一种基于标准光源的光子计数器的标定系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及光电探测器标定的技术领域，特别是一种基于标准光源的光子计数器的标定系统和方法，系统包括：标准光源、光纤光路、遮光筒、光子计数器、计数单元和上位机系统；光纤光路连接标准光源和遮光筒，光子计数器连接遮光筒和计数单元，计数单元通过RS232接口与上位机系统连接。利用该系统对光子计数器的本底计数、检测范围、线性计数率和检测重复性进行测试并进行标定。本发明专利技术有益效果：标准光源使用双积分衰减器和实时强度检测探测器，可获得均匀、非线性误差小的复合白光；适用波长范围大，可对工作波长在300nm至2500nm内仪器进行标定；标定方法的可行性强，对实验技巧要求低，可以直接量化检验线性度并进行校正。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电探测器标定的
，特别是一种基于标准光源的光子计数器的标定系统和方法。
技术介绍
光子计数器是一种微弱光检测仪器，目前在生物医学、免疫检测和高速现象测量等领域得到广泛应用。目前常用的标定方法为，光照度平方反比法和发光二极管法。光照度平方反比法指的是受点光源直接照射的面元上的光照度与面元到光源的距离成反比关系。因此需要高精度地测量不同点上的光强和与光源的距离，需要良好的暗室条件。由于这种方法需要高超的实验技巧和比较理想的实验条件，在不追求精度的情况下可以用来简单地测试光子计数器计数值的线性度。发光二极管法的原理是在稳定的工作电流下，发光二极管能够保持稳定的光强输出。根据电路参数和工作波长，选取合适的光电二极管，在很弱的电流下，可以发射弱光。实际标定时，控制工作电流，使得发光二极管的光强在光子计数器的动态范围内，根据读取发光二极管的工作电流和计数值的关系判断线性度。但是由于发光二级管不能提供整个工作波长范围内的光输出，对于需要工作在非单一波长下的光子计数器不适用。综上所述，目前广泛使用的光子计数器的标定方案存在实验技巧要求过高或光源输出波长受限的问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种利用覆盖宽波长标准光源的光子计数器的标定方法，简单、准确地对本底计数、线性计数率、检测范围和检测重复性进行标定与测试。一种基于标准光源的光子计数器的标定系统，包括如下模块：标准光源、光纤光路、遮光筒、光子计数器、计数单元和上位机系统；所述光纤光路连接所述标准光源和所述遮光筒，所述光子计数器连接所述遮光筒和所述计数单元，所述计数单元通过RS232接口与所述上位机系统连接。所述上位系统包括上位机软件和计算机。优选的，所述标准光源由卤素灯灯箱、可调光阑、双积分球衰减器、强度监测探测器和出口强度显示仪表组成。一种采用上述系统的光子计数器的标定方法，包括如下步骤：(1)设置标准光源，使所述标准光源输出300～2500nm波长范围、非线性误差小于0.1％、线性测量范围大于7个量级的复合白光；(2)调节所述标准光源上的微分筒以调节光阑大小，控制光强；(3)使所述标准光源通过所述光纤光路与所述遮光筒进行耦合；(4)对所述光纤光路进行稳定性标定；(5)控制环境变量，使温度范围为20-30℃，相对湿度为25-75％；(6)在使用前使所述光子计数器保持遮光，开启电源，预热30分钟后,由所述上位机软件显示的计数值，测试本底计数，并验证各处连接是否漏光；(7)开启标准光源，由所述标准光源的出口强度显示仪表读取当前光强，记录所述上位机软件返回的光子计数值，标定所述光子计数器的本底计数、检测范围、线性计数率和检测重复性。所述步骤(7)使用的上位机软件的运行过程具体包括：1)复位计数单元，检测计数单元与计算机的连接；2)设置计数闸门时间；3)对于计数单元返回的数据进行帧头查询、校验；4)使能读数，获取一个计数周期内的读数结果；5)允许查询当前计数周期的计数结果；6)允许设置多次测量。本专利技术的有益效果在于：(1)标准光源使用双积分衰减器和实时强度检测探测器，可获得均匀、非线性误差小的复合白光；(2)适用波长范围大，可对工作波长在300nm至2500nm内仪器进行标定；(3)标定方法的可行性强，对实验技巧要求低，可以直接量化检验线性度并进行校正。附图说明图1是本专利技术的装置结构示意图；图2是本底计数标定结果示意图；图3是检测范围标定结果示意图；图4是线性度标定结果示意图。具体实施方式下面结合附图，对实施例作详细说明。作为一个实施例，如图1所示，一种光子计数器的标定方法，包括标准光源1、光纤光路2、遮光筒3、光子计数器4、计数单元5和上位机系统6，对光子计数器的本底计数、检测范围、线性计数率和检测重复性进行标定。