光量子通量测量方法和光量子通量传感器与流程

1.本公开涉及一种光量子通量测量方法和光量子通量传感器。


背景技术：

2.光照对植物来说非常重要。植物的光合作用时期最重要的生理活动是产生有机物的过程，如果在植物需要时为其提供充足光照，可使植物充分利用光照来产生更多的有机物，从而大大促进植物生长进而提高产量。实践中，使用光量子通量传感器对农作物的光照强度进行测量，以便通过调控光照强度增产。
3.随着农业科技的发展，用植物用led发光管对植物进行补光，已大面积应用。由于直流驱动光源控制复杂，效率较低且线性度较差，并且led适合工作在开关状态，因此，出现了脉冲调光系统，脉冲调光系统能够根据植物生长的光量子通量特性将直流电调制成不同的脉冲宽度以实现对光量子通量密度值的控制从而为植物提供其当前生长所需的光照。然而，目前的光量子通量传感器只能测量静态光信号，无法检测例如脉冲光信号等动态光信号。
4.公开号为cncn103148934的中国专利公开了一种基于太阳单波段光量子通量密度模型的检测方法与设备，其首先连续测量一个自然年内不同日期不同时刻可见光总光强与特定波段光强，得到可见光中特定波段所占可见光的比例，再根据检测时间和地理位置与太阳高度角的关系，通过matlab拟合其随太阳高度角的变化规律，得到不同太阳高度角下特定波段百分比，然后根据公式计算得到特定单波段光量子通量密度。该方案适用于例如自然光等连续的静态光，需要测量光照度等其他光学参数，其算法过程中光信号要进行复杂运算，较为耗时，采样频率较低且采集时间过长，因此不能采集高速脉冲信号，无法应用于脉冲光信号的光量子通量检测。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开实施例提供了一种光量子通量测量方法和光量子通量传感器。
6.根据本公开的第一方面，提供了一种光量子通量传感器，包括：
7.光电转换单元，用于采集待测光源的脉冲光信号并将其转换为脉冲电信号；
8.信号放大单元，用于将来自光电转换单元的脉冲电信号放大为直流电压信号；
9.模数转换单元，用于对直流电压信号进行模数转换以产生数字量信号；
10.控制单元，存有标定数据表，所述标定数据表包含预定区间内光量子通量密度的标定数据，每个标定数据的数值为相应光量子通量密度所对应数字量信号的标准值，所述控制单元用于对来自模数转换器的数字量信号进行采样、滤波和查表以确定所述数字量信号对应的标定数据并将所述标定数据提供给数模转换单元；
11.数模转换单元，用于对来自控制单元的标定数据进行数模转换以产生用于指示待测光源当前光量子通量密度的模拟量信号；
12.供电单元，用于连接外接电源以向信号放大单元、模数转换单元、控制单元、数模转换单元供电。
13.本公开的一些实施方式中，所述光电转换单元，包括：光学扩散器，用于收集来自待测光源的脉冲光信号以使其照射到光电转换器的接收端；光电转换器，用于接收来自待测光源的脉冲光信号并对其进行光电转换以产生脉冲电信号。
14.本公开的一些实施方式中，所述光学扩散器为余弦校正器。
15.本公开的一些实施方式中，所述光电转换器为硅光电池。
16.本公开的一些实施方式中，所述信号放大单元包括串联的第一级运算放大电路和第二级运算放大电路；所述第一级运算放大电路，用于放大来自光电转换单元的脉冲电信号并输出直流电压信号；所述第二级运算放大电路，用于放大来自第一级运算放大电路的直流电压信号后输出。
17.本公开的一些实施方式中，所述控制单元包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储所述标定数据表、滤波程序和拟合程序；所述处理器，用于读取存储器中的标定数据表、过滤程序和拟合程序，运行过滤程序和拟合程序以根据标定数据表完成数字量信号的采样、滤波和查表操作确定数字量信号对应的标定数据。
18.本公开的一些实施方式中，所述供电单元，包括：负电压发生器，用于将外接电源提供的电压转换为负电压并将所述负电压作为所述信号放大单元的基准电压提供给所述信号放大单元。
19.本公开的一些实施方式中，所述供电单元包括：可调电压模块，用于调整外接电源的电压以分别向信号放大单元、模数转换单元、控制单元和数模转换单元供电。
20.本公开的一些实施方式中，所述待测光源为植物用led发光管。
