專利名稱：光譜響應度測量系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及探測器光譜響應度測量領域，尤其涉及一種在變溫及變磁場環境下進行光譜響應度測量的系統。
背景技術：
光譜響應度是光探測器的重要技術參數之一，隨著光探測技術的發展，精確測量光探測器的光譜響應度變得越來越重要。同時利用光探測器的光譜響應度對光探測器材料進行定性定量的分析，也成為研制新型光探測器的重要步驟。光電探測器的光譜響應度計量于1997年被國際光學計量組織CCPR (光度輻射咨詢委員會)和BIPM (國際計量局)確定為光學計量領域的6項國際關鍵性比對之一。光譜響應度包括絕對光譜響應度和相對光譜響應度。其中絕對光譜響應度是光探測器的重要技術參數之一，它描述的是探測器絕對響應率與波長之間的關系。該參數的正確測試對于探測器的機理分析、工藝改進以及系統的整體設計有著重要的意義。目前國內研制的光譜響應度測量裝置主要由光源系統、分光系統、輸出光學系統、探測及數據采集系統和測量軟件組成。光源系統只是分別設置單一的紫外或者可見或者紅外光源，因此，現有光譜響應度測量裝置的光譜測量覆蓋范圍及應用范圍具有局限性，并且現有測量裝置只能提供在自然條件下的光譜響應度測量，不能模擬低溫，強磁場環境。以上這些問題導致了新型光探測器發展緩慢，尤其對在特定環境下使用的新型光探測器的研制帶來了困難。由此，本發明人憑借多年從事相關行業的經驗與實踐，提出一種光譜響應度測量系統，以克服現有技術的缺陷。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種光譜響應度測量系統，可以增加測量光譜響應度的光譜范圍，同時具有變溫、變磁場特性，能夠在低溫及強磁場環境下進行測量，以克服現有光譜響應度測量裝置的局限性。本實用新型的另一目的在于提供一種光譜響應度測量系統，使光譜響應度測試全流程自動測量，保持系統良好封閉，避免手動操作帶來誤差。本實用新型的目的是這樣實現的，一種光譜響應度測量系統，該測量系統包括有旋轉臺，該旋轉臺由中心轉座和環設于中心轉座外側的外圈轉座構成；在旋轉臺一側設有標準探測器組；在旋轉臺另一側設有樣品室，樣品室內設置待測樣品；所述中心轉座上豎直設置一中心全反射鏡；所述外圈轉座上對應設有第一準直鏡片組和第二準直鏡片組；所述標準探測器組和待測樣品分別與一信號轉換器電連接，該信號轉換器通過一鎖相放大器連接于一計算機；所述樣品室外側設有磁場及磁場調節裝置；樣品室中設有溫度探測和控制裝置；一第一光源通過一第一光路傳輸裝置將光線傳輸至中心全反射鏡的一反射面；一第二光源通過一第二光路傳輸裝置將光線傳輸至中心全反射鏡的另一反射面。[0009]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述第一光源為紅外光源，所述第一光路傳輸裝置包括有第一單色儀、第一光源輸出鏡組，在第一光源出光口內側設有第一斬波器，第一斬波器外側設有第一濾光片并連接于第一單色儀入光口，在第一單色儀入光口設有第一電動快門；第一單色儀出光口與第一光源輸出鏡組入光口準直，第一光源輸出鏡組出光口與中心全反射鏡準直；所述第二光源為紫外和可見光源，分別由氘燈和溴鎢燈構成；所述第二光路傳輸裝置包括有第二單色儀、第二光源輸出鏡組和一個固定設置在平移臺上的反光鏡，在第二光源出光口內側設有第二斬波器，第二斬波器外側設有第二濾光片并連接于第二單色儀入光口，在第二單色儀入光口設有第二電動快門；第二單色儀出光口與第二光源輸出鏡組入光口準直，第二光源輸出鏡組出光口與所述反光鏡準直，該反光鏡的反射光與中心全反射鏡準直。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述標準探測器組設置有紫敏硅標準探測器、鋼鎵砷標準探測器和熱釋電標準探測器。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述中心轉座和外圈轉座分別由步進電機驅動旋轉。