具体标定方法包括以下内容：针对光子计数器的本底计数的标定方案为：1)关闭光子探测器连接的遮光筒，开启微光检测模块电源，记录温度；2)微光检测模块预热30分钟，计数值稳定时，记录多组暗计数，取平均值；3)关闭微光检测模块电源，打开挡光旋钮，连接光纤，光纤另一端使用橡胶帽封闭；4)打开微光检测模块电源，记录计数值，判断光纤是否带来杂散光；5)连接微光发生校准源和微光检测模块，保持微光发生系统电源关闭状态，记录计数值，判断微光发生系统是否带来杂散光影响。本底计数的标定结果如附图2所示，可见本底计数为45/s。针对光子计数器的检测范围测试方案为：1)连接微光发生系统和微光检测模块，开启微光检测系统电源，预热30分钟，读取本底计数；2)开启微光发生系统电源，使计数值达到10,000,000/s；3)输出亮度逐量级递减，记录6组数据(微光检测模块输出光子数Ci、微光发生系统光强Ii)，数据对本底计数修正；4)结果判定指标：拟合后准确的最高计数率达到10,000,000/s以上，最低计数100/s(视实际要求更改)以下，并且logCi和logIi的线性相关系数达到0.9以上，则达到仪器要求。检测范围的标定结果如附图3所示，满足结果判定指标。针对光子计数器的线性计数率的标定方案为：1)连接微光发生系统和微光检测模块，开启微光检测系统电源，预热30分钟，读取本底计数；2)开启微光发生系统电源，使计数值达到11,000,000/s；3)等间距取点，使光强递减，记录计数值和微光发生系统内部传感器获得的光强值；4)对本底计数进行修正，适当选取区间作为校正参考区间，获取线性校正参数；线性度的标定结果如附图4所示，计数值在200/s至30,000/s区间内计数值与光强之间的线性度较好，可以使用拟合曲线作为校正曲线，减少光子堆积效应的影响。针对光子计数器的检测重复性的标定方案为：1)连接微光发生系统和微光检测模块，开启微光检测系统电源，预热30分钟；2)开启微光发生系统电源，使计数值达到10,000,000/s；3)使用上位机中循环计数功能，计数10次，计数值使用线性校正参数进行校正，根据变异系数＝(标准差/均值)*100％，计算变异系数；4)调节光强，使计数值在10,000,000/s—1,000,000/s之间等间距取10个点重复步骤3。计数值在100,000/s—1,000,000/s之间等间距取10个点重复步骤3；最大变异系数小于3％(根据实际使用规定)则可以认为完成标定；检测重复性的标定结果如下表所示，满足标定要求。光强/cd平均值/sCV暗计数(29℃)763.75％5.02E-076964.31％4.20E-0669611.02％3.59E-05612740.38％4.00E-046687110.12％3.9566e-359295410.13％表1检测重复性的标定结果与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)标准光源使用双积分衰减器和实时强度检测探测器，可获得均匀、非线性误差小的复合白光；(2)适用波长范围大，可对工作波长在300nm至2500nm内仪器进行标定；(3)标定方法的可行性强，对实验技巧要求低，可以直接量化检验线性度并进行校正。此实施例仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于标准光源的光子计数器的标定系统，其特征在于，包括如下模块：标准光源、光纤光路、遮光筒、光子计数器、计数单元和上位机系统；所述光纤光路连接所述标准光源和所述遮光筒，所述光子计数器连接所述遮光筒和所述计数单元，所述计数单元通过RS232接口与所述上位机系统连接。所述上位机系统包括上位机软件和计算机。

【技术特征摘要】
1.一种基于标准光源的光子计数器的标定系统，其特征在于，包括如下模块：标准光源、光纤光路、遮光筒、光子计数器、计数单元和上位机系统；所述光纤光路连接所述标准光源和所述遮光筒，所述光子计数器连接所述遮光筒和所述计数单元，所述计数单元通过RS232接口与所述上位机系统连接。所述上位机系统包括上位机软件和计算机。2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述标准光源由卤素灯灯箱、可调光阑、双积分球衰减器、强度监测探测器和出口强度显示仪表组成。3.一种采用权利要求1或2的系统的光子计数器的标定方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)设置标准光源，使所述标准光源输出300～2500nm波长范围、非线性误差小于0.1％、线性测量范围大于7个量级的复合白光；(2)调节所述标准光源上的微分筒以调节光阑大小，控制光强；(3)使所述标准光源通过所述光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾华荣，林书浪，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11