专利名称：光谱响应度测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及探测器光谱响应度测量领域，尤其涉及一种在变温及变磁场环境下进行光谱响应度测量的系统。
背景技术：
光谱响应度是光探测器的重要技术参数之一，随着光探测技术的发展，精确测量光探测器的光谱响应度变得越来越重要。同时利用光探测器的光谱响应度对光探测器材料进行定性定量的分析，也成为研制新型光探测器的重要步骤。光电探测器的光谱响应度计量于1997年被国际光学计量组织CCPR (光度辐射咨询委员会)和BIPM (国际计量局)确定为光学计量领域的6项国际关键性比对之一。光谱响应度包括绝对光谱响应度和相对光谱响应度。其中绝对光谱响应度是光探测器的重要技术参数之一，它描述的是探测器绝对响应率与波长之间的关系。该参数的正确测试对于探测器的机理分析、工艺改进以及系统的整体设计有着重要的意义。目前国内研制的光谱响应度测量装置主要由光源系统、分光系统、输出光学系统、探测及数据采集系统和测量软件组成。光源系统只是分别设置单一的紫外或者可见或者红外光源，因此，现有光谱响应度测量装置的光谱测量覆盖范围及应用范围具有局限性，并且现有测量装置只能提供在自然条件下的光谱响应度测量，不能模拟低温，强磁场环境。以上这些问题导致了新型光探测器发展缓慢，尤其对在特定环境下使用的新型光探测器的研制带来了困难。由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种光谱响应度测量系统，以克服现有技术的缺陷。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种光谱响应度测量系统，可以增加测量光谱响应度的光谱范围，同时具有变温、变磁场特性，能够在低温及强磁场环境下进行测量，以克服现有光谱响应度测量装置的局限性。本实用新型的另一目的在于提供一种光谱响应度测量系统，使光谱响应度测试全流程自动测量，保持系统良好封闭，避免手动操作带来误差。本实用新型的目的是这样实现的，一种光谱响应度测量系统，该测量系统包括有旋转台，该旋转台由中心转座和环设于中心转座外侧的外圈转座构成；在旋转台一侧设有标准探测器组；在旋转台另一侧设有样品室，样品室内设置待测样品；所述中心转座上竖直设置一中心全反射镜；所述外圈转座上对应设有第一准直镜片组和第二准直镜片组；所述标准探测器组和待测样品分别与一信号转换器电连接，该信号转换器通过一锁相放大器连接于一计算机；所述样品室外侧设有磁场及磁场调节装置；样品室中设有温度探测和控制装置；一第一光源通过一第一光路传输装置将光线传输至中心全反射镜的一反射面；一第二光源通过一第二光路传输装置将光线传输至中心全反射镜的另一反射面。[0009]在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第一光源为红外光源，所述第一光路传输装置包括有第一单色仪、第一光源输出镜组，在第一光源出光口内侧设有第一斩波器，第一斩波器外侧设有第一滤光片并连接于第一单色仪入光口，在第一单色仪入光口设有第一电动快门；第一单色仪出光口与第一光源输出镜组入光口准直，第一光源输出镜组出光口与中心全反射镜准直；所述第二光源为紫外和可见光源，分别由氘灯和溴钨灯构成；所述第二光路传输装置包括有第二单色仪、第二光源输出镜组和一个固定设置在平移台上的反光镜，在第二光源出光口内侧设有第二斩波器，第二斩波器外侧设有第二滤光片并连接于第二单色仪入光口，在第二单色仪入光口设有第二电动快门；第二单色仪出光口与第二光源输出镜组入光口准直，第二光源输出镜组出光口与所述反光镜准直，该反光镜的反射光与中心全反射镜准直。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述标准探测器组设置有紫敏硅标准探测器、钢镓砷标准探测器和热释电标准探测器。