分布光度计系统的制作方法
专利名称：分布光度计系统的制作方法
技术领域：
本发明属于光学测试领域，尤其涉及一种减少连线、降低信号干扰和信号损失、提高控制和测量的可靠性的分布光度计系统。
背景技术：
分布光度计主要用于测量被测光源在空间各个角度的光度量，是光、机、电技术为 一体的仪器。分布光度计的类型多样，在机械部分主要包括光辐射测量仪器和用于夹持被测光 源并使被测光源与光辐射测量仪器取样装置(如光度探头)相对旋转的旋转工作台。被 测光源与光辐射测量仪器取样装置的相对旋转是通过相应部件绕旋转轴转动实现的，一般 包括绕垂直旋转轴的转动和绕水平旋转轴的转动，有些分布光度计中还包括多个垂直旋转 轴、多个水平旋转轴以及其他运动机构。驱动运动机构的核心部件是电机，这些电机通常通 过导线与电机专用驱动器相连，有多少个运动机构，就有多少个电机专用驱动器。分布光度 计的电学部分需要完成相应运动机构的运动控制并测量(角)位移量、获取光度计的取样 并读取光度计读数等。现有的分布光度计系统中，一般只有一个控制中心，所有或大部分的电机驱动器 的位置相对集中，且都与同一个控制中心连接，控制中心与上位机相连，实现集中控制。电 机专用驱动器与所驱动的电机之间的距离通常都比较远，从电机专用驱动器到所驱动电机 的信号线通常可达2 5m，而且在一些类型的分布光度计中二者还会发生相对运动，而从 控制中心到电机专用驱动器的信号线通常长达10m。除此之外，为测量旋转轴的位移量，在 运动机构上一般还设置有运动位置检测器，如旋转轴的编码器等，这些运动位置检测器也 同样需要较长的信号线与控制中心相连，以在控制中心的控制下把角位移信息传送给控制 中心。现有分布光度计系统中，光辐射测量仪器中的光电转换单元一般将取样的光信号 转变成模拟电信号，再通过较长的导线将模拟电信号传输到控制中心，再由控制中心转换 为数字信号给上位机，这段模拟电信号传输导线有时长达20 30m。因此，在现有分布光度计系统中，控制中心上直接连接了大量的长导线，众多的长 导线进行模拟信号的传送，会造成导线上信号的损失、导线间信号相互干扰以及外界无线 电等信号的干扰，导致信息传输可靠性降低、整个分布光度计系统的可靠性和实时性不高， 系统角度控制精度和光度测量精度都会受到很大的影响，且系统的管理和维护比较复杂。此外，在一些类型的分布光度计系统中的旋转部件上还连接有其它旋转轴及其电 机和/或光辐射测量仪器取样装置等多个电子电气设备，它们与该旋转部件一起转动。然 而如上所述，这些电子电气设备也受控制中心的控制，与控制中心间通过信号线相连，在测 量中，这些电子电气设备会相对其控制和处理电路转动。为了避免在旋转过程中这些电子 电气设备的供电线和信号线发生缠绕，一般对旋转采取限位措施，这会影响使测量取样受 到限制，测量效率降低，而且长期运转也容易带来导线的劳损，甚至带来安全隐患。
发明内容
本发明主要解决现有分布光度计系统的控制中心上直接连接了大量的长导线，容 易造成导线上信号的损失和干扰，导致整个分布光度计系统的可靠性和实时性不高，角度 控制精度和光度测量精度受影响且系统的管理和维护比较复杂的技术问题，以及解决分布 光度计中的导线连接避免旋转中的缠绕和劳损的技术问题；提供一种充分利用数字信号通 道的高传输性能和强抗干扰能力，有效提高系统可靠性和实时性，确保光度测量精度和角 度控制精度的分布光度计系统。本发明同时解决现有分布光度计系统中的连线长且多、易发生缠绕，从而旋转部 件需要采取限位措施，影响测量取样，而且长期运转也容易带来导线的劳损，甚至带来安全 隐患的技术问题；提供一种减少连接导线，改善导线的布线，使导线不易发生缠绕，从而不 影响测量取样，同时减少对导线的损坏，延长导线使用寿命，确保安全的分布光度计系统。