专利名称：多功能辐射测量系统和测量方法
技术领域：
本发明涉及一种多功能辐射测量系统，更具体地，本发明涉及一种包括一个主机和多个探测器的多功能辐射测量系统。
背景技术：
人们在工业生产和科研活动中，很多情况下需要对光的不同类型的辐射量进行准确测量，如紫外辐射的辐射照度、光源照明情况的光照度、各种发光体的光亮度以及激光的辐射功率等等。为了测量不同类型的光辐射量，人们研制了不同类型的辐射光度计，如紫外辐照度计、照度计、亮度计以及激光功率计等等。常规的光辐射计，如照度计、亮度计以及紫外辐照度计等等，都由探测器和其后的电路系统组成，其系统结构如图1所示。探测器大多由例如光电二极管或者硅光电池的光电探测器配以相应的滤光片的组成，如光照度计探测器需要配以ν(λ)修正滤光片。光电探测器接收的光信号，例如光照度、紫外辐照度、亮度等等，与其产生的光电流在一定范围内具有线性关系。探测器产生的电信号例如经过I/V转换电路，被转换成电压信号，再经过放大电路和模数转换(A/D转换)电路，经由数字显示器将结果显示出来。光辐射计经过计量校准后量值溯源到国家相应的计量标准，便可对相应的辐射度或光度进行准确测量。普通的光辐射计往往功能单一，一种类型的测量仪器并不能用来测量其它类型的光辐射量，比如测量光照度的照度计不能用来测量紫外辐照度和亮度，仪器功能缺乏扩充性。并且，普通的光辐射计，探测器和其后的电路系统是一个整体，其量值的校准是要把探测器和其电路系统作为一个整体来校准。为了提高辐射光度计的功能性，已经研发了一种配备几个不同探测器的辐射光度计，以便实现几种不同光辐射量的测量。这种配备多个探测器的辐射光度计在一定程度了扩充了辐射光度计的功能，但探测器和主机仍然作为整体被校准，或属于一个辐射光度计的各个探测器之间可互校准，属于不同辐射光度计的探测器即使是相同类型辐射计上的探测器也不能互换使用。因此，需要一种主机和各种探测器可以灵活组合使用的多功能光辐射测量系统。
发明内容
根据本发明的多功能辐射测量系统可以解决现有技术中存在的技术问题。本发明提供一种多功能辐射测量系统，包括主机和至少一个分离式探测器，所述至少一个探测器中的每个探测器包括检测单元，用于将接收的辐射转换为电信号；探测器存储器，用于存储包括该探测器的类型数据和将该探测器的量值溯源到国家辐射度或光度基准的校准数据的数据；探测器接口，用于通过总线与所述主机通信连接，所述主机包括
主机接口，用于通过总线与所述至少一个探测器之一通信连接；存储器，用于存储包括将主机量值溯源到国家电学量基准的校准数据的数据；读取单元，用于响应主机与所述多个探测器之一的连接，读取所连接探测器的类型数据和校准数据，信号处理单元，对来自探测器的电信号进行处理得到处理后信号，控制单元，用于根据探测器的类型数据、探测器的校准数据以及主机校准数据，对处理后信号进行校准得到测量信号，显示单元，用于显示所述测量信号。优选地，所述探测器是紫外辐照度探测器、光照度探测器、光亮度探测器件和辐射功率探测器中的一种或多种。优选地，所述探测器存储器为电可擦可编程只读存储器(EEPROM)芯片。优选地，所述总线为I2C总线、串口总线或USB总线。优选地，所述控制单元输出程控信号用于对信号处理单元进行程控。优选地，所述信号处理单元进一步包括信号放大单元，用于对来自探测器的电信号进行放大；和模数转换单元，用于对已放大信号进行模数转换得到处理后信号。进一步，本发明提供一种用于多功能辐射测量系统的主机，所述测量系统包括该主机和至少一个分离式探测器，该主机包括主机接口，用于通过总线与所述至少一个探测器之一通信连接；存储器，用于存储将主机量值溯源到国家电学量基准的主机校准数据；读取单元，用于响应主机与所述多个探测器之一的连接，读取所连接探测器的类型数据和校准数据，信号处理单元，对来自探测器的电信号进行处理得到处理后信号，控制单元，用于根据探测器的类型数据、探测器的校准数据以及主机校准数据，对处理后信号进行校准得到测量信号，显示单元，用于显示所述测量信号。更进一步，本发明提供一种用于多功能辐射测量系统的探测器，所述测量系统包括主机和至少一个所述探测器，每个所述探测器包括检测单元，用于将接收的辐射转换为电信号；探测器存储器，用于存储包括该探测器的类型数据和将该探测器的量值溯源到国家辐射度或光度基准的校准数据的数据；探测器接口，用于通过总线与所述主机通信连接。再进一步，本发明提供一种如上所述辐射测量系统的测量方法，该方法包括以下初始化步骤，通过总线将主机接口与所述至少一个探测器之一的探测器接口连接，主机响应所述连接从探测器存储器读取包括该探测器的类型数据和探测器校准数据的数据，所述主机根据探测器的类型数据选择单位和量程。优选地，该方法进一步包括以下步骤，