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述磁場及磁場調節裝置包括有設置在樣品室兩側的磁性體，兩磁性體均設置在一滑軌上，兩磁性體連接在一螺旋移動調節機構上。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述樣品室由一磁場真空專用外罩構成，該外罩上設有光學窗口。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述溫度探測和控制裝置包括設置在外罩上部的制冷裝置和一個由外罩下部向上部延伸設置的傳熱桿，所述傳熱桿的上端和下端均設有硅二極管和加熱片。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述制冷裝置為液氦制冷循環裝置，該循環裝置上設有液氦循環入口和液氦循環出口并連接有機械泵和制冷泵。由上所述，本實用新型的光譜響應度測量系統，不僅可以測量較大光譜范圍(200nm-lIOOOnm)的光譜響應度，同時具有變溫、變磁場特性，分別可提供5K-475K，
0.08T-1.2T范圍內的變化；同時，本實用新型的光譜響應度測量系統，實現了光譜響應度測試全流程自動測量，可保持測量系統良好封閉，不需要手動更換標準探測器或開關快門，減少操作者測試過程中的操作，并避免手動操作帶來誤差；為了克服現有光譜響應度測量裝置的局限性。
以下附圖僅旨在于對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。其中:圖1:為本實用新型光譜響應度測量系統的結構及測試光路示意圖；圖2:為本實用新型中樣品室和磁場及磁場調節裝直的結構不意圖；圖3:為圖2的側視結構示意圖；圖4:為本實用新型中樣品室和溫度探測和控制裝置的結構示意圖。
具體實施方式
[0022]為了對本實用新型的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明本實用新型的具體實施方式
。如圖1所示，本實用新型提出一種光譜響應度測量系統100，該測量系統100包括有旋轉臺1，該旋轉臺I由中心轉座11和環設于中心轉座11外側的外圈轉座12構成，所述中心轉座11和外圈轉座12分別由步進電機驅動旋轉；在旋轉臺I 一側設有標準探測器組2 ;在旋轉臺I另一側設有樣品室3，樣品室3內設置待測樣品31 (如圖4所示)，所述測樣品31為待測探測器或待測材料；所述標準探測器組2中設置有紫敏硅標準探測器、鋼鎵砷標準探測器和熱釋電標準探測器，分別用于待測樣品31的紫外、可見及紅外光譜響應度的定標測量；所述中心轉座11上豎直設置一中心全反射鏡111 ;所述外圈轉座12上對應設有第一準直鏡片組121和第二準直鏡片組122,所述第一準直鏡片組121用于傳輸紅外光線，第二準直鏡片組122用于傳輸紫外和可見光線；所述樣品室2外側設有磁場及磁場調節裝置5 (如圖2所示)；樣品室2中設有溫度探測和控制裝置6 (如圖4所示)；一第一光源71通過一第一光路傳輸裝置81將光線傳輸至中心全反射鏡111的一反射面，該反射面用于反射紅外光線；一第二光源72通過一第二光路傳輸裝置82將光線傳輸至中心全反射鏡111的另一反射面，該另一反射面用于反射紫外和可見光線；所述標準探測器組2和待測樣品31分別與一信號轉換器41電連接，該信號轉換器41通過一鎖相放大器42連接于一計算機43，鎖相放大器42進行信號放大和噪聲過濾處理，計算機43使用專業軟件進行數據處理，實時顯示信號，完成定標計算，可進行參數設置實現光源、光路的自動切換及各項測試需要。