21.本公开的一些实施方式中，所述模数转换单元为tlc2543a/d转换芯片；和/或，数模转换单元为tlc5615d/a转换芯片。
22.根据本公开的第二方面，提供了一种光量子通量测量方法，包括：
23.采集来自待测光源的脉冲光信号并将其转换为脉冲电信号；
24.将脉冲电信号放大为直流电压信号；
25.对直流电压信号进行模数转换以产生数字量信号；
26.根据预存的标定数据表对来自模数转换器的数字量信号进行采样、滤波和查表以确定所述数字量信号对应的标定数据，所述标定数据表包含预定区间内光量子通量密度的标定数据，每个标定数据的数值为相应光量子通量密度所对应数字量信号的标准值；
27.对所述数字量信号对应的标定数据进行数模转换以产生用于指示待测光源当前光量子通量密度的模拟量信号。
28.本公开的一些实施方式中，在所述标定数据表中的所有标定数据中，所述数字量信号对应的标定数据与过滤后的数字量信号数值最接近。
29.本公开实施例的光量子通量测量方法和光量子通量传感器，通过对脉冲光信号依次执行光电转换、模数转换、采样、过滤和查表等简单处理即可实现诸如led灯等光源的脉冲光信号的光量子通量检测，由于省去了积分运算提高了信号处理速度，采样频率、采集时间也都不再受限，效率高，耗时短。
附图说明
30.附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
31.图1是根据本公开的一些实施方式的光量子通量传感器的结构示意图。
32.图2是根据本公开的一些实施方式的光量子通量传感器的具体实现结构及连接的示意图。
33.图3是根据本公开的一些实施方式的模数转换的示例性流程示意图。
34.图4是根据本公开的一些实施方式的数字量信号滤波的示例性流程示意图。
35.图5是根据本公开的一些实施方式的数字量信号数值比对的示例性流程示意图。
36.图6是根据本公开的一些实施方式的数模转换的示例性流程示意图。
37.图7是根据本公开的一些实施方式的光量子通量测量方法的流程示意图。
38.附图标记说明
39.光电转换单元102
40.光学扩散器/余弦校正器1022
41.光电转换器/硅光电池1024
42.信号放大单元104
43.第一级运算放大电路1042
44.第二级运算放大电路1044
45.模数转换单元/tlc2543a/d转换芯片106
46.控制单元/单片机108
47.存储器1082
48.控制器1084
49.数模转换单元/tlc5615d/a转换芯片110
50.供电单元112
51.可调电压模块1122
52.负电压发生器1124
具体实施方式
53.下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
54.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
55.除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
56.在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如
此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。
57.当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。
58.为了描述性目的，本公开可使用诸如“在
……
之下”、“在
……
下方”、“在
……
下”、“下”、“在
……
上方”、“上”、“在
……
之上”、“较高的”和“侧(例如，在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在
……
下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。
59.这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。
60.术语：
61.光量子通量密度(ppfd)指光合有效辐射中的光通量密度，它表示单位时间单位面积上在400-700nm波长范围内入射的光量子数，单位通常为μmol/m2*s。
62.图1是本公开的一个实施方式的光量子通量传感器100的结构示意图。图2示出了光量子通量传感器100的具体结构示例图。
