瞬态分光辐射仪属瞬态辐射源辐射光学特性参数的测试计量仪器，主要用 来测量瞬态光源光谱、光度、色度及其随时间的变化。

光谱参数包括瞬态光源光谱的相对能量分布，峰值坐标及其相对能量；光 度参数包括瞬态辐射光强及其随时间的变化，有效光强，瞬态辐射光亮度、照 度及期随时间的变化；色度参数包括色坐标、主波长、色温、显色指数和色纯 度。

当前分光辐射仪包括在导轨上可伸缩的外光路，色散光路，带扫描系统的 探测器，它只适于在实验室测量连续发光光源的光色参数，不能用于野外动态 测量，不能用于瞬态光的测量，更不能用于只有一次机会的爆炸性光源光性测 量；中国实用新型专利申请号为CN2045484U的“闪光光谱测定仪”，它主要用 来测量瞬态光源的光谱参数，其缺点是不能测量瞬态光的光度和色度参数，也 不能在野外对动态目标进行测量。

本发明的目的是提供一种可以在室内、室外都可测量瞬态光源光谱、光度、 色度及其随时间变化的分光辐射仪。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：

瞬态分光辐射仪(参见图1)，由外光路组件[1]，内光路组件[2]，微机控制 电路[3]，输出外设组件[4]组成，如图2所示，外光路组件[1]由积分球和聚光 系统组成，内光路组件[2]为一光电摄谱仪，由可调狭缝，出射狭缝，凹面反光 镜，平面导光镜，宽带滤光片，列阵探测器元件组成；(1)外光路组件[1]包括 光纤导光光路[61](参见图3)，瞬态光度探测光路[62](参见图6)，积分 球[59]，光源支撑架[60](参见图5)；积分球[59](参见图4)用轻金属材 料作球壁[13]，积分球的内径可在100～200mm之间，球的内壁喷涂7～15层硫酸 钡，积分球壁上开有三孔，入射光孔[10]，与孔[10]垂直并与内光路入射狭缝以 内接圆形式相切的孔[11]，在球壁上对称于孔[11]、垂直于入射光孔[10]、并 与瞬态光度探测器滤光片以内接圆形式衔接的孔[14]，小光源支撑架[12]为半 球遮光罩，其表面均涂有与积分球内壁一致的涂料；(2)内光路组件[2]为一光 电摄谱仪，包括固定在支架上的可调入射狭缝[30]，平面导光镜[31]，固定在 支撑架上的出射狭缝[36]，宽带滤光片[37]与列阵探测器元件[38]，其中球面 反光镜[32]，挡光板[33]，球面聚光镜[34]，代替CN2045484U中的单一凹面反 光镜，CN2045484U中的平面光栅由平面闪耀光栅[35]代替；电控闪光光源[15]( 或闪光光源[22])经入射光窗口[10]进入积分球[59]，其中一路光通过积分球出 射光窗口[14]，到瞬态光度探测光路[62]，测得光度数据；另一路光通过积分球出 射光窗口[11]，到内光路组件[2]的入射狭缝[30]后，由平面反光镜[31]导光射至 球面聚光镜[32]，变成平行光射向平面闪耀光栅[35]，分光后，经球面聚光镜[34] 聚焦，被聚焦的光谱带，从出射狭缝[36]经过宽带滤光片[37]后，落在列阵探测器 [38]的光敏面上，光敏面为聚焦反光镜[34]的焦平面，列阵探测器[38]，经微机处 理，测得光谱相对能量值，送至外设打印机[44]、绘图仪[43]、显示器[42]输出 闪光灯一次闪光的光谱、光度、色度参数；其中宽带滤光片[37]用以滤掉在闪 耀光谱带上叠加的非闪耀级次的光谱，挡光板[33]栏内光路杂散光免进入探测系 统；在野外测量爆炸性光源，通过光纤导光光路[61]中的入射窗口聚光透镜组[5] 聚焦后，投射到光纤输入光学接头[6]上，导入光纤束[7]传至光纤输出光学接头 [8]，从光纤输出光学接头[8]出射的光束，经非球面聚光镜[9]全部收集，将其聚 焦射向内光路的入射狭缝[30]，测出光谱光色参数；(3)微机控制电路[3]包括专 用微机[53]和控制电路两部分，控制电路包括列阵探测电路、瞬态光空间分布 测量控制电路、瞬态光源控制电路、瞬态光度测量控制电路四个部分；瞬态光 源控制电路包括由微机[53]、电控制电路[49]、脉冲电源[48]、瞬态光源[15]( 或光源[22])组成的电控光源电路，由微机[53]、光控电路[51]、放大电路[52]、 光度探测器[62]、光源[15](或光源[22])组成光控光源电路，由微机[53]，软 件控制电路[50]、光源[15](或光源[22])组成的软件控制光源电路；瞬态光 空间分布测量控制电路由微机[53]、X向控制接口[54]、Y向控制接口[55]、驱 动电路[56]、X向步进电机[57]和Y向步进电机[58]组成；列阵探测器控制电路 由微机[53]、12位高速A/D[41]、列阵探测控制电路[40]、驱动电路[39]和列 阵探测元件[38]组成；瞬态光度测量控制电路由微机[53]、8位高速A/D[46]、 光能测量单片机电路[45]、驱动放大电路[47]、瞬态光度探测器[62]组成。

