高强度单色光辐照的测量方法及装置与流程

本发明涉及一种测量方法及装置，尤其是一种高强度单色光的测量方法及装置。

背景技术：

由于标准太阳光准备的辐照存在光照强度的限制(约一个标准太阳光)，而在硅太阳电池行业出现了能产生高光强单色光的快速光衰设备及氢再生设备的需求。由于单色光和复色光机制的区别，此类设备的辐照强度无法利用常规的光度计进行辐照强度的测定。对于单色光，即为单一频率(或波长)的光，不能产生色散。然而，一般的光源是由不同波长的单色光所混合而成的复色光，所谓的“复色光”是指白光或太阳光经三棱镜折射能所分离出光谱色光--红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七个颜色。

目前，市场上测定光强的仪器称为照度计，采用硅二极管或光电管将光能转化为电能后，再测定光电流值可得到光强大小的相对值，通过校正即得到光强值，一般以lux(勒克斯)或w/m²为计量单位。

在采用照度计进行光强测定时，主要有如下几个方面的情况：首先，光电管所用的光电材料(即探头)的光谱灵敏区的限制，所测得的光强只是该光谱灵敏区范围内的值，大致在380nm-780nm波长范围。其次，由于光电材料只能承受特定光强以下的辐照，因此其光强测试范围受到极大限制，通常能测试标准1个太阳数左右及以下的光照。然而，该类装置对于目前光伏行业抗光衰(lid)设备的高光强光源(远高于1个太阳数)是无法测量的。

另外，单色光相对于白光的频率单一，不同单色光在感光元件的吸收系数也是不相同，相对于白光照度计更为复杂和精确。在当前实行的国家标准和国际标准中，在辐照面上的辐照强度为1000w/m²时，认为等同于如am1.5g的辐照强度，称为一个标准太阳的辐照强度。

近年来，在光伏电池领域，已经出现用单色光形成高光强的辐照来作为光源照射硅太阳电池的测试。按照前述定义，单色光情形下由于其光谱的单一，光能量分布明显区别于白光和日光，或者存在光源产生高光强辐照的情况，显然不能用白光的(如am1.5g)的定义来描述和测量单色光的高光强辐照下在感光元件产生的模拟信号与光源光强之间的关系。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，准备一种高强度单色光的测量方法及装置，其能实现高光强单色光的辐照测定，测量效率高，适应范围广，安全可靠。

按照本发明准备的技术方案，一种高强度单色光辐照的测量方法，所述测量方法包括如下步骤：

步骤1、准备待测量光照强度的单色光光源以及用于接收所述单色光光源光照的感光元件，通过感光元件能得到感光测量信号sdig；

步骤2、运算模块根据感光测量信号sdig，能得到单色光光源对应等效的标准太阳数x(suns)，所述的等效标准太阳数x(suns)为：

x(suns)＝sdig/(rcoef×aeff×e×nph0)

其中，rcoef为感光元件的响应系数，aeff为感光元件的有效面积，e为电子电量，nph0为等效标准光的光子流密度；

步骤3、所述运算模块通过显示模块显示输出所得到的等效标准太阳数x(suns)。

所述感光元件包括硅太阳电池、钙钛矿电池或有机电池，感光元件通过采集模块与运算模块连接，通过采集模块能将感光元件输出的感光测量模拟信号sanal转换得到感光测量信号sdig，并将所述感光测量信号sdig传输至运算模块内。

所述运算模块通过光源控制模块与单色光光源电连接，运算模块根据等效标准太阳数x(suns)后，通过光源控制模块能控制单色光光源输出所需光照辐照的状态。

还包括能置于单色光光源与感光元件之间的光源光线处理模组，在单色光光源的光路上，所述光源光线处理模组依次包括凸透镜、光学积分器、光学衰减片以及准直物镜。

所述光学积分器包括积分器场镜以及积分器投影镜，所述积分器场镜位于凸透镜与积分器投影镜之间，积分器投影镜位于积分器场镜与光学衰减片之间。

一种高强度单色光辐照的测量装置，包括能接收待测量光照强度的单色光光源所发出光线的感光元件，所述感光元件与运算模块电连接，所述运算模块与显示模块电连接；

通过感光元件能得到感光测量信号sdig；运算模块根据感光测量信号sdig，能得到单色光光源对应等效的标准太阳数x(suns)，所述的等效标准太阳数x(suns)为：

x(suns)＝sdig/(rcoef×aeff×e×nph0)