63.如图1所示，本公开实施例的光量子通量传感器包括：
64.光电转换单元102，用于采集待测光源的脉冲光信号并将其转换为脉冲电信号；
65.信号放大单元104，用于将来自光电转换单元的脉冲电信号放大为直流电压信号；
66.模数转换单元106，用于对直流电压信号进行模数转换以产生数字量信号；
67.控制单元108，存有标定数据表，所述标定数据表包含预定区间内光量子通量密度的标定数据，每个标定数据的数值为相应光量子通量密度所对应数字量信号的标准值，所述控制单元108用于对来自模数转换器的数字量信号进行采样、滤波和查表以确定所述数
字量信号对应的标定数据并将所述标定数据提供给数模转换单元；
68.数模转换单元110，用于对来自控制单元108的标定数据进行数模转换以产生用于指示待测光源当前光量子通量密度的模拟量信号；
69.供电单元112，用于连接外接电源以向信号放大单元、模数转换单元、控制单元、数模转换单元供电。
70.本公开实施例的待测光源可以是但不限于任何可以发出脉冲光信号的光源。示例性地，待测光源可以是植物用led发光管或其他类似的光源。
71.光电转换单元102可以包括：光学扩散器1022和光电转换器1024，光学扩散器1022可以用于收集来自待测光源的脉冲光信号以使其照射到光电转换器的接收端，光电转换器1024可以用于接收来自待测光源的脉冲光信号并对其进行光电转换以产生脉冲电信号。替代地，光电转换单元102可以仅包含光电转换器1024，或者采用集成有收集光信号功能器件的光电转换器件等。
72.如图2所示，光学扩散器1022可以是但不限于余弦校正器。余弦校正器可用于光谱辐射取样，收集180
°
立体角内的光，从而减少其他取样装置由于光收集取样几何结构限制所导致的光学耦合问题。替代地，光学扩散器1022还可采用其他具有光信号收集功能的器件，对此，本公开实施例不作限制。
73.如图2所示，光电转换器1024可以是但不限于硅光电池。具体地，脉冲光信号通过例如余弦校正器等光学扩散器1022照射到硅光电池的接收端，硅光电池响应于该脉冲光信号产生脉冲电信号并输送给信号放大电路104。替代地，光电转换器1024还可采用其他具有光电转换功能的器件，对此，本公开实施例不作限制。
74.如图2所示，信号放大单元104可以包括串联的第一级运算放大电路1042和第二级运算放大电路1044，第一级运算放大电路1042可以用于放大来自光电转换单元的脉冲电信号并输出直流电压信号，第二级运算放大电路1044可以用于放大来自第一级运算放大电路的直流电压信号。采用两级运算放大电路，可以减少数据的误差。替代地，信号放大单元104还可以采用一级运算放大电路或多级运算放大电路，对此，本公开实施例不做限制。
75.脉冲电信号经信号放大单元104放大后被转换为直流电压信号。以串联的两级运算放大电路为例，光电转换器1024输出的脉冲电信号经过第一级运算放大电路可以被转换为0-2.5v的直流电压信号，0-2.5v的直流电压信号经过第二级运算放大电路放大则转换为0-5v的直流电压信号。由此，信号放大单元104可以将来自光电转换单元102的脉冲电信号放大为0-5v的直流电压信号。
76.如图2所示，模数转换单元106可以采用但不限于12位tlc2543a/d转换芯片，其可将信号放大单元104送来的直流电压信号转换为控制单元108能够读取的12位数字量信号。替换地，模数转换单元106还可采用例如8位tlc2543a/d转换芯片、16位tlc2543a/d转换芯片或者其他a/d转换芯片。
77.模数转换单元106可以在控制单元108的控制下完成直流电压信号到数字量信号的转换。以tlc2543a/d转换芯片为例，控制单元108可以运行模数转换子程序(例如，tlc2543子程序)以控制模数转换单元106的模数转换过程。
78.如图2所示，控制单元108可以通过串行外设接口(spi)总线连接模数转换单元106。以tlc2543a/d转换芯片为例，控制单元108可以通过三根信号线分别连接tlc2543a/d
转换芯片的三个控制输入端，即片选(cs)、输入/输出时钟(i/o clock)以及串行数据输入端(data input)。每隔一段时间控制单元108可以向tlc2543a/d转换芯片发送指令，允许tlc2543a/d转换芯片向控制单元108传输数据，tlc2543a/d转换芯片采用移位输送方式将固定位数的数字量信号(例如，12位的数字量信号)送入控制单元108。
