一種光劑量計的製作方法

2023-12-10 05:21:16 1

專利名稱：一種光劑量計的製作方法
技術領域：
本發明屬於光輻射測量技術領域，具體為一種用於測量累積光輻射能量的光劑量計。
背景技術：
2002年，本徵感光視網膜神經節細胞(ipRGC)的發現將照明領域的研究從視覺範疇內的研究拓展至非視覺領域。對於照明光生物效應的定量評價與檢測，目前所有的光學測試儀器都無法實現，原因在於光生物效應的光譜響應曲線與傳統的明視覺函數V(X)存在較大差異。另外，照明的光生物效應不單對於人體作用，對於動植物同樣具有影響，植物生長需要光合作用，而植物的光譜響應曲線與V(X)的差異更大。在光度學測試中，我們通常用光通量(單位Im)來表徵光量的多少，光通量是指 單位時間內光輻射能量的大小，光通量是說明光源發光能力的基本量。光通量一般是用來描述發光體性能指標的參數，由光通量引出與其相對應的光度學參數光強I (單位Cd)和亮度L (cd/m2)與光通量一樣，其實都是用於描述發光體，如光源、燈具或二次發光體(例如道路照明中的路面)發光性能的光度學參數，在照明光環境的評價中常常被誤用或混用。真正用於實際評價接受到多少光照的參數是照度E，單位勒克斯(lx)，表示單位面積接受到的光通量。從量綱上來考察，光通量單位流明(Im)相當於功率(W)，而照度單位勒克斯(Ix)相當於功率密度(W/m2)，這些光參數均沒有與時間相關的參量，都是描述單位時間的物理量，即都是表述的瞬態值。由於照明的光生物效應不僅與光照強度，光譜能量分布有關，同時還與光照的持續時間有關，所以傳統照明光度學測試內容往往不能直接表達所要測試的具體光信息。由於照明光生物效應與光照持續時間緊密相關，應使用人眼實際在某一時間段內接收到的光通量大小來進行評價，即應該採用光劑量或光劑量密度來描述，其單位量綱應該與能量單位焦耳(J)相對應，可以用流明秒，或勒克斯秒來表示。人體接收了多少劑量的光，進而引起相應程度的生物效應，這不僅從邏輯關係上更容易被理解，也與實際實驗結果輸入輸出相匹配。如果我們用D來表示光劑量，其具體表達式可以寫成光通量在時間軸上的積分，對於照明的光生物效應作相應的光度學評價測試時，由於對應的光譜響應峰值波長已經遠遠偏離555nm，故而Km的數值以及能量分配「權重」函數也應發生相應響應的
變化，由此可以得到用以照明非視覺生物效應評價的有效光劑量Db如式I所示。
imDs-Ks- J P(I)- B(A) - dZj dt式 I
380
考慮到與傳統光度學用以評價接受光照的參數照度對應，可以使用實際照明光環境中的有效光劑量密度來表示。

發明內容
本發明的目的在於提供一種直觀的、可擴展的用以測定引起人體或其他動植物光生物效應的實際光輻射劑量的光劑量計。本發明所提供的光劑量計，由光接收模塊100，光電轉換模塊200和人機互動模塊300組成。其中，所述光接收模塊100包括餘弦修正探頭101和可替換的修正濾光片模組102，且沿著光輻射輸入方向依次排列；所述光電轉換模塊200包括帶聚光透鏡的光電池201、光能積分模塊202和帶存儲功能的微處理器203 ;所述人機互動模塊300包括顯示單元301和控制面板302 ；
所述光電轉換模塊200和人機互動模塊300之間設置有數據控制線40，通過數據控制線連接並傳輸數據。其中，發光體10發射光輻射20照射到光接收模塊100，光輻射依次通過餘弦修正探頭101和可替換的修正濾光片模組102，光源光譜按照修正模組的光譜響應曲線形成有效測試光福射30,然後進入光電轉換模塊200。在光電轉換模塊200中，有效測試光輻射30照射到帶聚光透鏡的光電池201，光電池201將一定波長和強度的光輻射轉化為對應強度的電參數，所得到的電參數傳輸至光能積分模塊202，積分模塊202所累積的電能信息再通過帶存儲功能的微處理器203處理後，獲得累積電能信息並轉化為光劑量信息，通過數據控制線40傳輸至人機互動模塊300。