其中，rcoef为感光元件的响应系数，aeff为感光元件的有效面积，e为电子电量，nph0为等效标准光的光子流密度；

所述运算模块通过显示模块显示输出所得到的等效标准太阳数x(suns)。

所述感光元件包括硅太阳电池、钙钛矿电池或有机电池，感光元件通过采集模块与运算模块连接，通过采集模块能将感光元件输出的感光测量模拟信号sanal转换得到感光测量信号sdig，并将所述感光测量信号sdig传输至运算模块内。

所述运算模块通过光源控制模块与单色光光源电连接，运算模块根据等效标准太阳数x(suns)后，通过光源控制模块能控制单色光光源输出所需光照辐照的状态。

还包括能置于单色光光源与感光元件之间的光源光线处理模组，在单色光光源的光路上，所述光源光线处理模组依次包括凸透镜、光学积分器、光学衰减片以及准直物镜。

所述光学积分器包括积分器场镜以及积分器投影镜，所述积分器场镜位于凸透镜与积分器投影镜之间，积分器投影镜位于积分器场镜与光学衰减片之间。

本发明的优点：通过感光元件以及运算模块配合能测定高光强单色光的辐照强度，突破现有高或极高光强单色光监测的不足，可以实时地掌握光源在不同辐照面的光照强度，也使得实时监测高光强的辐照光成为可能。利用运算模块得出等效太阳数，使光源的辐照光强得到更为简单、直观的量化。通过光源控制模块与单色光光源配合，可以对单色光光源的光强进行实时的监控、校准和反馈，使得辐照面的光照强度的控制更加精细。高光强单色光的辐照强度的测定，为太阳能光伏电池和组件测试设备的光源辐照强度测试及其他光源辐照强度监测领域准备便利。此外，本发明应用范围广，标准太阳数包括但不局限于am1、am1.5d、am1.5g等条件，凡知道光子流密度分布的各类标准太阳光，均能作为对比标准，从而得到对应不同实际需求测量等效数据。

附图说明

图1为本发明的示意图。

附图标记说明：1-单色光光源、2-凸透镜、3-积分器场镜、4-积分器投影镜、5-光学衰减片、6-准直物镜、7-感光元件、8-采集模块、9-运算模块、10-显示模块以及11-光源控制模块。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：为了能实现高光强单色光的辐照测定，本发明的测量方法包括如下步骤：

步骤1、准备待测量光照强度的单色光光源1以及用于接收所述单色光光源1光照的感光元件7，通过感光元件7能得到感光测量信号sdig；

具体地，单色光光源1为能发射单波段单色光，单色光光源1能产生高光强或极高光强，其辐照强度远高于日常生活所见的太阳光，至少大于1suns≈1kw/m²。具体实施例时，所述单色光光源1包括能发射单色光的单色发光体，包括但不限于单色led、单色激光器，以及其他复合光经过滤光后得到的单色发光体。

单色光光源1发射的单色光线能均匀照射在感光元件7上，所述感光元件7包括硅太阳电池、钙钛矿电池或有机电池，当然，感光元件7还可以选取其他感光器件，具体可以根据需要进行选择，此处不再赘述。

进一步地，还包括能置于单色光光源1与感光元件7之间的光源光线处理模组，在单色光光源1的光路上，所述光源光线处理模组依次包括凸透镜2、光学积分器、光学衰减片5以及准直物镜6。

本发明实施例中，所述光学积分器包括积分器场镜3以及积分器投影镜4，所述积分器场镜3位于凸透镜2与积分器投影镜4之间，积分器投影镜4位于积分器场镜3与光学衰减片5之间。具体地，积分器场镜3和积分器投影镜4两者合用，共同起作用，采用光学积分器的目的是来满足出射光辐照面照度分布均匀的要求，既能达到比较理想的均匀照明效果，又能得到较高的光能利用效率。

