[发明专利]一种适用于寒冷环境下的光谱仪自适应控制方法

权利要求书

1.一种适用于寒冷环境下的光谱仪自适应控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)光谱仪接受外界入射光信号，同时通过光谱仪自带的温度传感器测量得到外界环境温度T，设定光谱仪曝光时间为t，获得对应于此入射光信号的光谱仪总体输出M(T,t)；

(2)根据得到的光谱仪总体输出M(T,t)，利用递归算法，得到光谱仪总体输出数据中的最大值以及相对应的像素值；

(3)对所述光谱仪总体输出M(T,t)进行分解，得到偏置电压Md_off(T)、暗电压Md_dk(T,t)和信号输出Ms(T,t)，其中，Ms(T,t)＝M(T,t)-Md_off(T)-Md_dk(T,t)；

(4)确定最佳曝光时间标准，同时通过线性差值方法计算最佳曝光时间t_op；

(5)将光谱仪的曝光时间设置为t_op进行测量，得到测量结果(也即总体输出)。

2.根据权利要求1所述的光谱仪自适应控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中对所述光谱仪总体输出M(T,t)进行分解，包括以下步骤：

(1)将总体输出M(T,t)分为两个部分，即暗输出Md(T,t)和信号输出Ms(T,t)，其中暗输出Md(T,t)由偏置电压Md_off(T)和暗电压Md_dk(T,t)两部分组成；

(2)基于线性插值和光谱仪偏置电压校正数据Md_{off_c}(T)，对偏置电压Md_off(T)进行估算；

(3)基于线性插值和暗电压校正数据Md_{dk_c}(T,t)，对光谱仪暗电压Md_dk(T,t)进行估算；

(4)通过测量得到的总体输出M(T,t)减去上述两部分估算得到的偏置电压Md_off(T)和暗电压Md_dk(T,t)，得出信号输出Ms(T,t)。

3.根据权利要求2所述的光谱仪自适应控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中光谱仪偏置电压校正数据Md_{off_c}(T)和步骤(3)中暗电压校正数据Md_{dk_c}(T,t)均通过实验所得，实验步骤如下：

(1)在-50～45℃间每隔5℃设定一个固定测量温度点，并且在每个测量温度点均等待光谱仪内部温度完全稳定之后再进行测量，同时将光谱仪设定为高增益模式；

(2)设定曝光时间从1ms分15步逐渐增加到40s，分别设定为1,100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000,10000,20000,30000,40000；

(3)完全遮盖光谱仪光纤入口，保证在没有任何光线进入到光谱仪内部的情况下，测量各个温度点下光谱仪对应于整个可见光波段的暗输出Md(T,t)；

(4)对步骤(3)中所得暗输出数据进行线性拟合，可以得到在不同温度下，暗输出Md(T,t)与曝光时间t的线性曲线图；由于偏置电压Md_off(T)与曝光时间t无关，Md_dk(T,t)与曝光时间t呈正比关系，因此可知曝光时间为0时的暗输出Md(T,t)即为偏置电压Md_off(T)，也即线性曲线图中的截距，且该偏置电压Md_off(T)就是在温度T下的光谱仪偏置电压校正数据Md_{off_c}(T)；同时也可知线性曲线图中的斜率即为暗电压Md_dk(T,t)，且该暗电压Md_dk(T,t)也就是在温度T下的光谱仪暗电压校正数据Md_{dk_c}(T,t)。