本发明的目的还可以通过如下措施来达到：如图3所示，光纤导光光路[61] 中的入射窗口聚光透镜[5]可由2～5片透镜组成，每片透镜的两面均镀有复色光 增透膜，输入通光口径可以在60～120mm之间，前后焦距可以在150～400mm之间， 导光光纤[7]由石英光纤捆扎而成，光纤输入光学接头[6]和输出光学接头[8]是 将光纤束端捆扎、胶合、磨平、抛光而成；非球面聚光镜[9]为一双焦椭球反光 镜、离轴切割应用，第一焦点设置在光纤输出光学接头[8]处，第二焦点设置在 内光路的入射狭缝[30]处，所切割的直径可在15～80mm之间，双焦长、短轴之 比可为2∶1至4∶1。

本发明的目的还可以通过如下措施来达到：如图4所示，内光路[2]中的可 调入射狭缝[30]，可调范围在0～3mm之间，平面导光镜[31]的大小在20×20～ 30×30mm2之间，球面反光镜[32]的大小在30×40～40×60mm2之间，球半径在 300～600mm之间，平面闪耀光栅[35]大小为20×20～60×60mm2之间，每毫米 刻线在130～1800条之间，球面聚光镜[34]的大小在30×40～40×60mm2之间， 固定在支撑架上的出射狭缝[36]，大小为1×30～2×40mm2之间，宽带滤光片 [37]与列阵探测器[38]分别固定在两个前后、上下、左右可调整的不同三维支 撑架上。