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的本发明包括基座、 第一旋转轴、第二旋转轴、若干光信号取样单元和上位机，基座上设有第一旋转轴，第一旋 转轴上连接有转臂，驱动第一旋转轴的第一电机位于基座上，驱动第二旋转轴的第二电机 位于第二旋转轴的旁边，所述的第一电机的旁边设置有与第一电机电连接并与第一电机相 对静止的运动控制模块，所述的第二电机的旁边设置有与第二电机电连接并与第二电机相 对静止的运动控制模块；所述的光信号取样单元独立于基座设置或者/和设在所述的转臂 上，所述的光信号取样单元与设置于其旁边并与其相对静止的光辐射测量模块相连；所述 的运动控制模块的I/O线、光辐射测量模块的I/O线连接到与所述的上位机相连的数字信 号通道上，所述的运动控制模块的电源线、光辐射测量模块的电源线并联到电源通道上，所 述的数字信号通道是两线或三线或无线的，所述的电源通道是两线或三线。在本技术方案中，各运动部件受各自的运动控制模块控制，运动控制模块与受它 控制的运动部件(第一旋转轴、第二旋转轴)邻近设置并保持相对静止，光信号取样单元 和与之对应的光辐射测量模块邻近设置并保持相对静止，大大缩短了这些模块间的连接导 线，提高了可靠性。所有的运动控制模块、光辐射测量模块的I/O线都就近连到数字信号通 道上，所有的运动控制模块、光辐射测量模块的电源线都就近连到电源通道上。贯穿整个分 布光度计系统的只有数字信号通道、电源通道的连线，大大减少了走线数量。有效减少导线 上信号的损失和干扰，提高系统可靠性和实时性，确保光度测量精度和角度控制精度。每个 运动控制模块相对独立，便于系统的管理和维护。在本技术方案中，一种方案采用两线或三 线的数字信号通道，而数字信号通道具有较好的传输性能和抗干扰能力，整个系统的可靠 性和实时性得到有效提高。另一种方案采用无线数字信号通道，上位机和部分运动控制模 块、部分光辐射测量模块间的数据通信通过遥控的方式实现，这样贯穿整个分布光度计的 只有电源通道，进一步减少了连接导线，使导线不易发生缠绕，从而不影响测量取样，同时 减少对导线的损坏，延长导线使用寿命，确保安全。上述的运动控制模块包括带有微处理器的控制单元、电机专用驱动器以及为运动控制模块提供工作电源的电源单元，带有微处理器的控制单元与电机专用驱动器电连接， 电机专用驱动器相对应地与所述的第一电机、第二电机相连；上述的光辐射测量模块包括 带微处理器的信号处理电路、与光信号取样单元相连的光电转换单元以及为光辐射测量模块提供工作电源的电源单元，光电转换单元与带微处理器的信号处理电路电连接；各个运动控制模块中的微处理器的I/O 口线、各个光辐射测量模块中的微处理器的I/O 口线与所 述的数字信号通道电连接，各个运动控制模块中的电源单元、各个光辐射测量模块中的电 源单元以并联方式连接到所述的电源通道。在本技术方案中，运动控制模块中带有微处理器的控制单元通过数字信号通道接 收上位机的控制信号，然后对电机专用驱动器发出指令，电机专用驱动器再驱动电机工作， 同时带有微处理器的控制单元通过数字信号通道将有关信息告知上位机和系统中的其它 模块。本发明的各个电机专用驱动器不接在同一个控制中心上，而是以各自的运动控制模 块中的微处理器为核心形成一个整体化的模块，运动控制模块与其控制的电机保持相对静 止，不仅缩短了电机与电机专用驱动器的连线距离而且避免了电机导线的缠绕问题，电机 专用驱动器与它所驱动的电机之间的连接导线可缩短到0. 5m左右。同样，光辐射测量模块 与其对应的光信号取样单元保持相对静止，各个光电转换单元不接在同一个控制中心上， 而是以各自的光辐射测量模块中的微处理器为核心形成一个整体化的模块，不仅缩短了连 线距离而且也避免了导线的缠绕问题。在光辐射测量模块中，使用数字信号通道，使得光辐 射测量信号的传输实时性和抗干扰能力大大增强，且便于维护和修理。各个光辐射测量模 块采用独自的电源单元供电，模块间相对独立，相互干扰也很小，从而大大提高了系统的可 靠性，确保分布光度计的光度测量精度和角度控制精度。