所述探测器感应辐射并产生电信号，主机对来自探测器的电信号进行放大和模数转换得到处理后信号，控制单元根据探测器的类型数据、探测器的校准数据和主机校准数据，对处理后信号进行校准得到测量信号，以及显示所述测量信号。如上所述，本发明提出了一种具有可灵活扩充测量仪器功能性的辐射测量系统。 该辐射测量系统的主机和探测器采用分离式设计，探测器内部安置例如存储芯片的存储器，用于存储包括探测器类型数据以及将探测器量值溯源到国家计量标准的探测器校准数据等的信息；主机同样包括存储器，用于存储将量值溯源到国家电学量基准的电学量校准数据。通过借助总线将探测器与主机进行接口连接，主机读取探测器存储器里的数据，从而自动识别探测器类型并使其成为相应类型的测量仪器。例如，当主机与光照度探测器进行连接，该测量系统即成为一台光照度计；当主机与紫外辐照度探测器连接，即成为一台紫外辐照度计等等。主机与一般的电流计类似，其接收来自探测器的电信号，对电信号进行处理，并将处理后的测量信号的量值溯源到国家电学量基准。本发明的辐射测量系统主要包括主机和至少一个探测器，其中，主机包括I/V转换电路、放大电路和A/D转换；探测器包括辐射光探测器件，用于将不同种被测辐射光转换为输入电信号；探测器与主机为分离式设计，主机可以通过接口连接和更换不同探测器； 主机中设有控制单元，例如中央微处理器(MCU)；探测器中设有探测器存储器，用于存储探测器类型数据与校准数据；MCU通过总线从探测器存储芯片中读取探测器类型数据与校准数据，实现主机与探测器的初始化和独立校准。仪器在开机时，完成初始化。探测器存储芯片通过总线与主机的控制芯片(MCU) 进行连接。仪器完成上电初始化后，首先由主机的MCU向探测器存储芯片发送握手信号，如成功，则在存储芯片特定的地址读取探测器类型数据，由类型数据选择合适的显示单位，以完成不同功能的光辐射测量；然后再在特定地址读取探测器校准数据。最后程序就转入测量主程序完成测量功能。通过采用探测器和仪器主机分离式设计，探测器类型和校准等数据存储在探测器存储芯片里，测量系统的主机进行电学量校准，校准数据储存在仪器主机里，探测器和主机借助数据总线通过接口进行连接，主机自动识别探测器类型。这样，只要通过更换不同类型的探测器，一台主机即可实现多种光辐射量测量的功能，测量系统具有很高的功能扩充性； 并且由于测量系统仅需要更换不同的探测器就可实现不同类型和不同强度辐射的测量，因此在需要同时测量不同类型的辐射量的场合，具有比较高的便携性。
下面将结合附图并参照本发明的优选实施例对本发明的特征和优点进行详细说明，其中图1为普通光辐射计系统结构图；图2为本发明的多功能辐射测量系统中探测器结构示意图；图3为本发明的多功能辐射测量系统中主机的结构示意图；图4为本发明的多功能辐射测量系统中探测器和主机连接状态的示意图5为本发明的多功能辐射测量系统的主机和探测器连接初始化步骤的流程图。图6为本发明的多功能辐射测量系统的测量步骤的流程图。
具体实施例方式本发明的多功能辐射测量系统包括一个主机和多个分离式的可与主机通信连接的探测器。图2为本发明的多功能辐射测量系统中探测器100的结构示意图。每个探测器 100均包括检测单元110，探测器存储器120和探测器接口 130。检测单元110用于接收辐射例如光辐射后产生电信号，例如电流信号或者电压信号。检测单元110产生的电信号的大小和接收到的光辐射的量在一定范围内成正比关系。取决于检测单元110的类型，探测器100可以是各种类型的探测器，例如，紫外辐照度探测器、光照度探测器、亮度探测器，以及激光功率探测。例如，光照度探测器可包括诸如光电二极管的光电检测单元或者诸如硅光电池配以ν( λ)修正滤光片组成的检测单元。