79.以tlc2543a/d转换芯片为例，模数转换单元106在控制单元108的控制下执行模数转换的过程及其数据传输流程如图3所示，可以包括：tlc2543a/d转换芯片接口定义，延时和测量位地址声明，读取tlc2543a/d子函数，与mcu通讯端口初始化，模数转换开始，在输出标志位后，控制单元读取模数转换数据，读取测量地址位，送出时钟信号给tlc2543a/d转换芯片，tlc2543a/d转换芯片的地址位移向下一个通道，数据移位进行下一位读写，在12位数据转换完成后，断开tlc2543a/d转换芯片使能。
80.如图2所示，控制单元108可以实现为但不限于单片机，其可以通过spi总线或其他可适用的任何方式分别连接模数转换单元106和数模转换单元110。控制单元108可以包括存储器1082和控制器1084，存储器1082中存储有过滤程序、拟合程序和预先测定的标定数据表，标定数据表包含预定区间内光量子通量密度的标定数据，这些标定数据的值为相应光量子通量密度所对应数字量信号的标定值。处理器1084可用于读取存储器1082中的标定数据表、过滤程序和拟合程序，运行过滤程序和拟合程序来根据标定数据表完成数字量信号的采样、滤波和查表操作从而确定数字量信号对应的标定数据。
81.标定数据表包含预先测定好的标定数据，这些标定数据与预定区间的光量子通量密度对应。例如，标定数据表可以包含m个标定数据(m为大于1的整数)，这m个标定数据对应0.0～1000.0μmol/m2·
s的光量子通量密度，每个标定数据的数值为其对应的光量子通量密度所对应数字量信号的标准值。例如，m个标定数据中对应800.0μmol/m2·
s的光量子通量密度的标定数据的数值即为800.0μmol/m2·
s的光量子通量密度所对应数字量信号的标准值。
82.标定数据表中的标定数据与数字量信号的数值格式相同。以tlc2543a/d转换芯片为例，数字量信号的数值为12位二进制数，标定数据的值也可以为12位二进制数。
83.在标定数据表中的所有标定数据中，数字量信号对应的标定数据与过滤后的数字量信号数值最接近。具体地，处理器1084可以用于：先运行滤波程序以对来自模数转换单元106的数字量信号进行采样和过滤得到过滤后的数字量信号，再运行拟合程序以将过滤后的数字量信号与标定数据表中的标定数据逐个进行数值比对从而确定与过滤后数字量信号数值最接近的标定数据，最后将该标定数据发送给数模转换单元110。替换地，处理器1084还可采用其他方式完成数字量信号的采样、过滤和查表，对于具体实现过程和具体方式，本公开实施例均不作限制。
84.图4示出了处理器采样滤波的示例性具体实现过程的示意图。如图4所示，处理器对数字量信号进行采样滤波的过程可以包括：变量定义，变量初始化后开始对待测光源一段时间内的所有数字量信号采样(例如，对其中的连续n个数字量信号进行采样)，采样数据相加，在采样数据相加次数达到n次时停止采样，对采样数据取平均值，将平均值(也即，滤波后的数字量信号)送入拟合程序，然后进入延时程序，延时一段时间，随后进入下一组数字量信号的采样过滤等处理。
85.图5示出了处理器查表的示例性具体实现过程的示意图。如图5所示，查表的过程
可以包括：导入滤波后数字量信号的数值，将数字量信号与预先测定好的标定数据表中对应各个光量子通量密度的标定数据逐个进行数值比对，先将数字量信号和标定数据1进行数值比较，在数字量信号的数值x大于0且小于标定数据1的数值时，将数字量信号的数值x赋值为标定数据1的数值(即，确定标定数据1为数字量信号对应的标定数据)，将标定数据1发送给数模转换单元110，进入延时，延时一段时间后进入下一轮数字量信号的查表比对；若数字量信号的数值x大于标定数据1的数值，则继续将数字量信号和标定数据2进行数值比较，在数字量信号的数值x大于标定数据1的值且小于标定数据2的值时，将数字量信号的数值x赋值为标定数据2的值，将标定数据2发送给数模转换单元110并进入延时，延时一段时间后进入下一轮数字量信号的查表比对；如此类推。标定数据表中各标定数据按照数值从小大排序，采用逐个数值比对的方式确定数值最接近数字量信号的标定数据，不仅处理过程简单易于实现，而且不容易出错。