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述中心转座和外圈转座分别由步进电机驱动旋转。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述磁场及磁场调节装置包括有设置在样品室两侧的磁性体，两磁性体均设置在一滑轨上，两磁性体连接在一螺旋移动调节机构上。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述样品室由一磁场真空专用外罩构成，该外罩上设有光学窗口。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述温度探测和控制装置包括设置在外罩上部的制冷装置和一个由外罩下部向上部延伸设置的传热杆，所述传热杆的上端和下端均设有硅二极管和加热片。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述制冷装置为液氦制冷循环装置，该循环装置上设有液氦循环入口和液氦循环出口并连接有机械泵和制冷泵。由上所述，本实用新型的光谱响应度测量系统，不仅可以测量较大光谱范围(200nm-lIOOOnm)的光谱响应度，同时具有变温、变磁场特性，分别可提供5K-475K，
0.08T-1.2T范围内的变化；同时，本实用新型的光谱响应度测量系统，实现了光谱响应度测试全流程自动测量，可保持测量系统良好封闭，不需要手动更换标准探测器或开关快门，减少操作者测试过程中的操作，并避免手动操作带来误差；为了克服现有光谱响应度测量装置的局限性。
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中:图1:为本实用新型光谱响应度测量系统的结构及测试光路示意图；图2:为本实用新型中样品室和磁场及磁场调节装直的结构不意图；图3:为图2的侧视结构示意图；图4:为本实用新型中样品室和温度探测和控制装置的结构示意图。
具体实施方式
[0022]为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式
。如图1所示，本实用新型提出一种光谱响应度测量系统100，该测量系统100包括有旋转台1，该旋转台I由中心转座11和环设于中心转座11外侧的外圈转座12构成，所述中心转座11和外圈转座12分别由步进电机驱动旋转；在旋转台I 一侧设有标准探测器组2 ;在旋转台I另一侧设有样品室3，样品室3内设置待测样品31 (如图4所示)，所述测样品31为待测探测器或待测材料；所述标准探测器组2中设置有紫敏硅标准探测器、钢镓砷标准探测器和热释电标准探测器，分别用于待测样品31的紫外、可见及红外光谱响应度的定标测量；所述中心转座11上竖直设置一中心全反射镜111 ;所述外圈转座12上对应设有第一准直镜片组121和第二准直镜片组122,所述第一准直镜片组121用于传输红外光线，第二准直镜片组122用于传输紫外和可见光线；所述样品室2外侧设有磁场及磁场调节装置5 (如图2所示)；样品室2中设有温度探测和控制装置6 (如图4所示)；一第一光源71通过一第一光路传输装置81将光线传输至中心全反射镜111的一反射面，该反射面用于反射红外光线；一第二光源72通过一第二光路传输装置82将光线传输至中心全反射镜111的另一反射面，该另一反射面用于反射紫外和可见光线；所述标准探测器组2和待测样品31分别与一信号转换器41电连接，该信号转换器41通过一锁相放大器42连接于一计算机43，锁相放大器42进行信号放大和噪声过滤处理，计算机43使用专业软件进行数据处理，实时显示信号，完成定标计算，可进行参数设置实现光源、光路的自动切换及各项测试需要。