探测器存储器120用于存储将探测器的量值溯源到国家光度基准来进行对响应度进行校准的校准数据，校准数据的单位lx/A。探测器存储器为电可擦可编程只读存储器(EEPROM)芯片。在本实施例中选用AT24C08芯片作为探测器存储器。探测器存储器120还用于存储表示探测器类型例如光照度探测器的其他数据。探测器接口 130用于通过总线与主机通信连接。该总线可以是I2C总线、串口总线或USB总线。图3为本发明多功能辐射测量系统中主机200的结构示意图。主机200包括主机接口 210，主机存储器220，读取单元230，信号处理单元M0，控制单元250和显示单元沈0。 主机接口 210用于通过总线与探测器100通信连接。主机存储器220用于存储将主机的量值溯源到国家电学量基准的校准数据。读取单元230用于响应主机与探测器的通信连接从探测器存储器120读取有关探测器类型的数据和校准信号。信号处理单元240通常包括I/ V转换单元M2，放大单元244和A/D转换单元M6，用于对来自探测器的电信号进行处理得到处理后信号。信号处理单元240例如MCU的结构和功能对于本领域技术人员来说是已知的，这里不再赘述。控制单元250用于根据从探测器存储器120读取的探测器类型数据确定探测器类型，选择与探测器类型相应的单位和量程，并根据从探测器存储器120读取的校准数据和来自主机存储器220的校准数据，对处理后信号进行校准以便其量值溯源到国家电学量基准的测量数据。该测量数据被输出给显示单元260进行显示。图4为本发明多功能辐射测量系统中主机和探测器之一的连接状态示意图。如图4所示，主机200通过例如1 总线和一个探测器100连接，构成一个辐射测量系统。测量系统在开机时实现其初始化。图5示出本发明多功能辐射测量系统的初始化步骤的流程图。探测器和主机分别通电后，首先，主机200的控制单元250确认探测器100的连接，步骤510 ；响应该连接，读取单元230从探测器存储器120读取探测器类型数据和校准数据， 步骤520。例如由主机200的控制单元250向探测器发送握手信号，如成功，则读取单元从 230从探测器存储器120读取探测器类型数据和校准数据。控制单元250根据读取的探测器类型数据选择合适的显示单位和量程，即将该测量系统识别为该探测器类型所确定的测量系统，步骤530，由此完成该测量系统的初始化。主机200的随后测量系统进入测量程序执行测量功能。如果在步骤510主机200未能检测到与探测器100的连接，或在步骤520 主机未能从探测器读取到数据，显示单元260将显示错误信息，步骤M0。
图6为本发明的多功能辐射测量系统的测量步骤的流程图。在测量阶段，探测器 100的检测单元110感应辐射产生电信号，步骤610。电信号经探测器的接口通过1 总线输出给主机200。信号处理单元240对来自探测器的电信号进行处理。例如，如果需要，诸如在控制单元250的程控下，电信号经I/V转换单元242的转换，步骤620，放大单元244的放大，步骤630，和A/D转换单元的转换，步骤640，得到处理后的数字信号x，并将该处理后信号χ输出至控制单元250。控制单元250根据来自探测器100的探测器校准数据a和来自存储器220的主机校准数据b，根据下述公式(1)对处理后信号χ进行校准得到测量信号 y,步骤650，由显示单元260进行显示，步骤660，y = aXbXx(1)其中，a单位由探测器的类型决定，例如激光功率探测器校准数据的单位为“W/ A”(瓦/安培)，光照度探测器的单位为“lx/A” (勒克斯/安培)等；b的单位为“安培/测量数据”，由此实现测量系统对辐射的测量。以上参照附图并结合优选实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。应当理解，说明书的实例是示意性的而非限制性的。本领域技术人员通过阅读本发明说明书，可以对本发明实施例进行修改和变型而不超出本发明的范围。本发明的保护范围仅由随附权利要求决定。
权利要求