在本實施方式中，所述第一光源71為紅外光源，所述第一光路傳輸裝置81包括有第一單色儀811、第一光源輸出鏡組812，在第一光源71出光口內側設有第一斬波器711，第一斬波器711外側設有第一濾光片712并連接于第一單色儀811入光口，在第一單色儀811入光口設有第一電動快門713 ;第一單色儀811出光口與第一光源輸出鏡組812入光口準直，第一光源輸出鏡組812出光口與中心全反射鏡111準直；所述第二光源72為紫外和可見光源，分別由氘燈和溴鎢燈構成；所述第二光路傳輸裝置82包括有第二單色儀821、第二光源輸出鏡組822和一個固定設置在平移臺9上的反光鏡823，在第二光源72出光口內側設有第二斬波器721，第二斬波器721外側設有第二濾光片722并連接于第二單色儀821入光口，在第二單色儀821入光口設有第二電動快門723 ;第二單色儀821出光口與第二光源輸出鏡組822入光口準直，第二光源輸出鏡組822出光口與所述反光鏡823準直，該反光鏡823的反射光與中心全反射鏡111準直。本實用新型的光譜響應度測量系統使用時，通過計算機43中的專業軟件進行相關參數設置，系統將根據參數的設置自動進行光譜響應度測量；紫外、可見、紅外光譜響應度測量可自動切換。以作為第一光源的紅外光源為例，說明該系統的使用過程。首先關閉第一電動快門713，系統進行標準探測器暗信號的掃描，隨后打開第一電動快門713，第一光源71發出的紅外光經過第一斬波器711、第一濾光片712、第一電動快門713后進入第一單色儀811，經過第一單色儀811分離后，出射單波長光譜，隨后經過第一光源輸出鏡組812、中心全反射鏡111的反射面、第一準直鏡片組121照射到標準探測器上進行標準探測器的光響應的測量。之后進行待測樣品光響應的測量，由步進電機驅動中心旋轉座11和外圈旋轉座12，使中心全反射鏡111的反射面和第一準直鏡片組121變換位置(如圖1所示)，將光路精確切換至照射樣品室3的方向，關閉第一電動快門713，系統進行待測樣品31暗信號的掃描，隨后打開第一電動快門713,第一光源71發出的紅外光經過第一斬波器711、第一濾光片712、第一電動快門713后進入第一單色儀811，經過第一單色儀811分離后，出射單波長光譜，隨后經過第一光源輸出鏡組812、中心全反射鏡111的反射面、第一準直鏡片組121照射到樣品室3內待測樣品31上進行光響應的測量。最后，計算機43中的專業軟件根據中國計量院提供的標準探測器光譜響應度數據以及測量得到的探測器光譜響應數據，計算得到待測樣品的絕對光譜響應度數據，并通過表格或者直接以曲線形式輸出。同樣的，當采用第二光源中的紫外光源時，先開啟第二光源72中的氘燈；關閉第二電動快門723，系統進行標準探測器暗信號的掃描，隨后打開第二電動快門723，第二光源72發出的紫外光經過第二斬波器721、第二濾光片722、第二電動快門723后進入第二單色儀821，經過第二單色儀821分離后，出射單波長光譜，隨后經過第二光源輸出鏡組822、反射鏡823、中心全反射鏡111的另一反射面(反射面的變換是通過轉動中心旋轉座來實現的)、第二準直鏡片組122照射到標準探測器上進行標準探測器的光響應的測量(其中，由于反射鏡823是固定設置在平移臺9上的，該平移臺9是橫向移動在第一光源輸出鏡組812與中心全反射鏡111之間的紅外光路上的，平移臺9可由步進電機控制平移，該平移臺9平移至預設位置后，反光鏡823恰好處于與中心全反射鏡111準直的位置，由此將第二光源輸出鏡組822的出光反射至中心全反射鏡111的另一反射面；該平移臺9在使用紫外、可見光譜時使用，實現測量系統中部分光路實現共用，以達到節省空間的目的)；之后進行待測樣品光響應的測量，由步進電機驅動中心旋轉座11和外圈旋轉座12，使中心全反射鏡111的另一反射面和第二準直鏡片組122變換位置(如圖1所示)，將光路精確切換至照射樣品室3的方向，關閉第二電動快門723，系統進行待測樣品31暗信號的掃描，隨后打開第二電動快門723，第二光源72發出的紫外光經過第二斬波器721、第二濾光片722、第二電動快門723后進入第二單色儀821，經過第二單色儀821分離后，出射單波長光譜，隨后經過第二光源輸出鏡組822、反射鏡823、中心全反射鏡111的另一反射面、第二準直鏡片組122照射到樣品室3內待測樣品31上進行光響應的測量。