光应力源光源及监测系统设计

马登峰

摘 要：光应力源系统是微光瞄具可靠性试验设备中的重要组成部分，不仅为待测的微光瞄具试验提供光应力，还可以使操作人员实时掌握整个系统的运行状况。该文介绍了光应力源系统中光源系统及其稳定性监测系统的基本控制原理，并对系统的电路进行了具体设计。

关键词：光应力源 光源系统 稳定性监测 单片机 C语言

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（b）-0007-01

近年来，微光夜视技术不仅在安防、科学研究等领域起到了巨大作用，也在生物医学、海底资源探测、深海捕捞等日常生活中得到广泛的应用。伴随着微光夜视检测技术日益成熟，可靠性则成为评价微光瞄具是否符合要求的重要指标。

光应力源系统主要为微光瞄具检测设备提供检测所用的微光照度，积分球常被用作匀光器来使用，因为入射光会在其内部经过一系列漫反射，最终达到均匀状态。但是我们模拟的微光照度在以下，使用一个积分球很难达到，所以我们采用积分球对接式结构[1]。

将选好的标准光源放置在小积分球内部，光源发出的光在小积分球内经过一系列漫反射，最后形成均匀的光经出射孔射出，出射孔对接光阑隔板，并且光阑隔板上有四个大小不同的孔，这样就可以产生四种微光，我们就可以模拟不同环境下的夜间光环境，因此微光瞄具检测设备的稳定性及结果的可靠性取决于光应力源是否符合要求，因此对光应力源光源系统设计及其稳定性监测是十分重要的[2]。

1 光源监测与控制系统的设计方案

我们使用一个单片机控制该系统的工作，单片机通过接收工控计算机发送的控制指令，通过单片机控制继电器来控制模拟光源的亮灭。光应力源光源控制系统总体结构框图如下所示。

系统中最关键也是最核心的器件就是光电探测器，它涉及到检测系统的测量精度、动态响应以及灵敏度，并能够决定整个系统的功能。

光电探测器放置在光源附近，该处光照度较大，对光电检测器件灵敏度不高，但是对线性度要求较高，所以采用硅光电二极管作为光电探测器，光电二极管可以将光信号转换为电流信号，进行A/D转换需要的是电压信号，所以在其后面就要接一个I/V转换电路，这样我们就将光强的高低转换为电压的高低[3]。

运放的输出电压： （1）

式中：i为光电流，取1K。

光电二极管每1000Lx输出电流80，而模拟光源系统中40W光源在小积分球球内壁处产生光照强度为200～300Lx之间[4]，可以计算出光电二极管产生的电流是不超过24，通过电流电压转换电路以后得到的电压值不超过24mV，不利于单片机自带的A/D转换器进一步处理，所以就需要进行电压的放大。图1为光源稳定性监测电路系统总体框图。

接收跟随电路输出的直流电压信号，并对其进行A/D转换，ATmega16单片机内部集成了10位ADC，选择5V当作参考电压时，能分辨输入电压变化的最小值为2-10，可以满足技术指标要求，采用其内部集成的ADC，并通过数码管显示光照度数据，当光照度变化超过技术指标要求时，报警指示灯点亮、蜂鸣器报警，并将光照度数据与报警信息通过串口发送到工控计算机上。

2 光源监测与控制系统的程序设计

该部分的程序主要是单片机将接收到的直流信号进行AD转换，将接收到的模拟信号转换为数字信号，并将光照度数据用数码管显示出来，若超出正常的范围时，启动报警程序，并同时控制报警指示灯亮和蜂鸣器报警，并通过串口将报警信息发送给计算机。我们可以通过串口光照度值、报警信息发送给计算机。一旦报警，提示工作人员进行修理。

3 结语

由实际试验结果可以看出，该系统达到了单片机控制光源系统以及光源稳定性监测的要求，实现了光源系统的开关、光源稳定性监测、显示光照度数据、超差报警等功能。在实际测试中，光源及监测系统运行正常，实现了为光应力源系统提供微光照度的光源、并对光源光照度稳定性监测的功能，这样可以保证光应力系统正常工作，对微光瞄具可靠性监测有着十分重要的意义，同时只需修改单片机内部的程序即可实现其他的控制功能，有很大的应用前景。

参考文献

[1] 黄丽俐.微光应力系统[D].长春：长春理工大学，2008.

[2] 吴兴中，欧青立.一种PC与单片机多机RS232串口通信设计[J].国外电子测量技术，2009（1）：74-76.

[3] 韩勇.光电检测电路的噪声分析与处理[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2011.

[4] 许红梅.微光应力源系统研究[D].长春：长春理工大学，2008.endprint