[发明专利]一种光学透镜测污装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学仪器应用领域，是一种基于光后向散射理论对光学透镜表面污染进行自动监测的装置，适用于在外场在线运行的光学仪器的透镜污染测量。

背景技术

目前，很多光学仪器在外场安装使用，进行气象、环境保护、生态通量、光通信等领域的在线测量。随之而来的问题是：由于光学透镜暴露在外场，会受到灰尘或其它污染物的污染，透镜镜面的清洁度下降，透射率减小，导致接收或发射的光强变弱，影响到测量结果，严重时会导致仪器无法正常工作。目前，还没有有效的方法能自动测量出透镜是否受到污染，以及污染的程度，主要靠人工定时巡查，通过目测观察透镜的污染情况。

发明内容

本发明解决的问题是：一种光学透镜测污装置，通过测量光的后向散射的强度变化，来判断光学仪器透镜是否受到了污染，并在污染严重时提供报警，告知需要进行清洁维护。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种光学透镜测污装置，包括光电信号探测部分和测量控制电路，所述光电信号探测部分由LED光源、PIN探测器、滤光片、固定支架构成；LED光源通过固定支架安装在光学仪器内部被测透镜后面中心位置，LED光源的发射方向指向透镜；所述探测器采用PIN光电二极管，通过固定支架安装在被测透镜后面中心位置，位于LED光源旁，探测器面源方向朝向透镜；滤光片粘在探测器面源前端，滤除非LED光源波段的杂散光；LED光源发出光照射在透镜面上，透镜表面的尘埃等污染物会产生后向散射光，探测器接收透镜面的后向散射光信号，该信号经过测量控制电路的放大、处理后得到被测透镜面受污染程度，并判断是否需要输出报警信号。

所述测量控制电路包括：单片机、光源驱动电路，前置放大电路、滤波电路、信号解调电路、模数转换电路、数据输出电路、存储器电路；其中：

LED光源驱动电路，用于提供稳定的LED光源稳定工作电流，光源的开启、关闭由单片机进行控制。开启时，采用调制电路对光源进行调制，在工作状态下输出的是2.4K的脉冲光；

前置放大电路采用高精度的运放，型号为OPA602，将光电探测器的电流信号转换成电压信号，由二级放大电路放大；

滤波电路，用于滤去不在调制波段上的干扰信号，由运放TL084构成的二阶压控电压源带通滤波电路，把滤波网络接在运放的同相输入端，带通范围为2300-2500HZ，刚好覆盖了调制信号所处的频带；

信号解调电路，用于完成对信号的解调以及放大，采用有效值检波的方式对信号进行解调，采用专用芯片AD763；

模数转换电路，用于把采集到的后向散射光信号转换成数字量；

RS-232通信接口电路，用于实现将透镜污染数据上传到监控计算机上，以便后台处理；

单片机负责整个测量系统的控制功能，协调各个部分，完成测量过程。包括开启测量光源、采集控制、模数转化、判断污染程度及输出报警信号。

单片机启动测量时，首先进行系统初始化，再输出控制信号，驱动电路开启LED光源，并加上脉冲调制，形成高频脉冲光，用来去除杂散光的影响；照在透镜表面的污染物产生后相散射光，被探测器接收，转化为电流信号，并经过前置放大电路放大；经过放大的信号通过滤波电路，滤除噪声信号，并通过解调电路进行信号解调，得到后相散射信号强度，用V表示。在单片机的控制下，通过模数转换成数字信号进行存储，利用一元线性回归方程T＝kV+b(k是比例系数、b是方程截距)求得透镜的透过率T，当透过率T超过警戒阀值，即透镜表面污染程度被认为超过警戒阀值时，通过RS232串口电路输出报警信号，提醒需要进行透镜清洁。

本发明的原理：本发明是基于Mie散射理论，对透镜面上覆盖的污染物进行后向散射光强的测量，其强度大小与透镜面上污染物的堆积浓度相关，可以得到透镜的透过率，反映出透镜的污染程度。