本发明附图说明如下： 图1瞬态分光辐射仪外形结构图。1-外光路组件；2-内光路组件；3-微机 控制电路；4-输出外设组件。 图2瞬态分光辐射仪总体工作原理图。1-外光路组件；2-内光路组件；3- 微机控制电路；4-输出外设组件；5-瞬态光入射窗口；6-光纤输入光学接头； 7-导光光纤束；8-光纤输出光学接头；9-非球面聚光镜；10-积分球入射 光孔；12-光源支撑架；13-积分球球壁；11、14-积分球输出光孔；15-小 光源灯；30-可调入射狭缝；31-平面反光镜；32-球面聚光镜；33-挡光板； 34-球面聚光镜；35-平面闪耀光栅；36-出射狭缝；37-宽带滤光片；38- 列阵探测器；39-列阵探测器驱动电路；40-处理放大电路；41-12位高速A/D； 42-CRT显示器；43-绘图仪；44-打印机；45-光能测量单片机电路；46-8 位高速A/D；47-处理放大电路；48-脉冲电源；49-电控制电路；50-软件控 制电路；51-光控制电路；52-放大电路；53-微机；54-X向输出接口；55-Y 向输出接口；56-瞬态光空间分布测量控制电路；57-X向步进电机；58-Y向 步进电机；59-积分球；60-光源支架；61-光纤传光光路；62-瞬态光度探 测光路。 图3瞬态分光辐射仪光纤导光光路。5-瞬态光入射窗口(聚光透镜组)；6-光 纤输入光学接头；7-导光光纤束；8-光纤输出光学接头；9-非球面聚光镜。 图4瞬态分光辐射仪积分球导光光路。10-入射光窗口；11-出射光窗口；12 -光源支撑架；13-积分球球壁；14-出射光窗口；15-光源灯。 图5瞬态分光辐射仪光源支架图。16-底角螺丝；17-底座；18-回转台；19 -立柱；20-转轴；21-支撑臂；22-光源；23-光源架；24-垫块；25、26 -转动手轮(或步进电机)。 图6瞬态分光辐射仪光度探测光路。28-视见函数滤光片；29-硅光电二极管； 27-驱动电路。

现结合附图详述本发明测量瞬态光谱、光度、色度及其随时间变化的过程：

如果想在实验室采用电控方法测量瞬态闪光光源时，如图2所示，微机[53] 发出命令给电控电路[49]，让脉冲电源[48]充电，待脉冲电源[48]充至预定电 压值时，通过电控电路[49]给微机[53]-信号，微机[53]得到信号后，命令电 控电路[49]触发放电，光源[15](或光源[22])即发出闪光，当光源发光亮度 低，通过积发球在列阵探测元件CCD上产生的照度低于0.1Lx时，光源置于积分 球[59]中的[15]处，当光源发光亮度大时，置于图4光源支架的光源[22]处，从 积分球入射光孔[10]进入积分球[59]形成漫射光，通过可调入射狭缝[30]被导 向后射至球面聚光镜[32]，变成平行光射向闪耀光栅[35]，由闪耀光栅[35]分 光后射向球面聚光镜[34]被聚焦，被聚焦的光谱带从出射狭缝[36]经过宽带滤 光片[37]后落在列阵探测器[38]光敏面上，光敏面为球面聚光镜[34]的焦平面， 列阵探测器CCD[38]在驱动电路[39]的作用下，将并行排列的光电信号变成串行 排列的电信号送至处理放大电路[40]，再由12位具有2～8μs的高速A/D[41]变 成数字量送至微机[53]的存贮器中，经微机处理计算后的光谱相对能量数据、 峰值坐标及能量相对值数据，送给外设CRT[42]显示出光谱曲线形状，同时由绘 图仪[43]在绘图纸上划出曲线，由打印机[44]打出峰值坐标和相对能量数值； 计算机利用预置程序，根据光谱相对能量值用国际照明委员会(CIE)提出的方法 和计算公式计算出的色座标、主波长、色温、显色指数、色纯度等数据送至外 设打印机[44]打出数据，至此，闪光灯的光谱、色度参数实时测出；光度数据 的测量(参见图2)是被测光从入射光孔[10]进入积分球[59]，经积分球内壁漫反 射后，均匀漫反射光通过积分球输出光孔[14]由视见函数滤光片校正后射向光 电二极管[29](参见图6)，此探测器在驱动电路[27]的作用下，将光信号变成电 能送给处理放大电路[47]，再经过8位高速A/D电路[46]将其变成数字量存入机 芯为8086的单片机[45]存贮器中，待电路[41]的12位A/D传给微机[53]的数据传 送完毕后，微机[53]由单片机[45]的存贮器中取出光度数据，并计算出瞬态闪 光光源的光强、有效光强和有效光强的照度数据，然后微机命令绘图仪在绘完 光谱曲线分布后，绘出闪光光强随时间变化的光强分布曲线，显示器CRT[42]显 示闪光灯的光强分布曲线，打印机打出上述数据，这时闪光灯一次闪光的光谱、 光度、色度参数全部测出。其中宽带滤光片[37]用以滤掉在闪耀光谱带上叠加 的非闪耀级次的光谱，挡光板[33]栏内光路杂散光以免进入探测系统。