在本实施方式中，所述第一光源71为红外光源，所述第一光路传输装置81包括有第一单色仪811、第一光源输出镜组812，在第一光源71出光口内侧设有第一斩波器711，第一斩波器711外侧设有第一滤光片712并连接于第一单色仪811入光口，在第一单色仪811入光口设有第一电动快门713 ;第一单色仪811出光口与第一光源输出镜组812入光口准直，第一光源输出镜组812出光口与中心全反射镜111准直；所述第二光源72为紫外和可见光源，分别由氘灯和溴钨灯构成；所述第二光路传输装置82包括有第二单色仪821、第二光源输出镜组822和一个固定设置在平移台9上的反光镜823，在第二光源72出光口内侧设有第二斩波器721，第二斩波器721外侧设有第二滤光片722并连接于第二单色仪821入光口，在第二单色仪821入光口设有第二电动快门723 ;第二单色仪821出光口与第二光源输出镜组822入光口准直，第二光源输出镜组822出光口与所述反光镜823准直，该反光镜823的反射光与中心全反射镜111准直。本实用新型的光谱响应度测量系统使用时，通过计算机43中的专业软件进行相关参数设置，系统将根据参数的设置自动进行光谱响应度测量；紫外、可见、红外光谱响应度测量可自动切换。以作为第一光源的红外光源为例，说明该系统的使用过程。首先关闭第一电动快门713，系统进行标准探测器暗信号的扫描，随后打开第一电动快门713，第一光源71发出的红外光经过第一斩波器711、第一滤光片712、第一电动快门713后进入第一单色仪811，经过第一单色仪811分离后，出射单波长光谱，随后经过第一光源输出镜组812、中心全反射镜111的反射面、第一准直镜片组121照射到标准探测器上进行标准探测器的光响应的测量。之后进行待测样品光响应的测量，由步进电机驱动中心旋转座11和外圈旋转座12，使中心全反射镜111的反射面和第一准直镜片组121变换位置(如图1所示)，将光路精确切换至照射样品室3的方向，关闭第一电动快门713，系统进行待测样品31暗信号的扫描，随后打开第一电动快门713,第一光源71发出的红外光经过第一斩波器711、第一滤光片712、第一电动快门713后进入第一单色仪811，经过第一单色仪811分离后，出射单波长光谱，随后经过第一光源输出镜组812、中心全反射镜111的反射面、第一准直镜片组121照射到样品室3内待测样品31上进行光响应的测量。最后，计算机43中的专业软件根据中国计量院提供的标准探测器光谱响应度数据以及测量得到的探测器光谱响应数据，计算得到待测样品的绝对光谱响应度数据，并通过表格或者直接以曲线形式输出。同样的，当采用第二光源中的紫外光源时，先开启第二光源72中的氘灯；关闭第二电动快门723，系统进行标准探测器暗信号的扫描，随后打开第二电动快门723，第二光源72发出的紫外光经过第二斩波器721、第二滤光片722、第二电动快门723后进入第二单色仪821，经过第二单色仪821分离后，出射单波长光谱，随后经过第二光源输出镜组822、反射镜823、中心全反射镜111的另一反射面(反射面的变换是通过转动中心旋转座来实现的)、第二准直镜片组122照射到标准探测器上进行标准探测器的光响应的测量(其中，由于反射镜823是固定设置在平移台9上的，该平移台9是横向移动在第一光源输出镜组812与中心全反射镜111之间的红外光路上的，平移台9可由步进电机控制平移，该平移台9平移至预设位置后，反光镜823恰好处于与中心全反射镜111准直的位置，由此将第二光源输出镜组822的出光反射至中心全反射镜111的另一反射面；该平移台9在使用紫外、可见光谱时使用，实现测量系统中部分光路实现共用，以达到节省空间的目的)；之后进行待测样品光响应的测量，由步进电机驱动中心旋转座11和外圈旋转座12，使中心全反射镜111的另一反射面和第二准直镜片组122变换位置(如图1所示)，将光路精确切换至照射样品室3的方向，关闭第二电动快门723，系统进行待测样品31暗信号的扫描，随后打开第二电动快门723，第二光源72发出的紫外光经过第二斩波器721、第二滤光片722、第二电动快门723后进入第二单色仪821，经过第二单色仪821分离后，出射单波长光谱，随后经过第二光源输出镜组822、反射镜823、中心全反射镜111的另一反射面、第二准直镜片组122照射到样品室3内待测样品31上进行光响应的测量。