作为优选，第二旋转轴或/和若干光信号取样单元与转臂相连，对应的运动控制 模块或/和光辐射测量模块也设置在转臂上，转臂上的运动控制模块的I/O线和电源线和 /或设在转臂上的光辐射测量模块的I/O线和电源线分别就近连接到位于转臂内的数字信 号通道、电源通道上；在第一旋转轴上设置导电滑环，转臂内的数字信号通道、电源通道通 过导电滑环分别与所述的基座内的数字信号通道、电源通道电连接。第二旋转轴或/和若干光信号取样单元与转臂相连，对应的运动控制模块或/和 光辐射测量模块也设置在转臂上，为实现转臂的连续转动，转臂上众多的电子电气设备的 供电线和信号线不需要一一和控制中心连接，即无需众多导电滑环将这些导线导入到空心 的固定轴内，而是将这些导线就近连接到转臂内的数字信号通道和电源通道上，仅数字信 号通道和电源通道通过导电滑环与上位机或市电供电相连，大大减小了导电滑环的工位。作为优选，所述的数字信号通道、电源通道各有三条线，均包括一条地线，所述的 转臂内的数字信号通道的地线、电源通道的地线与转臂的壳体相连，基座内的数字信号通 道的地线、电源通道的地线与所述的第一旋转轴的轴承相连。地线无需经过导电滑环，进一 步减少了所需导电滑环的工位。作为优选，所述的第二旋转轴或/和若干光信号取样单元与转臂相连，对应的运 动控制模块或/和光辐射测量模块也设置在转臂上，转臂上设有第二遥控模块，设在转臂 上的运动控制模块和/或光辐射测量模块的I/O线与第二遥控模块相连，与第二遥控模块 相匹配的第一遥控模块与上位机电连接；所述的第一遥控模块、第二遥控模块包括带微处 理器的信号处理电路、无线电接收和发射装置以及为本遥控模块提供工作电源的电源单 元，无线电接收和发射装置与带微处理器的信号处理电路电连接。第二旋转轴或/和若干 光信号取样单元与转臂相连，对应的运动控制模块或/和光辐射测量模块也设置在转臂 上，分布光度计的位于转臂上的运动控制模块、光辐射测量模块与设在转臂上的第二遥控模块进行有线数据传输，第二遥控模块再与第一遥控模块进行无线通信，第一遥控模块再与上位机进行有线数据传输。第二遥控模块的微处理器的I/O 口线与所述的运动控制模块 的I/O线、光辐射测量模块的I/O线相连，第二遥控模块的电源单元与所述的电源通道相 连。设在转臂上的运动控制模块、光辐射测量模块通过第一遥控模块、第二遥控模块建立的 无线通信与上位机进行数据通信，实现远程的信号传输，省略了上位机与分布光度计之间 的连接导线，进一步确保不影响测量取样，不会发生导线缠绕现象，延长导线使用寿命，确 保安全。作为优选，所述的上位机电连接第一遥控模块，转臂上的运动控制模块和/或光 辐射测量模块内有属于各自模块的无线电接收和发射装置，每个模块的无线电接收和发射 装置与本模块内的微处理器相连，每个模块的无线电接收和发射装置均和第一遥控模块的 无线电接收和发射装置相匹配。每个运动控制模块、光辐射测量模块有属于各自模块的无 线电接收和发射装置，控制更集中，连线更简单。作为优选，所述的分布光度计还包括与上位机电连接的显示操作模块，显示操作 模块包括带微处理器的控制单元、显示设备、操作按键以及为显示操作模块提供工作电源 的电源单元，显示设备、操作按键与带微处理器的控制单元电连接。上位机可以通过通讯线 与显示操作模块直接电连接。操作按键实现对整个系统的相应控制，显示设备在该模块带 微处理器的控制单元的控制下显示相应的控制信息和角度、光度等信息。显示操作模块也 可以通过数字信号通道与上位机及系统中各模块相连，提高传输性能、抗干扰能力，提高整 个系统的可靠性和实时性。作为优选，所述的基座上还设有平移机构，所述的第二旋转轴设在所述的平移机 构上，驱动平移机构的第三电机及与之相连的运动控制模块也设在所述的平移机构上。在某些分布光度计中，除了第一旋转轴、第二旋转轴外，还有使第二旋转轴发生平 移的平移机构，或者还有使第二旋转轴旋转的第三旋转轴等，平移机构、第三旋转轴这些运 动机构的控制方式及控制结构与上述的第一旋转轴、第二旋转轴的控制方式及控制结构类 似，受各自所属的运动控制模块控制，这些运动机构通过有线或无线的数字信号通道与上 位机进行数据通信。