1.一种多功能辐射测量系统，包括主机和至少一个分离式探测器，其特征在于， 所述至少一个探测器中的每个探测器包括检测单元，用于将接收的辐射转换为电信号；探测器存储器，用于存储包括该探测器的类型数据和将该探测器的量值溯源到国家辐射度或光度基准的校准数据的数据；探测器接口，用于通过总线与所述主机通信连接， 所述主机包括主机接口，用于通过总线与所述至少一个探测器之一通信连接； 存储器，用于存储包括将主机量值溯源到国家电学量基准的校准数据的数据； 读取单元，用于响应主机与所述多个探测器之一的连接，读取所连接探测器的类型数据和校准数据，信号处理单元，对来自探测器的电信号进行处理得到处理后信号， 控制单元，用于根据探测器的类型数据、探测器的校准数据以及主机校准数据，对处理后信号进行校准得到测量信号，显示单元，用于显示所述测量信号。
2.根据权利要求1所述的多功能辐射测量系统，其特征在于，所述探测器是紫外辐照度探测器、光照度探测器、光亮度探测器件和辐射功率探测器中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的多功能辐射测量系统，其特征在于，所述探测器存储器为电可擦可编程只读存储器(EEPROM)芯片。
4.根据权利要求1所述的多功能辐射测量系统，其特征在于，所述总线为I2C总线、串口总线或USB总线。
5.根据权利要求1所述的多功能辐射测量系统，其特征在于，所述控制单元输出程控信号用于对信号处理单元进行程控。
6.根据权利要求1所述的多功能辐射测量系统，其特征在于，所述信号处理单元进一步包括信号放大单元，用于对来自探测器的电信号进行放大；和模数转换单元，用于对已放大信号进行模数转换得到处理后信号。
7.一种用于多功能辐射测量系统的主机，所述测量系统包括该主机和至少一个分离式探测器，该主机包括主机接口，用于通过总线与所述至少一个探测器之一通信连接； 存储器，用于存储将主机量值溯源到国家电学量基准的主机校准数据； 读取单元，用于响应主机与所述多个探测器之一的连接，读取所连接探测器的类型数据和校准数据，信号处理单元，对来自探测器的电信号进行处理得到处理后信号， 控制单元，用于根据探测器的类型数据、探测器的校准数据以及主机校准数据，对处理后信号进行校准得到测量信号，显示单元，用于显示所述测量信号。
8.一种用于多功能辐射测量系统的探测器，所述测量系统包括主机和至少一个所述探测器，每个所述探测器包括检测单元，用于将接收的辐射转换为电信号；探测器存储器，用于存储包括该探测器的类型数据和将该探测器的量值溯源到国家辐射度或光度基准的校准数据的数据；探测器接口，用于通过总线与所述主机通信连接。
9.一种用于权利要求1所述辐射测量系统的测量方法，其特征在于该方法包括以下初始化步骤，通过总线将主机接口与所述至少一个探测器之一的探测器接口连接， 主机响应所述连接从探测器存储器读取包括该探测器的类型数据和探测器校准数据的数据，所述主机根据探测器的类型数据选择单位和量程。
10.如权利要求9所述的测量方法，其特征在于，该方法进一步包括以下步骤， 所述探测器感应辐射并产生电信号，主机对来自探测器的电信号进行放大和模数转换得到处理后信号， 控制单元根据探测器的类型数据、探测器的校准数据和主机校准数据，对处理后信号进行校准得到测量信号，以及显示所述测量信号。
全文摘要
本发明提供一种多功能辐射测量系统和方法。该系统包括主机和至少一个分离式探测器。每个探测器包括检测单元，用于存储探测器类型数据和校准数据的探测器存储器，和用于通过总线与主机通信连接的探测器接口。主机包括用于通过总线探测器之一通信连接的主机接口，用于存储将主机量值溯源到国家电学量基准的主机校准数据的存储器，用于读取探测器的类型数据和校准数据的读取单元，信号处理单元，用于根据探测器的类型数据、探测器的校准数据以及主机校准数据，对处理后信号进行校准得到测量信号的控制单元，以及显示测量信号的显示单元。通过更换不同类型的探测器，一台主机即可实现多种光辐射量测量的功能，系统具有很高的功能扩充性。
文档编号G01J1/42GK102261951SQ201110099438
公开日2011年11月30日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者刘金元 申请人:中国计量科学研究院
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
