光應力源光源及監測系統設計

馬登峰

摘 要：光應力源系統是微光瞄具可靠性試驗設備中的重要組成部分，不僅為待測的微光瞄具試驗提供光應力，還可以使操作人員實時掌握整個系統的運行狀況。該文介紹了光應力源系統中光源系統及其穩定性監測系統的基本控制原理，并對系統的電路進行了具體設計。

關鍵詞：光應力源 光源系統 穩定性監測 單片機 C語言

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（b）-0007-01

近年來，微光夜視技術不僅在安防、科學研究等領域起到了巨大作用，也在生物醫學、海底資源探測、深海捕撈等日常生活中得到廣泛的應用。伴隨著微光夜視檢測技術日益成熟，可靠性則成為評價微光瞄具是否符合要求的重要指標。

光應力源系統主要為微光瞄具檢測設備提供檢測所用的微光照度，積分球常被用作勻光器來使用，因為入射光會在其內部經過一系列漫反射，最終達到均勻狀態。但是我們模擬的微光照度在以下，使用一個積分球很難達到，所以我們采用積分球對接式結構[1]。

將選好的標準光源放置在小積分球內部，光源發出的光在小積分球內經過一系列漫反射，最后形成均勻的光經出射孔射出，出射孔對接光闌隔板，并且光闌隔板上有四個大小不同的孔，這樣就可以產生四種微光，我們就可以模擬不同環境下的夜間光環境，因此微光瞄具檢測設備的穩定性及結果的可靠性取決于光應力源是否符合要求，因此對光應力源光源系統設計及其穩定性監測是十分重要的[2]。

1 光源監測與控制系統的設計方案

我們使用一個單片機控制該系統的工作，單片機通過接收工控計算機發送的控制指令，通過單片機控制繼電器來控制模擬光源的亮滅。光應力源光源控制系統總體結構框圖如下所示。

系統中最關鍵也是最核心的器件就是光電探測器，它涉及到檢測系統的測量精度、動態響應以及靈敏度，并能夠決定整個系統的功能。

光電探測器放置在光源附近，該處光照度較大，對光電檢測器件靈敏度不高，但是對線性度要求較高，所以采用硅光電二極管作為光電探測器，光電二極管可以將光信號轉換為電流信號，進行A/D轉換需要的是電壓信號，所以在其后面就要接一個I/V轉換電路，這樣我們就將光強的高低轉換為電壓的高低[3]。

運放的輸出電壓： （1）

式中：i為光電流，取1K。

光電二極管每1000Lx輸出電流80，而模擬光源系統中40W光源在小積分球球內壁處產生光照強度為200～300Lx之間[4]，可以計算出光電二極管產生的電流是不超過24，通過電流電壓轉換電路以后得到的電壓值不超過24mV，不利于單片機自帶的A/D轉換器進一步處理，所以就需要進行電壓的放大。圖1為光源穩定性監測電路系統總體框圖。

接收跟隨電路輸出的直流電壓信號，并對其進行A/D轉換，ATmega16單片機內部集成了10位ADC，選擇5V當作參考電壓時，能分辨輸入電壓變化的最小值為2-10，可以滿足技術指標要求，采用其內部集成的ADC，并通過數碼管顯示光照度數據，當光照度變化超過技術指標要求時，報警指示燈點亮、蜂鳴器報警，并將光照度數據與報警信息通過串口發送到工控計算機上。

2 光源監測與控制系統的程序設計

該部分的程序主要是單片機將接收到的直流信號進行AD轉換，將接收到的模擬信號轉換為數字信號，并將光照度數據用數碼管顯示出來，若超出正常的范圍時，啟動報警程序，并同時控制報警指示燈亮和蜂鳴器報警，并通過串口將報警信息發送給計算機。我們可以通過串口光照度值、報警信息發送給計算機。一旦報警，提示工作人員進行修理。

3 結語

由實際試驗結果可以看出，該系統達到了單片機控制光源系統以及光源穩定性監測的要求，實現了光源系統的開關、光源穩定性監測、顯示光照度數據、超差報警等功能。在實際測試中，光源及監測系統運行正常，實現了為光應力源系統提供微光照度的光源、并對光源光照度穩定性監測的功能，這樣可以保證光應力系統正常工作，對微光瞄具可靠性監測有著十分重要的意義，同時只需修改單片機內部的程序即可實現其他的控制功能，有很大的應用前景。

參考文獻

[1] 黃麗俐.微光應力系統[D].長春：長春理工大學，2008.

[2] 吳興中，歐青立.一種PC與單片機多機RS232串口通信設計[J].國外電子測量技術，2009（1）：74-76.

[3] 韓勇.光電檢測電路的噪聲分析與處理[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2011.

[4] 許紅梅.微光應力源系統研究[D].長春：長春理工大學，2008.endprint