在人機互動模塊300中，所述光劑量信息可在顯示單元301顯示，同時可以通過數據控制線40，控制面板302對光電轉換模塊200設置測量起始、結束時間，單次採樣光輻射能量積分時間，執行開始、停止、清零、存儲等操作。如圖1所示。本發明中，所述可替換修正濾光片模組102用於提取有效光輻射，即將實際照明光環境中的光譜信息通過濾光修正的形式，提取實際所需測量部分的光輻射信息；其可以是國際照明學會CIE定義的傳統明視覺V(X)或暗視覺V』U)光視光效函數修正濾光片；或者，替換為以人體光生物效應光譜響應函數修正濾光片，可以根據所考察的不同光生物效應生理參數指標來確定不同的光譜響應函數修正模組；再或者,替換為植物生長光譜響應函數修正濾光片，根據植物生長不同的生長周期所需要不同的照射光譜來修正濾光片模組；另外還可以直接使用中性濾光片模組，測試不加修正的全光譜光輻射信息。在實際使用過程中，一套測試設備可配備若干組修正濾光片模組，預製對應的定標數據進系統，既可以方便地選擇替換不同種類的光劑量信息。本發明中，所述光電轉換模塊200具有用於測量累積光輻射能量的光能積分模塊202，不僅可以測定瞬態的光輻射能量強度，同時根據測試需要，還可以測定一段時間內的累積光能量值。可以直觀簡便地獲得人體或其他動植物在特定時間段內所接收到的光輻射劑量。本發明中，所述處理器203具有帶存儲功能，其主要功能包括預先存儲不同濾光片模組對應的光譜定標函數，採集光能積分模塊的電參數並根據定標函數計算轉化成光參數輸出，存儲相應的光輻射測試數據條目供查詢使用。本發明中，人機互動模塊300包含控制面板302，可以對帶存儲功能微處理器203操作查詢和控制命令，另外可以直接接入現場照明系統，用以反饋控制調節現場照明光環境的光譜和強度。本發明的優點在於本發明中的光劑量計由於增加光能積分模塊，可以直觀地測量一段時間內的實際有效光輻射能量值，而傳統光度測試儀器都只是測試光輻射能量的瞬態功率；另外，由於本發明中的光劑量計主要應用在照明的非視覺生物效應領域的測試，如人體光生物效應，植物生長光合作用等，其濾光片設置模組可根據需要調整更換，而傳統光度測試儀器幾乎全部採用國際照明學會CIE定義的明視覺光譜光視效率函數V ( X )作為濾光片修正模組，主要考察的是照明的視覺效果；其三，本發明中的光劑量計人機互動模塊存在可擴展性，顯示控制終端即可以單獨地構成測試儀器的一部分，同時也可以擴展成為現場照明系統的反饋部分，根據實際採樣測試值，可以反饋調節照明現場的燈具光輸出。


圖1為本發明光劑量計構成示意圖。圖中標號10為發光體，20為光輻射，100為光接收模塊，101為餘弦修正探頭，102為修正濾光片模組，30為有效測試光輻射，200為光電轉換模塊，201為帶聚光透鏡的光電池，202為光能積分模塊，203為帶存儲功能的微處理器，40為數據控制線，300為人機互動豐旲塊，301為顯不單兀，302為控制面板。圖2為不同的修正濾光片模組對應的光譜響應函數。圖中標號V(X)為明視覺光譜光視效率函數，CU)為基於人眼瞳孔收縮的光譜影響函數，BU)為基於人體褪黑素抑制作用的光譜響應函數。
具體實施例方式如圖1為本發明的實施例示意圖。主要由光接收模塊100，光電轉換模塊200以及人機互動模塊300組成。發光體10發光形成了照明光環境，光輻射20照射到餘弦修正探頭101及可替換的修正濾光片模組102，其中餘弦修正探頭101採用180度視場角光學級高反射率的白色漫反射材料，可以保證探頭不僅僅接收直射光輻射，還可以接收180度內各個方向照射到探頭的光輻射，修正濾光片模組102採用帶通濾光玻璃，根據特定的光譜響應曲線組合而成，濾去光輻射20中無效的光譜成分，保留有效的光譜成分，光輻射20透過修正濾光片模組102就形成有效測試光輻射30。圖2給出了三組不同的濾光片模組修正的光譜響應函數。