(19)中华人民共和国国家知识产权局
*CN102967444A*
(10)申请公布号 CN 102967444 A(43)申请公布日 2013.03.13
(12)发明专利申请
(21)申请号 201210445242.2(22)申请日 2012.11.08
(71)申请人中国电器科学研究院有限公司
地址510300 广东省广州市新港西路204号申请人威凯检测技术有限公司(72)发明人冯皓 宁文涛 赵钺 陶有季
马坚 揭敢新 冯江涛 刘鑫张晓东(74)专利代理机构广州知友专利商标代理有限
公司 44104
代理人宣国华(51)Int.Cl.
G01M 11/02(2006.01)
权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 2 页权利要求书2页 说明书6页 附图2页
(54)发明名称
一种氙灯光源的测量和自校准方法(57)摘要
本发明公开了一种氙灯光源的测量和自校准方法，包括（1）对氙灯的新光管进行测量，得到新光管的光谱图、总辐照量以及特征波长段的辐照强度，同时对氙灯的测量系统进行校准；（2）当氙灯光管工作一段时间后需要进行测量和校准时，采用与步骤（1）相同的测量方法对工作了一段时间的氙灯光管进行测量，得到该氙灯光管的光谱图、总辐照量以及特征波长段处的辐照强度，比较氙灯新光管和工作一段时间的氙灯光管的光谱图和特征波长段处的辐照强度，得到氙灯光管的衰减情况；（3）分析新光管和工作一段时间的光管的光谱图的一致性，以确定是否调节氙灯的功率或更换新的光管。该方法通过光谱技术来实现氙灯自校准的目的。CN 102967444 ACN 102967444 A
权 利 要 求 书
1/2页
1.一种氙灯光源的测量和自校准方法，该方法包括如下步骤：（1）对氙灯的新光管进行测量，得到新光管的光谱图、总辐照量以及特征波长段的辐照强度，所述特征波长段指国际标准规定的氙灯特征波长，为340nm或420nm，同时将测量所得的特征波长段的辐照强度和氙灯仪表板显示的特征波长段的辐照强度数据进行对比，可以确定仪表显示的数据准确与否，从而对氙灯的测量系统进行校准；
（2）当氙灯光管工作一段时间后需要进行测量和校准时，采用与步骤（1）相同的测量方法对工作了一段时间的氙灯光管进行测量，得到该氙灯光管的光谱图、总辐照量以及特征波长段处的辐照强度，比较氙灯新光管和工作一段时间的氙灯光管的总辐照量和特征波长段处的辐照强度，当氙灯光管在特征波长段的辐照强度降低到新光管在特征波长段的辐照强度的90%以下，或者氙灯光管的总辐照量降低到新光管的总辐照量的90%以下时，认为氙灯光管的辐照量有衰减，即需要对氙灯进行校准，
用公式表示即为：
①
或者：
②
亦或者：
③
式中：
Eeλ=340——使用了一段时间的光管在340nm波长段处的辐照强度，单位W/m2Eeλ=420——使用了一段时间的光管在420nm波长段处的辐照强度，单位W/m2
——新光管在340nm波长段处的辐照强度，单位W/m2——新光管在420nm波长段处的辐照强度，单位W/m2
He——使用了一段时间的光管测量所得的总辐照量，单位J/m2He0——新光管测量所得的总辐照量，单位J/m2。
2.根据权利要求1所述的氙灯光源的测量和自校准方法，其特征在于：所述步骤（1）中对氙灯的新光管进行测量采用的具体方法为：使用光纤光谱仪和带有余弦校正器的光纤，当氙灯新光管竖直安装好后，光纤探头和氙灯自带的光线传感器均位于氙灯腔体内壁，并且处于同一水平位置，通过光纤和光纤光谱仪对氙灯的新光管进行测量，同时氙灯自带的光线传感器采集的数据通过氙灯仪表显示出来。
3.根据权利要求2所述的氙灯光源的测量和自校准方法，该方法还包括如下步骤：（3）分析新光管和工作一段时间的光管的光谱图的一致性，当新光管和工作了一段时间的光管的95%的光谱强度数据的相似度达到95%以上时，即认为两者达到了一致，
即：④
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CN 102967444 A
权 利 要 求 书
2/2页
式中：
Eeλ——使用了一段时间的光管在某一波长段处的辐照强度，单位W/m2
——新光管在同一波长段处的辐照强度，单位W/m2
He——使用了一段时间的光管测量所得的总辐照量，单位J/m2He0——新光管测量所得的总辐照量，单位J/m2（4）若二者光谱图一致，只是总辐照量有差异，参照公式③，通过调节氙灯的功率，使光管辐照量增加；当工作了一段时间的光管在特征波长段的辐照强度增加到与新光管在同一特征波长段的辐照强度一致，即完成了对氙灯光管的自校准；
（5）若工作了一段时间的光管的95%的光谱强度数据与新光管的光谱强度数据达不到一致，而且通过功率调节也不可使二者在特征波长段的辐照强度达到一致，则光管已经达到工作寿命，需要更换新的光管；
即：
式中：
Eeλ——使用了一段时间的光管在某一波长段处的辐照强度，单位W/m2
——新光管在同一波长段处的辐照强度，单位W/m2