86.数模转换单元110可以是但不限于tlc5615d/a转换芯片，其将控制单元108送来的标定数据转换为模拟量信号并输出。示例性地，该模拟量信号可以是但不限于0～5v的直流电压信号，或者可以是4～20ma的直流电流信号。
87.图6示出了tlc5615d/a转换芯片数模转换示例性具体实现过程的示意图。以tlc5615d/a转换芯片为例，如图6所示，数模转换过程可以包括：首先，置d/a转换芯片低电平以开始数模转换，在时钟信号slck上升沿将一位数据移位至内部16位寄存器，在所有数据位均移位完成后，将10位有效数据锁存于10位寄存器，数模转换完成，cs使能复位，输出模拟量信号或者模拟量信号的取值。
88.一些实施方式中，如图2所示，供电单元112可以包括：可调电压模块1122，可调电压模块连接外接电源，用于调整外接电源的电压以分别向信号放大单元104、模数转换单元106、控制单元108和数模转换单元110供电。具体应用中，可调电压模块可以通过电源芯片来实现，其可以将输入光量子通量传感器的外部电压转变为各个单元所需的电压。
89.一些实施方式中，如图2所示，供电单元112还可以包括：负电压发生器1124，用于将外接电源提供的电压转换为负电压并将该负电压作为信号放大单元104的基准电压提供给信号放大单元104。以两级运算放大电路为例，负电压发生器1124将输入光量子通量传感器的电压转换为负电压，并分别为第一级运算放大电路和第二级运算放大电路提供基准电压。
90.下面以图2的具体结构和植物用led发光管为例，详细说明本公开实施例光量子通量传感器的处理过程。如图2所示，植物用led发光管发出的光通过余弦矫正器收集后照射在硅光电池上，硅光电池采集来自植物用led发光管的脉冲光信号并将其转换为脉冲电信号后送入第一级运算放大电路，经第一级运算放大电路放大后进入到第二级运算放大电路以放大至12位tlc2543a/d转换芯片所需的电平后送入tlc2543a/d转换芯片，经tlc2543a/d转换芯片的模数转换后得到数字量信号，数字量信号通过spi总线进入单片机内，单片机中的处理器读取存储器中的过滤程序和拟合程序根据预存的标定数据表对数字量信号进行采样过滤查表等处理后确定数字量信号对应的标定数据，通过spi总线将数字量信号对应的标定数据输送给tlc5615d/a转换芯片，经tlc5615d/a转换芯片转换为模拟量信号并输出。诸如照明控制设备等外部设备可以根据该模拟量信号直接调整植物用led发光管的光强等参数，以使植物用led发光管能够给予植物所需的光照，进而达到提高产量等目的。
91.图7示出了本公开实施例的光量子通量测量方法的流程示意图，该光量子通量测量方法通过上述光量子通量传感器实现。如图7所示，光量子通量测量方法可以包括如下步骤s702～步骤s708：
92.步骤s702，采集来自待测光源的脉冲光信号并将其转换为脉冲电信号；
93.步骤s704，将脉冲电信号放大为直流电压信号；
94.步骤s706，对直流电压信号进行模数转换以产生数字量信号；
95.步骤s708，根据预存的标定数据表对来自模数转换器的数字量信号进行采样、滤波和查表以确定所述数字量信号对应的标定数据，所述标定数据表包含预定区间内光量子通量密度的标定数据，每个标定数据的数值为相应光量子通量密度所对应数字量信号的标准值；
96.步骤s710，对数字量信号对应的标定数据进行数模转换以产生用于指示待测光源当前光量子通量密度的模拟量信号。
97.在标定数据表中的所有标定数据中，数字量信号对应的标定数据与过滤后的数字量信号数值最接近。具体地，步骤s708可以包括：先允许过滤程序以对来自模数转换器的数字量信号进行采样、滤波获得滤波后的数字量信号；以及，再运行拟合程序并读取标定数据表，以将滤波后的数字量信号与标定数据表中的标定数据进行数值比对，从而确定数值最接近过滤后数字量信号的标定数据。
98.光量子通量测量方法的其他细节可参见前文光量子通量传感器的描述，此处不再赘述。
99.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
100.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
101.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

技术特征：