在野外对一些爆炸性的光源不能用电控制电路[49]时，采用如图2所示的软 件控制电路[50]，及火炸药闪光通过光纤导光系统的聚光镜[5]聚焦后，投射到 光纤输入光学接头[6]上，导入光纤束[7]传至光纤输出光学接头[8]，从光纤输 出光学接头[8]的出射光束具有45°以内的数值孔径角-发散角，在设计和安装 时，要使非球面聚光镜[9]的口径全部能收集到45°以内的主要光能，将其聚焦 射向内光路的入射狭缝[30]，测出光谱光色参数；光度参数测量是将图2中的光 度探测器[62]与光纤输入聚光镜[5]平行放置，即可测得爆炸性光源的光度参数， 软件电路[50]是检查[41]的12位A/D传送给微机的数据是否是欲测光能数据，如 果是欲测光源数据，则命令微机[53]贮存，若不是不给予存贮并继续判断，直 到大于某一数值的光是爆炸光时，才存贮、计算、处理。在实验室对一些光源 不能用电控制电路[49]控制时，亦可用光控电路[51]控制，当图2中光度探测 器[62]输出的电信号一路经放大电路[52]放大后，给光控电路[51]一信号，传 给微机[53]，微机命令[41]电路的12位A/D采样并存贮于微机[53]的存贮器中， 然后进行计算，这样即可同时测出光谱、光度和色度参数。

在实验室中欲再测光能空间分布时，如图5所示，图5中回转台[18]可沿水 平方向旋转360°，支撑臂[21]可沿垂直方向±90°作俯仰运动，微机[53]通过 X向输出接口[54]令驱动电路[56]，使X步进电机[57]转动，测出光在垂直方向 ±90°的光谱、光度、色度参数的差异；测水平方向光能分布时，微机[53]通 过Y向输出接口[55]，令驱动电路[56]让Y向步进电机[58]转动，即可测出光在 水平方向360°的光能分布，每闪一次光可同时测出一个角度的光谱、光度、色 度参数。

本发明的优缺点： 1、瞬态分光辐射仪，是一台工程光学综合性光测计量仪器。既能用于实验室对 瞬态光源光谱、光度、色度参数的同时测量，又可在外场(靶场、机场等)实战 应用状况下进行上述测量。如测量各种特种弹各种火炸药在发射、爆炸中所需 要知道的光谱、光度、色度参数；各种火炮在发射过程中炮口火焰的同类参数； 飞机左右机翅和顶上端各色防撞灯、航行灯的光谱、光度、色度参数，以至医 学上临床诊断、治疗所用的瞬态光源的光谱、光度、色度参数等。 2、该仪器从机械结构上保证了内外光路的有机衔接，是瞬态光谱、光度、色度 诸多参数在互不干扰情况下进行同时测量成为可能，一台具有二维旋转的光源 支架附件，使光能空间分布得以测量；远距离导光的高效纤维传光接口机械结 构，使仪器测量爆炸性光源时，能获得足够能量；在一些部件上，如具有三维 调节CCD支架，既可准确、方便调试，又可牢固锁紧，经过长途运输，无A级移 动，这为外场测量工作提供了一个有力保证；又如积分球中的小光源支架，既 保证了充分利用光能，又符合CIE光色测量的要求等。 3、该仪器采用了大规模集成电路和微机开发应用的新技术成果，从元器件选择 到数字电路的应用，使电器系统实现了高集成化和小型化，既提高了测量数据 的精度，又增强了仪器自身的可靠性，且使该仪器具备光、机、电、数据处理、 自控等功能，实现了全自动化实时测量的操作过程。 4、该仪器800～1100nm的红外波段应用的扩大有待于进一步开发。