明實施例的前置放大器的電路原理圖；圖3是本發(fā)明實施例的選頻放大器的電路原理圖；圖4是本發(fā)明實施例的同步整流器的電路原理圖；圖5是本發(fā)明實施例的補償積分器的電路原理圖；圖6是本發(fā)明實施例的電加熱方波調制器和平衡激勵驅動器的電路原理圖。
具體實施例方式
以下結合

對本發(fā)明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結構及其相似變化，均應列入本發(fā)明的保護范圍。
本發(fā)明實施例所提供的紫外增強型電定標輻射計的光電自動平衡系統(tǒng)原理入射的光輻射被斬波器調制成低頻的14Hz方波，同時在電路設計中將探測器表面的金黑電阻上的加熱電功率也調制成14Hz方波，在金黑電阻Rd上產(chǎn)生電壓，兩者頻率相同，相位差180度，交替加熱元件，元件輸出的信號的大小與光加熱和電加熱的功率差成正比。
本發(fā)明實施例所提供的一種紫外增強型電定標輻射計的光電自動平衡系統(tǒng)原理方框圖如圖1所示，包括一熱釋電器件，用于輸出功率差電信號；一前置放大器，輸入端連接熱釋電器件，用于功率差電信號的放大；一選頻放大器，輸入端連接前置放大器的輸出端，用于功率差電信號的選頻濾波，選頻放大器調在基波頻率上，以濾除通帶外的噪聲，減小同步整流器的過載；并濾除信號中的高次諧波；一同步整流器，輸入端連接選頻放大器的輸出端，對信號進行同步整流；一補償積分器，輸入端連接同步整流器的輸出端，對信號進行補償積分，補償積分器決定著系統(tǒng)的頻率響應，并以很高的直流增益來穩(wěn)定系統(tǒng)；一方波調制(電加熱)器，輸入端連接補償積分器的輸出端，用于將補償積分器輸出的直流信號轉變?yōu)闃O性交變的電加熱信號；一平衡(激勵)驅動器，輸入端連接方波調制(電加熱)器的輸出端，參考輸入端連接參考信號源，并由參考信號源輸入?yún)⒖挤讲ǎ胶饧铗寗悠鳟a(chǎn)生兩路波形對稱的電壓輸出，進行推挽激勵，給熱釋電(探測)器件以電學加熱；當熱釋電器件接受到輻射時，補償積分器輸出直流電壓升高，電加熱功率也隨之上升，當兩個加熱功率相等時，熱釋電器件無信號輸出，補償積分器輸入電流為零，其輸出保持不變，從而自動調節(jié)電功率等于光功率。
一般情況下，由于在測量單色的紫外光輻射時，單色的紫外光輻射能量很弱，所以為了測量夾雜在噪聲中的微弱光信號，系統(tǒng)設計使用了增大時間常數(shù)的方法提高靈敏度，從而提取出微弱信號。
各個部分介紹如下前置放大器熱釋電器件是一個電流型探測器，參見圖2所示，前置放大器為電流放大模式。元件的絕緣電阻高達100GΩ，電容約400pf。為了能夠將輸出的電信號放大，并能夠使電阻相匹配。所以要求前置放大輸入級必須使用高反饋阻抗，低噪聲的電流型前置放大器；在所示電路中，選用具有極高信噪比和高輸入阻抗的精密運放OPA111，反饋電阻使用10G Ω的高阻。為了保證運放工作穩(wěn)定，設計了精密濾波穩(wěn)壓電路，為運放提供穩(wěn)定的電壓。
選頻放大器選頻放大器采用二階帶通濾波器。參數(shù)選擇按照二階帶通濾波器計算公式計算可得，可先確定電容值，然后求出其它電阻阻值。參見圖3所示，選頻放大要求中心頻率為14Hz，Q值盡量的大，增益Gt約為6。Q約為4，以保證在頻率有變化時，不影響系統(tǒng)的測量精度。
同步整流器參見圖4所示。對信號進行同步整流，同步信號由解調參考信號給出，解調參考信號和參考信號相比較有一定相移，保證選頻輸出信號的同步。其中對開關場效應管的要求是導通時，飽和壓降及導通電阻約小越好；夾斷時，夾斷電阻越高越好；還要求極間電容小，以減小解調參考方波的耦合尖峰干擾。
補償積分器將整流信號轉為直流信號，在光功率和電功率相等時，經(jīng)過電路的自動調整后，這里的輸出的電壓值保持恒定。由于功率是正值，所以補償積分器采用單向積分器，如圖5見所示。運算放大器采用高輸入阻抗、低噪聲、高精度的運算放大器，電容C采用高絕緣電阻滌綸電容。為了降低輸出阻抗，并在任何情況下不會有高于10V的電壓輸出，后面設計接有限幅保護電路和跟隨緩沖器。積分時間常數(shù)設定在8秒。
對于單向積分器，當接受的輻射為負值(目標輻射低于斬波器葉片輻射)時，儀器將得到一個虛假的零點。為避免由于積分器失調引起的誤差，采用電學補償伺服回路的辦法，調節(jié)電位器RV1，使電功率總是比光功率大一個值，在讀取功率的數(shù)值前再減去這個值，從而使系統(tǒng)能夠測量功率為負輸入的值。