最后，計算機43中的專業軟件根據中國計量院提供的標準探測器光譜響應度數據以及測量得到的探測器光譜響應數據，計算得到待測樣品的絕對光譜響應度數據，并通過表格或者直接以曲線形式輸出。采用可見光源時，操作過程與采用紫外光源的操作過程相同，在此不再贅述。由上所述，本實用新型的光譜響應度測量系統，其光源采用紫外、可見、紅外光三種光源組合設計，每個光源都有穩壓穩流源保證光源的穩定性，分別提供紫外-可見、可見-近紅外、近紅外-中紅外三種光學范圍的穩定光輸出，能夠實現從200nm至IlOOOnm光波段的準確控制；根據測試樣品的需要進行200nm-11000nm波長范圍內任意區間的光譜響應度測量，由此擴大了測量系統的適用范圍，可實現器件的絕對光譜響應度測量。同時，由于所述樣品室外側設有磁場及磁場調節裝置，且樣品室中設有溫度探測和控制裝置，因此，在光譜響應度測量時，可以根據要求改變磁場強度，并調節樣品室溫度，使本實用新型的測量系統能夠在低溫、強磁場條件下進行器件的光譜響應度測量。進一步，如圖2、圖3所示，在本實施方式中，所述磁場及磁場調節裝置5包括有設置在樣品室3兩側的磁性體51,所述磁性體為永磁體,也可為電磁體；兩磁性體51均設置在一滑軌52上，兩磁性體51連接在一螺旋移動調節機構53上；所述螺旋移動調節機構53包括有機座、設置有左旋和右旋螺紋的螺桿、及分別與左旋和右旋螺紋連接的螺旋套管；所述兩磁性體51分別連接于對應螺旋套管上；由傳動裝置驅動螺桿轉動，調整兩磁性體51相對樣品室3的距離，由此改變磁場強度；在本實施方式中，兩磁性體之間的距離可通過傳動裝置進行精確調節，實現 0.08Τ、0.15Τ、0.2Τ、0.3Τ、0.4Τ、0.6Τ、0.8Τ、1.ΟΤ、1.2Τ 共 9 個磁場梯度變化，同時可進行連續磁場強度的變化，對待測樣品31進行0.08Τ-1.2Τ磁場范圍內的光譜響應度測量。如圖4所示，在本實施方式中，所述樣品室3由一磁場真空專用外罩構成，該外罩上設有光學窗口 32,在本實施方式中，該光學窗口 32為ZnSe窗口，屬于光路稱合配件。所述溫度探測和控制裝置6包括設置在外罩上部的制冷裝置61和一個由外罩下部向上部延伸設置的傳熱桿62,所述傳熱桿62的上端設有娃二極管63和加熱片64,下端也設有硅二極管63和加熱片64。所述兩個硅二極管63連接外部溫控儀，實現對樣品溫度的實時監控，根據需要對樣品室進行5Κ 475Κ連續變溫或在此范圍內任意溫度恒溫調控，實現待測樣品在此溫度范圍內的變溫光譜響應度測量。在本實施方式中，所述制冷裝置61為液氦制冷循環裝置，該循環裝置上設有液氦循環入口 611和液氦循環出口 612并連接有機械泵和制冷泵。在本實施方式中，所述標準探測器組2中還設置另一樣品室21 (如圖1所示)，可以提供在不需要變溫和變磁場的情況下進行測量。在本實施方式中，由信號轉換器、鎖相放大器和計算機組成的信號采集、處理和控制裝置，其中鎖相放大器進行信號放大和噪聲過濾處理，在計算機中使用專業軟件進行數據處理，實時顯示信號，完成定標計算；還可進行參數設置實現光源、光路的自動切換及各項測試需要。本實用新型的光譜響應度測量系統，可以在低溫、強磁場下對待測樣品進行光譜響應度測量，同時光源穩壓穩流源可以保證輸出光功率的恒定，步進電機控制的平移臺和旋轉臺可以精確控制光路的準確性；系統以模塊方式搭建，易安裝維修；利用本實用新型的光譜響應度測量系統，可以全自動、準確地測量待測樣品的光譜響應度，并利用對溫度、磁場的調控測試在變溫、變磁場情況下，實現絕對光譜響應度的測量。所得光譜響應度測量結果唯一，可作為指紋參考。本實用新型的光譜響應度測量系統，不僅可以測量較大光譜范圍(200nm-lIOOOnm)的光譜響應度，同時具有變溫、變磁場特性，分別可提供5K-475K，
0.08T-1.2T范圍內的變化；同時，本實用新型的光譜響應度測量系統，實現了光譜響應度測試全流程自動測量，可保持測量系統良好封閉，不需要手動更換標準探測器或開關快門，減少操作者測試過程中的操作，并避免手動操作帶來誤差；為了克服現有光譜響應度測量裝置的局限性。以上所述僅為本實用新型示意性的具體實施方式