He——使用了一段时间的光管测量所得的总辐照量，单位J/m2He0——新光管测量所得的总辐照量，单位J/m2。
4.根据权利要求1或2或3所述的氙灯光源的测量和自校准方法，其特征在于：该方法在使用前，在每次光谱测量前需要采用标准光源对整个测量系统进行校准，确保测量的准确性。
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CN 102967444 A
说 明 书
一种氙灯光源的测量和自校准方法
1/6页
技术领域
[0001]
本发明涉及一种氙灯光源的测量技术，具体是指一种氙灯光源的测量和自校准方
法。背景技术
众所周知，高分子材料在使用或贮存过程中由于受到环境的影响，如光、热、氧、潮
湿、应力、化学浸蚀等，其性能会劣化或丧失，这种现象被称作高分子材料的老化。光是影响高分子材料老化的重要因素。目前国际上已经开发出了一系列光老化设备来研究高分子材料的光老化行为。氙灯老化试验箱是研究高分子材料老化行为最为常用的加速试验设备之一。氙灯老化试验箱是利用氙弧灯作为人造光源，对高分子材料进行照射，模拟高分子材料在自然环境中的老化过程；同时通过试验参数的调整，实现一定的加速老化效果。对氙弧灯光谱的测量、分析对研究高分子材料的老化行为、改进试验方法和试验设备都是非常重要的。
[0003] 氙弧灯作为人造光源，光谱和光照强度会随着试验时间的延长发生变化。当材料在氙灯试验箱中进行光老化试验的过程中，氙灯的总辐照强度会随着试验时间的延长而逐渐衰减，达到一定的试验时间后就需要对氙灯光管进行校准，通过调节氙灯功率或者更换光管的方式来保证试验参数的稳定。氙灯通行的校准方法主要分为两个部分，一是通过校准光管对氙灯本身的测量系统进行校准，即通过对校准光管在标准规定的特征波长段（340nm或420nm）的辐照强度进行测量，通过调节氙灯功率，调节特征波长段的辐照强度达到标准要求；第二个方面就是对氙灯光管进行光学校准。[0004] 目前，我国尚无厂家可以生产校准光管，因此如果要实现对氙灯校准的第一步，需要购买国外的校准光管来校准氙灯的测量系统。我国目前还没有对氙灯光管进行光学校准的统一的标准，目前国内尚无实验室可对氙灯光管进行光学校准。要完成氙灯校准的第二步，则需要委托境外的实验室来完成，不仅整个校准周期长，而且校准费用也非常昂贵。另外，目前国外的校准实验室在对氙灯光管进行光学校准时需要一套专有的设备，这套设备我国没有生产，需要进口。综上所述，我国的氙灯校准技术一直受制于国外。[0005] 另外，随着越来越多的研究发现，氙灯的光谱对高分子材料的老化过程影响有着重要的影响。因此了解试验过程中氙灯光管光谱的变化情况，维持试验过程中氙灯光管光谱的相对稳定也是非常必要的。[0006] 为了缩短校准流程，减少校准成本，深入分析高分子材料的老化机理，开发一种简单的氙灯自校准方法就显得非常必要。
[0002]
发明内容
[0007] 本发明的目的是提供一种氙灯光源的测量和自校准方法，该方法通过使用光谱仪和带有余弦校正器的光纤对氙灯使用前后光管的光谱进行测量，比较两者光谱及特征波长的辐照强度来判断光管的衰减情况，通过判断光谱图的一致性以及通过调节氙灯的功率，
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说 明 书
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使光管的辐照强度增加到满足标准要求来达到完成氙灯自校准的目的。[0008] 本发明的上述目的通过如下的技术方案来实现：一种氙灯光源的测量和自校准方法，该方法包括如下步骤：[0009] （1）对氙灯的新光管进行测量，得到新光管的光谱图、总辐照量以及特征波长段的辐照强度，所述特征波长段指国际标准规定的氙灯特征波长，为340nm或420nm，同时将测量所得的特征波长段的辐照强度和氙灯仪表板显示的特征波长段的辐照强度数据进行对比，可以确定仪表显示的数据准确与否，从而对氙灯的测量系统进行校准；[0010] （2）当氙灯光管工作一段时间后需要进行测量和校准时，采用与步骤（1）相同的测量方法对工作了一段时间的氙灯光管进行测量，得到该氙灯光管的光谱图、总辐照量以及特征波长段处的辐照强度，比较氙灯新光管和工作一段时间的氙灯光管的总辐照量和特征波长段处的辐照强度，当氙灯光管在特征波长段的辐照强度降低到新光管在特征波长段的辐照强度的90%以下，或者氙灯光管的总辐照量降低到新光管的总辐照量的90%以下时，认为氙灯光管的辐照量有衰减，即需要对氙灯进行校准。[0011] 用公式表示即为：
[0012] [0013] [0014] [0015] [0016] [0017]
①
或者：
②
亦或者：
③
式中：
[0018] Eeλ=340——使用了一段时间的光管在340nm波长段处的辐照强度，单位W/m2[0019] Eeλ=420——使用了一段时间的光管在420nm波长段处的辐照强度，单位W/m2
[0020] [0021] [0022]
——新光管在340nm波长段处的辐照强度，单位W/m2——新光管在420nm波长段处的辐照强度，单位W/m2
