设计亮度增益测试系统的优化方案

增益测试子系统的微光光源采用6 V/10W的卤钨灯白光光源,恒流供电,固定直径8mm出光,卤钨灯实物如图6.2所示。

图6.2　卤钨灯光源实物图

增益测试子系统的紫外光源采用北京赛凡光电仪器有限公司生产的7ILD30型氘灯光源及其配套稳流电源7IPD30。7ILD30型氘灯光源光谱范围为200～400 nm,灯泡寿命为2 000 h,最小光斑直径可达3mm。7IPD30氘灯电源额定功率为30W,输出电流漂移为±0.05%/h。氘灯光源实物如图6.3所示。

图6.3　氘灯光源实物

滤光片采用了由美国THORLABS公司的紫外熔融石英基底的反射中性密度滤光片,光密度从0.1到4.0的10片滤光片。滤光片都会吸收某些波长,因此不同的滤光片能够不同程度地衰减光的强度,改变不同的光谱成分,在一定范围内可用来调准中心波长。在实验过程中,通过插入单个或者多个滤光片来调节光强和光谱成分,获得最佳实验效果。滤光片实物如图6.4所示。

图6.4　滤光片实物

增益测试子系统积分球采用特殊定制的Sphere-200mm的全铝积分球,用以建立一个均匀辐射的光源。该积分球有两个入光孔和出光孔,在入光孔处分别放置氘灯光源和钨灯光源,光源发出的光经球内积分在出光孔处形成均匀的光,出光尺寸为30mm,均匀度可达99.8%以上。积分球如图6.5所示。

图6.5　积分球示意

光度计主要是用来测量像增强器荧光屏亮度,是一种用来测量光度的计量仪器。本系统中使用光度计为Photo Research公司生产的PR-880型全自动化滤光片式光度计。其技术指标及性能参数如下,PR-880型光度计实物如图6.6所示。亮度增益测试仪实物如图6.7所示。

①A/D分辨率:14 bits。

②视野范围:8.5°。

③测定角度:自动3°、1°、1/2°、1/4°、2°、1/8°(可选)。

④滤光片转台:2个6位置转台。

⑤标准滤光片:Photopic、Red、Blue、Open、ND-1 to ND-4。

⑥测定内容:亮度、光度、光强度、三色激励测色法、色度、相关色温。

⑦测量精度:亮度±2%,标准A光源。

图6.6　PR-880型光度计实物

图6.7　亮度增益测试仪实物

增益测试子系统软件由辐射亮度增益与等效背景辐射照度测试模块和数据库模块两部分组成,用以实现像增强器荧光屏亮度的测量、阴极面入射辐射照度的测量、光度计的控制、电源开关的控制等功能,并且可以将测试信息保存到数据库中。

辐射亮度增益与等效背景辐射照度测试模块用以实现入射辐射照度、荧光屏亮度、荧光屏暗背景和辐射亮度增益等参数的测量与计算,测试模块界面如图6.8所示。

图6.8　辐射亮度增益与等效背景辐射照度测试模块界面

像增强器辐射亮度增益和等效背景辐射照度测试操作步骤如下所示:

启动软件→软件默认配置→重新选择串口或测量设置(可选)→输入测试管号和人员以及修正系数→开启PR-880远程模式→打开电源控制器的输出,打开光源和电子挡板→辐射照度测试(或直接输入照度值)→单击“测试”按钮实现荧光屏亮度、亮度增益、背景亮度、等效背景辐射照度测试→保存数据。

①软件默认配置:程序启动后将读取安装文件夹内数据库文件,根据最近一次的操作,打开相应串口,并对亮度测量设置进行默认配置。

②重新选择串口或测量设置:程序启动后,可根据需要重新选择串口或对测量参数,如孔径角等进行设置。软件将保存这一操作,在下一次程序开启时,将按最近的串口选择和测量设置进行软件默认配置,串口设置界面如图6.9所示。

图6.9　串口设置界面

亮度测量设置界面可以进行孔径角的选择以及衰减系数的选择,其中孔径角有1/8°、1/4°、1/2°、1°、2°和3°共6个选项,衰减系数有自动、10倍衰减、100倍衰减、1 000倍衰减和100 000倍衰减共5个选项。亮度测量设置界面如图6.10所示。

图6.10　亮度测量设置界面

③开启PR-880远程模式:在串口连接打开正确的情况下,开启PR-880远程模式,实现光度计的远程控制。PR-880控制模块界面如图6.11所示。

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图6.11　PR-880控制模块界面

单击“开启远程模式”按钮后,软件将通过串口给PR-880光度计发送指令,使光度计处于远程控制状态,操作信息框中将出现如图6.12所示的提示信息。

图6.12　远程模式开启信息提示界面

远程模式开启成功后,操作信息框中将出现如图6.13所示的提示信息。

图6.13　远程模式开启成功信息提示界面

若串口连接出错或光度计出错,则将无法成功开启光度计远程控制模式,此时,需检查光度计串口连接或重启光度计。远程模式开启失败提示信息如图6.14所示。

图6.14　远程模式开启失败信息提示界面

当测试完成,关闭系统前或需手动操作光度计时,应先关闭光度计远程模式,远程模式关闭成功后,将出现如图6.15所示的提示信息。

图6.15　远程模式关闭信息提示界面

④打开电源控制器电源输出:在串口连接正确的前提下,可以做到对电源的纯软件控制,如图6.16所示。

图6.16　电源控制器显示界面

⑤辐射照度测试:利用PH-16型宽动态范围照度/辐射计,获取当前阴极面入射辐射照度。在实验环境不变的前提下,手动输入当前照度值,如图6.17所示。

图6.17　辐射照度测试显示界面

⑥亮度测试:利用PR-880光度计获取像增强器在相应入射辐射照度下荧光屏的亮度。亮度测试模块界面如图6.18所示。

图6.18　亮度测试模块界面

当单击“测试”按钮后,计算机将给光度计发送指令,启动亮度测量,光度计测量完成后,将测试亮度数据发送回计算机,计算机对该数据进行显示,并利用先前所测辐射照度,计算得到辐射亮度增益。

接着再发送指令给电子挡板,关闭电子挡板,从而再次利用PR-880光度计获取像增强器在无入射辐射下荧光屏的背景亮度。计算机获取荧光屏背景亮度后,利用先前测试获得的辐射亮度增益计算得到像增强器等效背景辐射照度。

⑦保存数据:将测试数据保存在数据库中。

数据库模块完成对测试信息的保存和查询。包括测试管号、辐射亮度增益、荧光屏亮度、入射辐射照度、等效背景辐射照度等相关信息。通过VS2012连接Access数据库,可以对数据进行删除、添加、修改和查询。辐射亮度增益数据库模块分成微光与紫外两个数据库来分别存储数据,界面如图6.19所示。

在辐射亮度增益数据库模块界面中,表单界面模块用以显示全部测试记录,其界面如图6.20所示。

图6.19　数据库模块界面

(a)微光辐射亮度增益数据库;(b)紫外辐射亮度增益数据库

图6.20　数据库模块表单界面

测试信息模块用以显示单条记录的完整相关信息,并可通过“添加记录”“修改记录”和“删除记录”等按钮实现数据库信息记录的添加、修改和删除。测试信息模块界面如图6.21所示。

图6.21　测试信息模块界面

测试查询模块可以通过测试管号、辐射亮度增益和测试时间组合实现条件查询,当设定好查询条件后,单击“查询”按钮,表单界面将显示符合查询条件的测试记录,“显示全部”按钮用以重新显示所有测试记录,测试查询模块界面如图6.22所示。

图6.22　测试查询模块界面