，并非用以限定本實用新型的范圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本實用新型的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬于本實用新型保護的范圍。
權利要求1.一種光譜響應度測量系統，其特征在于:該測量系統包括有旋轉臺，該旋轉臺由中心轉座和環設于中心轉座外側的外圈轉座構成；在旋轉臺一側設有標準探測器組；在旋轉臺另一側設有樣品室，樣品室內設置待測樣品；所述中心轉座上豎直設置一中心全反射鏡；所述外圈轉座上對應設有第一準直鏡片組和第二準直鏡片組；所述標準探測器組和待測樣品分別與一信號轉換器電連接，該信號轉換器通過一鎖相放大器連接于一計算機；所述樣品室外側設有磁場及磁場調節裝置；樣品室中設有溫度探測和控制裝置；一第一光源通過一第一光路傳輸裝置將光線傳輸至中心全反射鏡的一反射面；一第二光源通過一第二光路傳輸裝置將光線傳輸至中心全反射鏡的另一反射面。
2.如權利要求1所述的光譜響應度測量系統，其特征在于:所述第一光源為紅外光源，所述第一光路傳輸裝置包括有第一單色儀、第一光源輸出鏡組，在第一光源出光口內側設有第一斬波器，第一斬波器外側設有第一濾光片并連接于第一單色儀入光口，在第一單色儀入光口設有第一電動快門；第一單色儀出光口與第一光源輸出鏡組入光口準直，第一光源輸出鏡組出光口與中心全反射鏡準直；所述第二光源為紫外和可見光源，分別由氘燈和溴鎢燈構成；所述第二光路傳輸裝置包括有第二單色儀、第二光源輸出鏡組和一個固定設置在平移臺上的反光鏡，在第二光源出光口內側設有第二斬波器，第二斬波器外側設有第二濾光片并連接于第二單色儀入光口，在第二單色儀入光口設有第二電動快門；第二單色儀出光口與第二光源輸出鏡組入光口準直，第二光源輸出鏡組出光口與所述反光鏡準直，該反光鏡的反射光與中心全反射鏡準直。
3.如權利要求2所述的光譜響應度測量系統，其特征在于:所述標準探測器組設置有紫敏硅標準探測器、銦鎵砷標準探測器和熱釋電標準探測器。
4.如權利要求1所述的光譜響應度測量系統，其特征在于:所述中心轉座和外圈轉座分別由步進電機驅動旋轉。
5.如權利要求1所述的光譜響應度測量系統，其特征在于:所述磁場及磁場調節裝置包括有設置在樣品室兩側的磁性體，兩磁性體均設置在一滑軌上，兩磁性體連接在一螺旋移動調節機構上。
6.如權利要求1所述的光譜響應度測量系統，其特征在于:所述樣品室由一磁場真空專用外罩構成，該外罩上設有光學窗口。
7.如權利要求6所述的光譜響應度測量系統，其特征在于:所述溫度探測和控制裝置包括設置在外罩上部的制冷裝置和一個由外罩下部向上部延伸設置的傳熱桿，所述傳熱桿的上端和下端均設有硅二極管和加熱片。
8.如權利要求7所述的光譜響應度測量系統，其特征在于:所述制冷裝置為液氦制冷循環裝置，該循環裝置上設有液氦循環入口和液氦循環出口并連接有機械泵和制冷泵。
專利摘要本實用新型為一種光譜響應度測量系統，包括光源、光路傳輸裝置、探測器、樣品室、信號采集、處理和控制裝置；光源采用紫外、可見、紅外光三種光源組合設計，可實現較大的光譜測量范圍；樣品室外側設有磁場及磁場調節裝置，樣品室中設有溫度探測和控制裝置，可模擬出低溫、強磁場環境；該光譜響應度測量系統可以增加測量光譜響應度的光譜范圍，同時具有變溫、變磁場特性，能夠在低溫及強磁場環境下進行測量，克服了現有光譜響應度測量裝置的局限性；同時，實現了光譜響應度測試全流程自動測量，可保持測量系統良好封閉，避免手動操作帶來誤差。
文檔編號G01J3/28GK203037351SQ20132002064
公開日2013年7月3日 申請日期2013年1月15日 優先權日2013年1月15日
發明者趙昆, 馮鑫, 呂志清, 陳少華 申請人:中國石油大學(北京)