He——使用了一段时间的光管测量所得的总辐照量，单位J/m2
0
[0023] He——新光管测量所得的总辐照量，单位J/m2。[0024] 本发明中，所述步骤（1）中对氙灯的新光管进行测量采用的具体方法为：使用光纤光谱仪和带有余弦校正器的光纤，当氙灯新光管竖直安装好后，光纤探头和氙灯自带的光线传感器均位于氙灯腔体内壁，并且处于同一水平位置，通过光纤和光纤光谱仪对氙灯的新光管进行测量，同时氙灯自带的光线传感器采集的数据通过氙灯仪表显示出来。[0025] 作为本发明的进一步改进，该方法还包括如下步骤：[0026] （3）分析新光管和工作一段时间的光管的光谱图的一致性。当新光管和工作了一段时间的光管的95%的光谱强度数据的相似度达到95%以上时，即认为两者达到了一致。
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说 明 书
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[0027] 即：④
式中：
[0029] Eeλ——使用了一段时间的光管在某一波长段处的辐照强度，单位W/m2
[0028] [0030] [0031]
——新光管在同一波长段处的辐照强度，单位W/m2
He——使用了一段时间的光管测量所得的总辐照量，单位J/m2
0
[0032] He——新光管测量所得的总辐照量，单位J/m2[0033] （4）若二者光谱图一致，只是总辐照量有差异（参照公式③），可以通过调节氙灯的功率，使光管辐照量增加。当工作了一段时间的光管在特征波长段的辐照强度增加到与新光管在同一特征波长段的辐照强度一致，即完成了对氙灯光管的自校准。[0034] （5）若工作了一段时间的光管的95%的光谱强度数据与新光管的光谱强度数据达不到一致，而且通过功率调节也不可使二者在特征波长段的辐照强度达到一致，则光管已经达到工作寿命，需要更换新的光管。
即：
[0035]
式中：
[0037] Eeλ——使用了一段时间的光管在某一波长段处的辐照强度，单位W/m2
[0036] [0038] [0039]
——新光管在同一波长段处的辐照强度，单位W/m2
He——使用了一段时间的光管测量所得的总辐照量，单位J/m2
0
[0040] He——新光管测量所得的总辐照量，单位J/m2。[0041] 本发明的方法在使用前，在每次光谱测量前需要采用标准光源对整个测量系统进行校准，确保测量的准确性。
[0042] 目前通用的校准方法是根据氙灯面板上显示的特征波长处的辐照强度来进行计量校准，该种校准方法不够精确。而本方法是依据光管本身的光谱图、光管总辐照量以及特殊波长段的辐照强度来进行校准的，不会受到氙灯本身构造的影响，因此校准方法更精确。与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：
[0043] （1）本氙灯光源测量校准的依据是光管本身的光谱图、总辐照量以及特殊波长段
（340nm或420nm）的辐照强度，这将使得校准更精确。[0044] （2）氙灯光管为人工光源，其自身光谱的稳定性较好，这就保证了测量得到的光谱图重现性较好，同时也避免了人为因素的影响，从而能够确保校准结果的准确性。[0045] （3）可以在工作状态对氙灯进行校准，不必在特定的校准程序下进行，简化了校准流程。用新光管校准测量系统，可以不使用校准光管，节省了成本。[0046] （4）使用的光纤带有余弦校正器，使光纤收集的辐射（光线）的范围与氙灯内光线传感器的一致，保证了测量结果的可比性。[0047] （5）光纤探头同氙灯内光线传感器处于同一等效位置，这使光谱仪测量的特殊波长段（340nm或420nm）处的辐照量同仪器面板上显示的数据具有可比性，从而可以对氙灯
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说 明 书
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本身的光学测量系统进行校准。[0048] （6）测量前，使用了标准能量灯对整个测量系统进行了校准，确保每次测量结果的基准一致，即保证了测量结果的重现性和可比性。附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。[0050] 图1是采用本发明的方法测量得到的新光管的光谱图；
[0051] 图2是采用本发明的方法测量得到的使用了一段时间后光管的光谱图；[0052] 图3是图1和图2的结合图，对光管光谱的衰减情况进行比较，其中，新光管的光谱图在上方，使用了一段时间后光管的光谱图在下方。
[0049]
具体实施方式