有效測試光輻射30照射到帶聚光透鏡的光電池201轉化為電參數，光電池201採用娃光或硒光電池，光電池在接收到光福射後，會形成電流傳輸至光能積分模塊202,積分模塊可以通過電子式電能計實現，或者是通過RC積分電路的硬體實現積分，持續的光輻射會引起光電池持續電能輸出，通過電能計或硬體積分電路實現電能的儲存，電能儲存的數值大小通過預先標定，即可以表達為連續光輻射的劑量數值大小。根據所需測定的時間段，帶存儲功能的微處理器203自動設定對應的採樣周期和處理周期，將採樣所得的電參數信息通過程序計算轉化為光劑量信息輸出。數據控制線40包含數據傳輸線和控制命令傳輸線組成，採用串行方式傳輸，數據傳輸線將微處理器203存儲或運算獲得的數據信息傳輸至人機互動模塊300。被測光劑量信息可在顯示單元301顯示。同時控制面板302可以通過數據控制線40的控制命令傳輸線對帶存儲功能的微處理器203發出數據讀取指令，測試開始、停止指令，測試數據清零、存儲指令，修正濾光片模組響應函數選調指令，積分時間設定指令等相關操作指令。
權利要求
1.一種光劑量計，其特徵在於主要由光接收模塊(100)，光電轉換模塊(200)和人機互動模塊(300)組成；其中，所述光接收模塊(100)包括餘弦修正探頭(101)和可替換的修正濾光片模組 (102),且沿著光福射輸入方向依次排列；所述光電轉換模塊(200)包括帶聚光透鏡的光電池(201)、光能積分模塊(202 )和帶存儲功能的微處理器(203 );所述人機互動模塊(300 )包括顯示單元(301)和控制面板(302)；所述光電轉換模塊(200和人機互動模塊(300 )之間設置有數據控制線(40 )，通過數據控制線(40)連接並傳輸數據；其中，發光體(10)發射光輻射(20)照射到光接收模塊(100)，光輻射依次通過餘弦修正探頭(101)和可替換的修正濾光片模組(102)，光源光譜按照修正濾光片模組的光譜響應曲線形成有效測試光輻射(30 )，然後進入光電轉換模塊(200 );在光電轉換模塊(200)中，有效測試光輻射(30)照射到帶聚光透鏡的光電池(201)， 光電池(201)將一定波長和強度的光福射轉化為對應強度的電參數,所得到的電參數傳輸至光能積分模塊(202)，積分模塊(202)所累積的電能信息再通過帶存儲功能的微處理器 (203)處理後，獲得累積電能信息並轉化為光劑量信息，通過數據控制線(40)傳輸至人機互動模塊(300)；在人機互動模塊(300 )中，所述光劑量信息可在顯示單元(301)顯示，同時通過數據控制線(40)，控制面板(302)對光電轉換模塊(200)設置測量起始、結束時間，單次採樣光輻射能量積分時間，執行開始，停止，清零，存儲操作。
2.根據權利要求1所述的光劑量計，其特徵在於光接收模塊(100)包含用於提取有效光輻射所述的可替換修正濾光片模組(102)，該濾光片模組為傳統的明視覺或暗視覺光視光效函數修正濾光片；或者根據實際檢測需要，替換以人體光生物效應光譜響應函數修正濾光片，或植物生長光譜響應函數修正濾光片；或者直接使用中性濾光片模組測試不加修正的全光譜光福射信息。
3.根據權利要求1所述的光劑量計，其特徵在於所述的可替換修正濾光片模組(102) 是直接使用中性濾光片模組，測試不加修正的全光譜光輻射信息。
全文摘要
本發明屬於光輻射測量技術領域，具體為一種用於測量累積光輻射能量的光劑量計。該光劑量計包括光接收模塊，光電轉換模塊，人機互動模塊。發光體發射光輻射照射到光接收模塊，光輻射通過餘弦修正探頭及可替換的修正濾光片模組，形成有效測試光輻射。有效測試光輻射進入光電轉換模塊，照射到帶聚光透鏡的光電池轉化為電參數，傳輸至光能積分模塊，通過帶存儲功能的微處理器處理後獲得累積電能信息並轉化為光劑量信息通過數據控制線傳輸至人機互動模塊。本發明能直觀測量有效光輻射能量值，並具有很大的擴展性。
文檔編號G01J1/42GK102997992SQ201210485899
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月26日 優先權日2012年11月26日
發明者居家奇, 陳枕流, 張萬路, 梁榮慶 申請人:復旦大學