最后，计算机43中的专业软件根据中国计量院提供的标准探测器光谱响应度数据以及测量得到的探测器光谱响应数据，计算得到待测样品的绝对光谱响应度数据，并通过表格或者直接以曲线形式输出。采用可见光源时，操作过程与采用紫外光源的操作过程相同，在此不再赘述。由上所述，本实用新型的光谱响应度测量系统，其光源采用紫外、可见、红外光三种光源组合设计，每个光源都有稳压稳流源保证光源的稳定性，分别提供紫外-可见、可见-近红外、近红外-中红外三种光学范围的稳定光输出，能够实现从200nm至IlOOOnm光波段的准确控制；根据测试样品的需要进行200nm-11000nm波长范围内任意区间的光谱响应度测量，由此扩大了测量系统的适用范围，可实现器件的绝对光谱响应度测量。同时，由于所述样品室外侧设有磁场及磁场调节装置，且样品室中设有温度探测和控制装置，因此，在光谱响应度测量时，可以根据要求改变磁场强度，并调节样品室温度，使本实用新型的测量系统能够在低温、强磁场条件下进行器件的光谱响应度测量。进一步，如图2、图3所示，在本实施方式中，所述磁场及磁场调节装置5包括有设置在样品室3两侧的磁性体51,所述磁性体为永磁体,也可为电磁体；两磁性体51均设置在一滑轨52上，两磁性体51连接在一螺旋移动调节机构53上；所述螺旋移动调节机构53包括有机座、设置有左旋和右旋螺纹的螺杆、及分别与左旋和右旋螺纹连接的螺旋套管；所述两磁性体51分别连接于对应螺旋套管上；由传动装置驱动螺杆转动，调整两磁性体51相对样品室3的距离，由此改变磁场强度；在本实施方式中，两磁性体之间的距离可通过传动装置进行精确调节，实现 0.08Τ、0.15Τ、0.2Τ、0.3Τ、0.4Τ、0.6Τ、0.8Τ、1.ΟΤ、1.2Τ 共 9 个磁场梯度变化，同时可进行连续磁场强度的变化，对待测样品31进行0.08Τ-1.2Τ磁场范围内的光谱响应度测量。如图4所示，在本实施方式中，所述样品室3由一磁场真空专用外罩构成，该外罩上设有光学窗口 32,在本实施方式中，该光学窗口 32为ZnSe窗口，属于光路稱合配件。所述温度探测和控制装置6包括设置在外罩上部的制冷装置61和一个由外罩下部向上部延伸设置的传热杆62,所述传热杆62的上端设有娃二极管63和加热片64,下端也设有硅二极管63和加热片64。所述两个硅二极管63连接外部温控仪，实现对样品温度的实时监控，根据需要对样品室进行5Κ 475Κ连续变温或在此范围内任意温度恒温调控，实现待测样品在此温度范围内的变温光谱响应度测量。在本实施方式中，所述制冷装置61为液氦制冷循环装置，该循环装置上设有液氦循环入口 611和液氦循环出口 612并连接有机械泵和制冷泵。在本实施方式中，所述标准探测器组2中还设置另一样品室21 (如图1所示)，可以提供在不需要变温和变磁场的情况下进行测量。在本实施方式中，由信号转换器、锁相放大器和计算机组成的信号采集、处理和控制装置，其中锁相放大器进行信号放大和噪声过滤处理，在计算机中使用专业软件进行数据处理，实时显示信号，完成定标计算；还可进行参数设置实现光源、光路的自动切换及各项测试需要。本实用新型的光谱响应度测量系统，可以在低温、强磁场下对待测样品进行光谱响应度测量，同时光源稳压稳流源可以保证输出光功率的恒定，步进电机控制的平移台和旋转台可以精确控制光路的准确性；系统以模块方式搭建，易安装维修；利用本实用新型的光谱响应度测量系统，可以全自动、准确地测量待测样品的光谱响应度，并利用对温度、磁场的调控测试在变温、变磁场情况下，实现绝对光谱响应度的测量。所得光谱响应度测量结果唯一，可作为指纹参考。本实用新型的光谱响应度测量系统，不仅可以测量较大光谱范围(200nm-lIOOOnm)的光谱响应度，同时具有变温、变磁场特性，分别可提供5K-475K，