[0053] 本发明一种氙灯光源的测量和自校准方法在使用前，根据校准需要，当整个测量系统连接好后，使用标准能量灯对整个测量系统进行校准，确保每次测量结果的基准一致，该测量和自校准方法包括如下步骤：[0054] （1）使用测量系统对氙灯的新光管进行测量，对氙灯的新光管进行测量采用的具体方法为：使用光纤光谱仪和带有余弦校正器的光纤，当氙灯新光管竖直安装好后，光纤探头和氙灯自带的光线传感器均位于氙灯腔体内壁，并且处于同一水平位置，通过光纤和光纤光谱仪对氙灯的新光管进行测量，同时氙灯自带的光线传感器采集的数据通过氙灯仪表显示出来。通过光纤和光纤光谱仪可以直接测得新光管的光谱图、总辐照量以及特征波长段的辐照强度，其中，新光管的光谱图如图1所示，光管的总辐照强度是光纤光谱仪通过积分自动计算得出，直接显示在测量结果中。所述特征波长段指国际标准规定的氙灯特征波长，为340nm或420nm，同时将测量所得的特征波长段的辐照强度和氙灯仪表板显示的特征波长段的辐照强度数据进行对比，可以确定仪表显示的数据准确与否，从而对氙灯的测量系统进行校准；[0055] （2）当氙灯光管工作一段时间后需要进行测量和校准时，采用与步骤（1）相同的测量方法对工作了一段时间的氙灯光管进行测量，得到该氙灯光管的光谱图、总辐照量以及特征波长段处的辐照强度，光谱图如图2所示。比较氙灯新光管和工作一段时间的氙灯光管的总辐照量和特征波长段处的辐照强度，如图3。当氙灯光管在特征波长段的辐照强度降低到新光管在特征波长段的辐照强度的90%以下，或者氙灯光管的总辐照量降低到新光管的总辐照量的90%以下时，认为氙灯光管的辐照量有衰减，即需要对氙灯进行校准。[0056] 即：
[0057] [0058] [0059] [0060]
①
或者：
②
亦或者：
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说 明 书
③
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式中：
[0063] Eeλ=340——使用了一段时间的光管在340nm波长段处的辐照强度，单位W/m2[00] Eeλ=420——使用了一段时间的光管在420nm波长段处的辐照强度，单位W/m2
[0065] [0066] [0067]
——新光管在340nm波长段处的辐照强度，单位W/m2——新光管在420nm波长段处的辐照强度，单位W/m2
He——使用了一段时间的光管测量所得的总辐照量，单位J/m2
0
[0068] He——新光管测量所得的总辐照量，单位J/m2[0069] （3）分析新光管和工作一段时间的光管的光谱图的一致性。当新光管和工作了一段时间的光管的95%的光谱强度数据的相似度达到95%以上时，即认为两者达到了一致。也就是说，满足公式④的数据占到了所有测量数据的95%以上时，即认为两者达到了一致。
[0070] 即：④
式中：
[0072] Eeλ——使用了一段时间的光管在某一波长段处的辐照强度，单位W/m2
[0071] [0073] [0074]
——新光管在同一波长段处的辐照强度，单位W/m2
He——使用了一段时间的光管测量所得的总辐照量，单位J/m2
0
[0075] He——新光管测量所得的总辐照量，单位J/m2[0076] （4）若二者光谱图一致，只是总辐照量有差异（参照公式③），可以通过调节氙灯的功率，使光管辐照量增加。当工作了一段时间的光管在特征波长段的辐照强度增加到与新光管在同一特征波长段的辐照强度一致，即完成了对氙灯光管的自校准。[0077] （5）若工作了一段时间的光管的95%的光谱强度数据与新光管的光谱强度数据达不到一致，而且通过功率调节也不可使二者在特征波长段的辐照强度达到一致，则光管已经达到工作寿命，需要更换新的光管。
即：
[0078]
式中：
[0080] Eeλ——使用了一段时间的光管在某一波长段处的辐照强度，单位W/m2
[0079] [0081] [0082]
——新光管在同一波长段处的辐照强度，单位W/m2
He——使用了一段时间的光管测量所得的总辐照量，单位J/m2
0
[0083] He——新光管测量所得的总辐照量，单位J/m2。
[0084] 本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变
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说 明 书
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更，均应落在本发明的保护范围之内。
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说 明 书 附 图
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图1
图2
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说 明 书 附 图
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图3
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