[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

本發明公開了一種適用于寒冷環境下的光譜儀自適應控制方法，涉及自動控制技術，包括以下步驟：1)入射光強度粗測；2)光譜儀總體輸出最大值確定；3)光譜儀總體輸出分解；4)光譜儀最佳曝光時間t_op確定；5)光譜儀自適應測量，將光譜儀曝光時間設定為t_op進行測量。本發明的有益效果是該自適應控制方法通過預估入射光強度并自動調節曝光時間的方式，使得光譜儀能夠自動適應外界環境溫度和光場強度的變化，尤其在惡劣寒冷環境下，進行自適應測量，減少器件由于溫度變化產生的測量誤差，從而得到滿意的測量結果。

技術領域

本發明涉及自動控制技術，具體涉及一種適用于寒冷環境下的光譜儀自適應控制方法。

背景技術

極地憑借其自身豐富的戰略資源以及獨特的戰略地理位置，吸引了全球各國將其作為本國重點國家發展戰略。極地地區所擁有的大量海冰，鑒于其對于極地海洋生態系統、極地上層海洋過程、大氣-海冰-海洋相互作用以及全球氣候變化等方面均具有重要意義，因此成為極地研究的熱點。有研究表明在過去的幾十年中北極海冰正發生著顯著的變化，海冰覆蓋范圍和面積均顯著減小，多年冰大量融化，取而代之的是更多的一年冰，而造成這種變化很重要一個原因是太陽輻射。因此針對海冰環境下太陽輻射變化情況的長期原位測量是十分重要的。

長久以來，針對極地海冰環境太陽輻射的數據十分缺乏，長期連續數據更是沒有，這其中主要原因是極地環境十分惡劣，在北極海冰環境下，環境溫度變化范圍很大，最低溫度能夠低至-40℃，該溫度已經大大低于包括光譜儀在內的絕大部分光學傳感器的最低允許使用溫度，同時非常接近絕大部分電子元器件的允許使用溫度下限。因此用于極地海冰環境太陽輻射強度測量的光譜儀必須進行特殊溫度相關性研究校正，方能保證測量結果的正確、有效，而該方面是目前市場上絕大部分商用光譜儀無法做到的。此外，極地海冰環境下，太陽輻射強度在時間和空間上變化都很大，為太陽輻射強度的長期連續測量帶來了非常大的挑戰。

發明內容

本發明克服了現有技術中的缺點，目的在于提出了一種適用于寒冷環境下的光譜儀自適應控制方法，提高光譜儀對環境溫度的適應性，最大程度上的消除由于外界溫度變化與入射光強度變化所造成的測量誤差，擴大了觀測系統的有效工作區間，使得系統能夠自動適應外界輻射強度與溫度的變化進行精確測量。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：一種適用于寒冷環境下的光譜儀自適應控制方法，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)。

進一步的，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；