電加熱方波調制器和平衡激勵驅動器由于熱釋電器件是一個容性器件，而加熱信號加在探測器的上電極上，會存在將加熱的電信號耦合到前放輸入端。這就存在加熱電信號被容性耦合到前放輸入端的問題。這個問題是很重要的問題，否則將直接影響電路的正常工作。解決的辦法就是采用平衡激勵電路，在元件加熱器兩端加上大小相等、方向相反的兩個加熱電壓，如圖6所示。在加熱器的中間建立一個虛地，從而使得容性耦合信號抵消。另外，每隔一個周期加熱信號極性反相，這就降低了加熱電信號的基波頻率，從而使容性耦合信號進一步的減小。根據(jù)上述要求，本發(fā)明實施例的方波調制器及平衡驅動器的電路原理圖如圖6所示，電加熱方波調制器采用結型場效應管JFET做為對積分器直流輸出的控制開關，在所提供的參考方波和穩(wěn)態(tài)輸出得到的兩分頻方波作用下經(jīng)放大器得到如圖6所示的加熱波形。
平衡驅動器采用推挽式的功率放大電路，用來提高電加熱信號的輸出功率，使得能夠有足夠的輸出功率來加熱探測器表面，功率放大電路分別提供如圖6右圖所示的對稱加熱波形，這種對稱的在探測器兩端加熱的辦法可以克服探測器本身存在的容性耦合問題。
權利要求
1.一種紫外增強型電定標輻射計的光電自動平衡系統(tǒng)，其特征在于，包括一熱釋電器件，用于輸出功率差電信號；一前置放大器，輸入端連接所述熱釋電器件，用于功率差電信號的放大；一選頻放大器，輸入端連接所述前置放大器的輸出端，用于功率差電信號的選頻濾波，所述選頻放大器調在基波頻率上，以濾除通帶外的噪聲，減小同步整流器的過載；并濾除信號中的高次諧波；一同步整流器，輸入端連接所述選頻放大器的輸出端，對信號進行同步整流；一補償積分器，輸入端連接所述同步整流器的輸出端，對信號進行補償積分，所述補償積分器決定著系統(tǒng)的頻率響應，并以很高的直流增益來穩(wěn)定系統(tǒng)；一方波調制(電加熱)器，輸入端連接所述補償積分器的輸出端，用于將補償積分器輸出的直流信號轉變?yōu)闃O性交變的電加熱信號；一平衡(激勵)驅動器，輸入端連接所述方波調制(電加熱)器的輸出端，參考輸入端連接參考信號源，并由所述參考信號源輸入?yún)⒖挤讲?，所述平?激勵)驅動器產(chǎn)生兩路波形對稱的電壓輸出，進行推挽激勵，給熱釋電(探測)器件以電學加熱；當所述熱釋電器件接受到輻射時，所述補償積分器輸出直流電壓升高，電加熱功率也隨之上升，當兩個加熱功率相等時，所述熱釋電器件無信號輸出，所述補償積分器輸入電流為零，其輸出保持不變，從而自動調節(jié)電功率等于光功率。
2.根據(jù)權利要求1所述的紫外增強型電定標輻射計的光電自動平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述前置放大器為高反饋阻抗，低噪聲的電流放大模式的前置放大器。
3.根據(jù)權利要求1所述的紫外增強型電定標輻射計的光電自動平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述選頻放大器為二階帶通濾波器。
4.根據(jù)權利要求1所述的紫外增強型電定標輻射計的光電自動平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述同步整流器的同步信號由解調參考信號給出，解調參考信號和參考信號相比較有一定相移，以保證選頻輸出信號的同步。
5.根據(jù)權利要求1所述的紫外增強型電定標輻射計的光電自動平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述補償積分器設單向積分電路，后端接有限幅保護電路和跟隨緩沖器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種紫外增強型電定標輻射計的光電自動平衡系統(tǒng)，涉及測量技術領域，包括熱釋電器件，前置放大器，選頻放大器，同步整流器，補償積分器，方波調制(電加熱)器，平衡(激勵)驅動器；當所述熱釋電器件接受到輻射時，輸出功率差電信號，經(jīng)前置放大器、選頻放大器、同步整流器，使補償積分器輸出直流電壓升高，電加熱功率也隨之上升；當兩個加熱功率相等時，所述熱釋電器件無信號輸出，所述補償積分器輸入電流為零，其輸出保持不變，從而實現(xiàn)自動調節(jié)電功率等于光功率。本發(fā)明公開的光電自動平衡系統(tǒng)能夠自動實現(xiàn)電加熱探測器表面和光加熱探測器表面具有相同效應，而使探測器達到熱平衡。
文檔編號G01J1/10GK1821730SQ20061002498
公開日2006年8月23日 申請日期2006年3月23日 優(yōu)先權日2006年3月23日
發(fā)明者莊松林, 瑚琦, 顧鈴娟, 蘇錦文, 侯建偉 申請人:上海理工大學