0.08T-1.2T范围内的变化；同时，本实用新型的光谱响应度测量系统，实现了光谱响应度测试全流程自动测量，可保持测量系统良好封闭，不需要手动更换标准探测器或开关快门，减少操作者测试过程中的操作，并避免手动操作带来误差；为了克服现有光谱响应度测量装置的局限性。以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式
，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
权利要求1.一种光谱响应度测量系统，其特征在于:该测量系统包括有旋转台，该旋转台由中心转座和环设于中心转座外侧的外圈转座构成；在旋转台一侧设有标准探测器组；在旋转台另一侧设有样品室，样品室内设置待测样品；所述中心转座上竖直设置一中心全反射镜；所述外圈转座上对应设有第一准直镜片组和第二准直镜片组；所述标准探测器组和待测样品分别与一信号转换器电连接，该信号转换器通过一锁相放大器连接于一计算机；所述样品室外侧设有磁场及磁场调节装置；样品室中设有温度探测和控制装置；一第一光源通过一第一光路传输装置将光线传输至中心全反射镜的一反射面；一第二光源通过一第二光路传输装置将光线传输至中心全反射镜的另一反射面。
2.如权利要求1所述的光谱响应度测量系统，其特征在于:所述第一光源为红外光源，所述第一光路传输装置包括有第一单色仪、第一光源输出镜组，在第一光源出光口内侧设有第一斩波器，第一斩波器外侧设有第一滤光片并连接于第一单色仪入光口，在第一单色仪入光口设有第一电动快门；第一单色仪出光口与第一光源输出镜组入光口准直，第一光源输出镜组出光口与中心全反射镜准直；所述第二光源为紫外和可见光源，分别由氘灯和溴钨灯构成；所述第二光路传输装置包括有第二单色仪、第二光源输出镜组和一个固定设置在平移台上的反光镜，在第二光源出光口内侧设有第二斩波器，第二斩波器外侧设有第二滤光片并连接于第二单色仪入光口，在第二单色仪入光口设有第二电动快门；第二单色仪出光口与第二光源输出镜组入光口准直，第二光源输出镜组出光口与所述反光镜准直，该反光镜的反射光与中心全反射镜准直。
3.如权利要求2所述的光谱响应度测量系统，其特征在于:所述标准探测器组设置有紫敏硅标准探测器、铟镓砷标准探测器和热释电标准探测器。
4.如权利要求1所述的光谱响应度测量系统，其特征在于:所述中心转座和外圈转座分别由步进电机驱动旋转。
5.如权利要求1所述的光谱响应度测量系统，其特征在于:所述磁场及磁场调节装置包括有设置在样品室两侧的磁性体，两磁性体均设置在一滑轨上，两磁性体连接在一螺旋移动调节机构上。
6.如权利要求1所述的光谱响应度测量系统，其特征在于:所述样品室由一磁场真空专用外罩构成，该外罩上设有光学窗口。
7.如权利要求6所述的光谱响应度测量系统，其特征在于:所述温度探测和控制装置包括设置在外罩上部的制冷装置和一个由外罩下部向上部延伸设置的传热杆，所述传热杆的上端和下端均设有硅二极管和加热片。
8.如权利要求7所述的光谱响应度测量系统，其特征在于:所述制冷装置为液氦制冷循环装置，该循环装置上设有液氦循环入口和液氦循环出口并连接有机械泵和制冷泵。
专利摘要本实用新型为一种光谱响应度测量系统，包括光源、光路传输装置、探测器、样品室、信号采集、处理和控制装置；光源采用紫外、可见、红外光三种光源组合设计，可实现较大的光谱测量范围；样品室外侧设有磁场及磁场调节装置，样品室中设有温度探测和控制装置，可模拟出低温、强磁场环境；该光谱响应度测量系统可以增加测量光谱响应度的光谱范围，同时具有变温、变磁场特性，能够在低温及强磁场环境下进行测量，克服了现有光谱响应度测量装置的局限性；同时，实现了光谱响应度测试全流程自动测量，可保持测量系统良好封闭，避免手动操作带来误差。
文档编号G01J3/28GK203037351SQ20132002064
公开日2013年7月3日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者赵昆, 冯鑫, 吕志清, 陈少华 申请人:中国石油大学(北京)