[发明专利]电学定标热辐射计数字式自动锁频光电等效平衡系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量仪器，特别涉及一种电学定标热辐射计数字式自动锁频光电等效平衡系统。

背景技术

电定标热释电辐射计是一种测量光辐射功率的高精度电替代绝对辐射计,它采用光辐射功率信号和电功率信号分别加热探测器器件表面，使探测器达到热学平衡后实现光电等效的基本原理，通过精确测量电加热的功率值来获得光辐射功率的值。这一方法可将光辐射功率的测量标准溯源到电学功率测量的标准上来,因此可以获得很高的精度。

光电加热平衡系统是实现光辐射功率和电功率分别加热探测器达到热平衡的核心单元。它能够使电学加热随着光学辐射加热的功率大小变化而变化，使探测器始终保持在热平衡状态。

然而电学定标辐射计只能在某单一频率的参考信号下工作，增加了调制信号的特殊要求，并且不能很好的利用探测器的频率最大响应参考值，限制了使用范围；其次，光学辐射加热和电学功率加热会存在两种信号相位不匹配的问题，这一问题将直接导致光信号与电信号不等效，增加了测量误差，通常采用手动调节的方式解决相位匹配的问题，但可靠性较差，容易引起相位漂移。

发明内容

本发明是针对现在电定标热释电辐射计的缺陷限制了使用范围的问题，提出了一种电学定标热辐射计数字式自动锁频光电等效平衡系统，能够适应不同频率的参考信号，锁定和跟踪参考信号频率，并且可以实现光学辐射加热信号和电学功率加热信号之相位的自动匹配。增加电学定标辐射计在不同场合下的适应能力，扩大了使用范围。

本发明的技术方案为：一种电学定标热辐射计数字式自动锁频光电等效平衡系统，光辐射经高精度光学斩波器后，照射到热释电探测器上，探测器受到照射后输出与光学斩波器调制频率相同的微弱电信号，该微弱信号经微弱信号检测电路前置放大电路放大后送给后级自动跟踪型带通滤波器，经自动跟踪型带通滤波器输出的窄带信号与自动跟踪相敏检波电路相连，自动跟踪相敏检波电路将被提高信噪比的信号送入补偿积分电路，补偿积分电路将相敏检波电路输出的信号转变为等效的直流信号，输出到电学加热信号调制电路，信号经电学加热信号调制电路后，直流信号被调制成两路波形对称、极性交变的电加热信号，两路电加热信号分别输出到探测器的两个电加热电极上。

所述自动跟踪带通滤波电路由锁相环、分频器、带通滤波器、电压跟随器、微控制器和键盘组成，锁相环和分频系数为N的分频器组成倍频系数为N的倍频电路，来自高精度斩波器的频率为f的参考信号连接到锁相环的输入端，作为倍频电路的输入，倍频电路输出的频率为N·f的信号作为带通滤波器的时钟信号，由操作人员通过外接键盘将带通滤波器的品质因数输入到微控制器处理后送入带通滤波器，微弱检测电路输出的信号经带通滤波器滤除噪声后，通过电压跟随器输出。

所述微弱信号检测电路，探测器输出的微弱电流信号经反馈电阻后转变为微弱的电压信号，微弱电压信号与高共模抑制比放大电路相连，经放大后输出。

所述自动跟踪相敏检波电路由微处理器、AD转换器、锁相环、分频器、相位比较器、可控模拟开关、精密运算放大电路和电压跟随器组成，锁相环和分频器组成倍频电路，倍频系数与分频器分频系数相同，分频器的时钟信号及分频输出作为相位比较器的一组输入信号，同时，AD转换器将移位偏移反馈信号进行模数转换输出到微处理器，微处理器对AD转换器输出的数字信号进行处理，计算相位偏移量，设置移相增量作为相位比较器的另外一组输入信号，相位比较器将两组输入信号进行比较，输出与相敏检波电路输入信号相位相同的相位偏移量输出参考信号，参考信号控制可控模拟开关的控制脚，放大电路的输出一端经跟随器后反馈到AD转换器，放大电路输出的另一端则通过电压跟随器与补偿积分电路相连。

本发明的有益效果在于：本发明电学定标热辐射计数字式自动锁频光电等效平衡系统，能够增加电学定标辐射计在不同场合下的适应能力，也可使用探测器工作在最佳响应频率范围。同时，自动相位匹配功能可以大大减少手动调节方式带来的一系列影响精度的问题。

附图说明

图1为本发明电学定标热辐射计数字式自动锁频光电等效平衡系统原理框图；

图2为本发明电学定标热辐射计数字式自动锁频光电等效平衡系统微弱信号检测电路图；

图3为本发明电学定标热辐射计数字式自动锁频光电等效平衡系统自动跟踪带通滤波电路原理框图；

图4为本发明电学定标热辐射计数字式自动锁频光电等效平衡系统倍频电路电路图；

图5为本发明电学定标热辐射计数字式自动锁频光电等效平衡系统带通滤波器电路图；