具体实施时，凸透镜2用于汇聚单色光光源1发出的光线，使单色光光源1发出的光能被充分利用，并在光学积分器通光口径内形成所需的辐照分布。光学积分器包括积分器场镜3和积分器投影镜4，采用光学积分器来满足出射光辐照面照度分布均匀的要求，既能达到比较理想的均匀照明效果，又能得到较高的光能利用效率。本发明针对高光强的单色光光源1的光照强度测量，感光元件7对光敏感，过强的光照易损坏感光元件7，因此，通过光学衰减片5能削弱光照强度，保护感光元件7。准直物镜6能使出射光为准直光线，即能使得单色光光源1照射到感光元件7上的光线为与感光元件7垂直的直线。

步骤2、运算模块9根据感光测量信号sdig，能得到单色光光源1对应等效的标准太阳数x(suns)，所述的等效标准太阳数x(suns)为：

x(suns)＝sdig/(rcoef×aeff×e×nph0)

其中，rcoef为感光元件7的响应系数，aeff为感光元件的有效面积，e为电子电量，nph0为等效标准光的光子流密度；

具体地，感光元件7的响应系数rcoef为感光元件7的吸光系数，反射系数及量子效率等相关参数，而且针对不同波段的单色光，该类响应系数不同。

具体地，感光元件7通过采集模块8与运算模块9连接，通过采集模块8能将感光元件7输出的感光测量模拟信号sanal转换得到感光测量信号sdig，并将所述感光测量信号sdig传输至运算模块9内。采集模块8具有模数转换作用，具体模数转换的形式与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。运算模块9可以采用现有常用的计算机等，具体可以根据需要进行选择，此处不再赘述。

对于选定的感光元件7，能确定得到所述感光元件7的响应系数rcoef、有效面积aeff。本技术领域人员均知，等效标准光包括但不限于am0、am1.0、am1.5g、am1.5d，即比对的标准光强确定后，即能得到对应的等效标准光的光子流密度nph0。

步骤3、所述运算模块9通过显示模块10显示输出所得到的等效标准太阳数x(suns)。

具体地，显示模块10具体可以选择常用的显示形式，如采用led显示屏，显示模块10具体显示的形式可以根据实际需要进行选择，此处不再赘述。在得到等效标准太阳数x(suns)后，即能得到单色光光源1的辐照强度等效为所需标准光倍数的数值。

具体实施时，所述运算模块9通过光源控制模块11与单色光光源1电连接，运算模块9通过光源控制模块11能控制单色光光源1的工作状态。通过光源控制模块11控制单色光光源1工作状态的过程与方式与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

综上，本发明高强度单色光辐照的测量装置，包括能接收待测量光照强度的单色光光源1所发出光线的感光元件7，所述感光元件7与运算模块9电连接，所述运算模块9与显示模块10电连接；

通过感光元件7能得到感光测量信号sdig；运算模块9根据感光测量信号sdig，能得到单色光光源1对应等效的标准太阳数x(suns)，所述的等效标准太阳数x(suns)为：

x(suns)＝sdig/(rcoef×aeff×e×nph0)

其中，rcoef为感光元件7的响应系数，aeff为感光元件的有效面积，e为电子电量，nph0为等效标准光的光子流密度；

所述运算模块9通过显示模块10显示输出所得到的等效标准太阳数x(suns)，以得到所述单色光光源1的辐照强度。

本发明实施例中，单色光光源1、感光元件7、运算模块9以及显示模块10等的具体工作以及配合关系均可以参考上述说明，此处不再赘述。

本发明实施例中，通过感光元件7以及运算模块9配合能测定高光强单色光的辐照强度，突破现有高或极高光强单色光监测的不足，可以实时地掌握光源在不同辐照面的光照强度，也使得实时监测高光强的辐照光成为可能。利用运算模块9得出等效太阳数，使光源的辐照光强得到量化。通过光源控制模块6与单色光光源1配合，可以对单色光光源1的光强进行实时的监控、校准和反馈，使得辐照面的光照强度的控制更加精细。高光强单色光的辐照强度的测定，为太阳能光伏电池和组件测试设备的光源辐照强度测试及其他光源辐照强度监测领域准备便利。此外，本发明应用范围广，标准太阳数包括但不局限于am1、am1.5d、am1.5g等条件，凡知道光子流密度分布的各类标准太阳光，均能作为对比标准，从而得到对应不同实际需求测量等效数据。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。