[發明專利]一種適用于寒冷環境下的光譜儀自適應控制方法

有效

• 申請號: 201710007187.1
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106768323B
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 王杭州;南立文;黃慧;宋宏;陳鷹
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/28
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種適用于寒冷環境下的光譜儀自適應控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

(1)光譜儀接受外界入射光信號，同時通過光譜儀自帶的溫度傳感器測量得到外界環境溫度T，設定光譜儀曝光時間為t，獲得對應于此入射光信號的光譜儀總體輸出M(T,t)；

(2)根據得到的光譜儀總體輸出M(T,t)，利用遞歸算法，得到光譜儀總體輸出數據中的最大值以及相對應的像素值；

(3)對所述光譜儀總體輸出M(T,t)進行分解，得到偏置電壓Md_off(T)、暗電壓Md_dk(T,t)和信號輸出Ms(T,t)，其中，Ms(T,t)＝M(T,t)-Md_off(T)-Md_dk(T,t)；

(4)確定最佳曝光時間標準，同時通過線性差值方法計算最佳曝光時間t_op；

(5)將光譜儀的曝光時間設置為t_op進行測量，得到測量結果(也即總體輸出)。

2.根據權利要求1所述的光譜儀自適應控制方法，其特征在于，所述步驟(3)中對所述光譜儀總體輸出M(T,t)進行分解，包括以下步驟：

(1)將總體輸出M(T,t)分為兩個部分，即暗輸出Md(T,t)和信號輸出Ms(T,t)，其中暗輸出Md(T,t)由偏置電壓Md_off(T)和暗電壓Md_dk(T,t)兩部分組成；

(2)基于線性插值和光譜儀偏置電壓校正數據Md_{off_c}(T)，對偏置電壓Md_off(T)進行估算；

(3)基于線性插值和暗電壓校正數據Md_{dk_c}(T,t)，對光譜儀暗電壓Md_dk(T,t)進行估算；

(4)通過測量得到的總體輸出M(T,t)減去上述兩部分估算得到的偏置電壓Md_off(T)和暗電壓Md_dk(T,t)，得出信號輸出Ms(T,t)。

3.根據權利要求2所述的光譜儀自適應控制方法，其特征在于，所述步驟(2)中光譜儀偏置電壓校正數據Md_{off_c}(T)和步驟(3)中暗電壓校正數據Md_{dk_c}(T,t)均通過實驗所得，實驗步驟如下：

(1)在-50～45℃間每隔5℃設定一個固定測量溫度點，并且在每個測量溫度點均等待光譜儀內部溫度完全穩定之后再進行測量，同時將光譜儀設定為高增益模式；

(2)設定曝光時間從1ms分15步逐漸增加到40s，分別設定為1,100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000,10000,20000,30000,40000；

(3)完全遮蓋光譜儀光纖入口，保證在沒有任何光線進入到光譜儀內部的情況下，測量各個溫度點下光譜儀對應于整個可見光波段的暗輸出Md(T,t)；

(4)對步驟(3)中所得暗輸出數據進行線性擬合，可以得到在不同溫度下，暗輸出Md(T,t)與曝光時間t的線性曲線圖；由于偏置電壓Md_off(T)與曝光時間t無關，Md_dk(T,t)與曝光時間t呈正比關系，因此可知曝光時間為0時的暗輸出Md(T,t)即為偏置電壓Md_off(T)，也即線性曲線圖中的截距，且該偏置電壓Md_off(T)就是在溫度T下的光譜儀偏置電壓校正數據Md_{off_c}(T)；同時也可知線性曲線圖中的斜率即為暗電壓Md_dk(T,t)，且該暗電壓Md_dk(T,t)也就是在溫度T下的光譜儀暗電壓校正數據Md_{dk_c}(T,t)。