1.一种光量子通量传感器，其特征在于，包括：光电转换单元，用于采集待测光源的脉冲光信号并将其转换为脉冲电信号；信号放大单元，用于将来自光电转换单元的脉冲电信号放大为直流电压信号；模数转换单元，用于对直流电压信号进行模数转换以产生数字量信号；控制单元，存有标定数据表，所述标定数据表包含预定区间内光量子通量密度的标定数据，每个标定数据的数值为相应光量子通量密度所对应数字量信号的标准值，所述控制单元用于对来自模数转换器的数字量信号进行采样、滤波和查表以确定所述数字量信号对应的标定数据并将所述标定数据提供给数模转换单元；数模转换单元，用于对来自控制单元的标定数据进行数模转换以产生用于指示待测光源当前光量子通量密度的模拟量信号；供电单元，用于连接外接电源以向信号放大单元、模数转换单元、控制单元、数模转换单元供电。2.根据权利要求1所述的光量子通量传感器，其特征在于，所述光电转换单元，包括：光学扩散器，用于收集来自待测光源的脉冲光信号以使其照射到光电转换器的接收端；光电转换器，用于接收来自待测光源的脉冲光信号并对其进行光电转换以产生脉冲电信号。3.根据权利要求2所述的光量子通量传感器，其特征在于，所述光学扩散器为余弦校正器。4.根据权利要求2所述的光量子通量传感器，其特征在于，所述光电转换器为硅光电池。5.根据权利要求1所述的光量子通量传感器，其特征在于，所述信号放大单元包括串联的第一级运算放大电路和第二级运算放大电路；所述第一级运算放大电路，用于放大来自光电转换单元的脉冲电信号并输出直流电压信号；所述第二级运算放大电路，用于放大来自第一级运算放大电路的直流电压信号后输出。6.根据权利要求1所述的光量子通量传感器，其特征在于，所述控制单元包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储所述标定数据表、滤波程序和拟合程序；所述处理器，用于读取存储器中的标定数据表、过滤程序和拟合程序，运行过滤程序和拟合程序以根据标定数据表完成数字量信号的采样、滤波和查表操作确定数字量信号对应的标定数据。7.根据权利要求1所述的光量子通量传感器，其特征在于，所述供电单元，包括：负电压发生器，用于将外接电源提供的电压转换为负电压并将所述负电压作为所述信号放大单元的基准电压提供给所述信号放大单元。8.根据权利要求1所述的光量子通量传感器，其特征在于，所述供电单元包括：可调电压模块，用于调整外接电源的电压以分别向信号放大单元、模数转换单元、控制单元和数模转换单元供电。
9.一种光量子通量测量方法，其特征在于，包括：采集来自待测光源的脉冲光信号并将其转换为脉冲电信号；将脉冲电信号放大为直流电压信号；对直流电压信号进行模数转换以产生数字量信号；根据预存的标定数据表对来自模数转换器的数字量信号进行采样、滤波和查表以确定所述数字量信号对应的标定数据，所述标定数据表包含预定区间内光量子通量密度的标定数据，每个标定数据的数值为相应光量子通量密度所对应数字量信号的标准值；对所述数字量信号对应的标定数据进行数模转换以产生用于指示待测光源当前光量子通量密度的模拟量信号。10.根据权利要求9所述的光量子通量测量方法，其特征在于，在所述标定数据表中的所有标定数据中，所述数字量信号对应的标定数据与过滤后的数字量信号数值最接近。

技术总结
本公开提供了一种光量子通量传感器，包括：光电转换单元，用于采集待测光源的脉冲光信号并将其转换为脉冲电信号；信号放大单元，用于将来自光电转换单元的脉冲电信号放大为直流电压信号；模数转换单元，用于对直流电压信号进行模数转换以产生数字量信号；控制单元，用于对来自模数转换器的数字量信号进行采样、滤波和查表以确定所述数字量信号对应的标定数据并将标定数据提供给数模转换单元；数模转换单元，用于对来自控制单元的标定数据进行数模转换以产生用于指示待测光源当前光量子通量密度的模拟量信号；供电单元，用于连接外接电源以向信号放大单元、模数转换单元、控制单元、数模转换单元供电。本公开还提供了一种光量子通量测量方法。本公开实施例能够实现脉冲光信号的光量子通量检测。冲光信号的光量子通量检测。冲光信号的光量子通量检测。


技术研发人员：王晓非 王伯为 张振朋 周彦博
受保护的技术使用者：涿州市静升电力工程有限公司
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/10/7