作为优选，所述的数字信号通道为CAN总线。CAN总线系统灵活，传输速率高，抗干 扰性能好。上位机可直接与数字信号通道连接，也可以通过其它类型的通讯线(如RS-485) 与某一功能模块(如显示操作模块)与数字信号通道连接。本发明的有益效果是本发明在分布光度计的执行部件附近设置相应的控制执行 模块，每个控制执行模块有独自的控制单元，可独自进行控制和处理，各模块的I/O 口线通 过有线或无线的数字信号通道与上位机进行有线通信或者无线通信，模块间干扰很小，便 于系统的维护和管理；各模块与其所控制的执行部件以及模块内部各单元间的位置相对集 中，彼此连接的导线长度大大减小，因此减小了导线间的相互干扰以及外界的干扰，提高可 靠性；数字信号通道具有高传输性能和强抗干扰能力，整个系统的可靠性和实时性得到有 效提高。另一方面，有线通信方式中，贯穿整个分布光度计的只有数字信号通道和电源通 道，无线通信方式中，贯穿整个分布光度计的只有电源通道，大大减少了连接导线，而分布 光度计内的数字信号通道和电源通道通过设在第一旋转轴上的导电滑环与基座内的数字 信号通道和电源通道相连，大大减小了导电滑环的工位，使导线不易发生缠绕，从而不影响测量取样，减少对导线的损坏，延长导线使用寿命，确保安全。
图1是本发明实施例1的结构示意图。图2是本发明实施例2的结构示意图。图3是本发明实施例3的结构示意图。图4是本发明中转臂上的数字信号通道和电源通道通过第一旋转轴上的导电滑 环导出的一种结构示意图。图5是本发明实施例4的结构示意图。图6是本发明实施例5的结构示意图。图7是本发明中各模块间的一种连接框图。图8是本发明实施例3的各模块间的连接框图。图9是本发明中运动控制模块的一种连接框图。图10是本发明中光辐射测量模块的一种连接框图。图11是本发明中显示操作模块的一种连接框图。图12是本发明中第一、第二遥控模块的一种连接框图。图中1.数字信号通道，2.电源通道，3.运动控制模块，3-1.带有微处理器的控 制单元，3-2.电源单元，3-3.电机专用驱动器，3-4.运动位置检测器，4.光辐射测量模块，
4-1.带微处理器的信号处理电路，4-2.电源单元，4-3.光电转换单元，5.显示操作模块，
5-1.带微处理器的控制单元，5-2.显示设备，5-3.操作按键，5-4.电源单元，6.第二遥控模 块，6-1.带微处理器的信号处理电路，6-2.无线电接收和发射装置，6-3.电源单元，7.第一 遥控模块，9.被测光源，10.上位机，11.第一旋转轴，12.第二旋转轴，13.转臂，14.光信号 取样单元，15.第三旋转轴，16.导电滑环，17.平移机构，18.旋转反射镜，19.固定反射镜， 20.基座，21.支架，22.灯臂，118.第一电机，128.第二电机，158.第四电机，178.第三电 机。
具体实施例方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例1 本实施例的分布光度计系统，如图1所示，包括旋转工作台、一个光信号 取样、单元上位机10和显示操作模块5。旋转工作台包括基座20，基座20上安装有第一旋 转轴11，第一旋转轴11上连接有转臂13，转臂13上安装有第二旋转轴12，驱动第一旋转轴 11的第一电机118位于基座20上，驱动第二旋转轴12的第二电机128位于转臂上第二旋 转轴12的旁边。基座上第一电机118的旁边设置有与第一电机118电连接的运动控制模 块3，转臂上第二电机128的旁边设置有与第二电机118电连接的运动控制模块3。如图9 所示，运动控制模块3包括带有微处理器的控制单元3-1、电机专用驱动器3-3、运动位置检 测器3-4以及为运动控制模块3提供工作电源的电源单元3-2，带有微处理器的控制单元 3-1与电机专用驱动器3-3电连接，电机专用驱动器3-3对应地与第一电机118、第二电机 128相连，运动位置检测器3-4为安装在分布光度计的旋转部位上的编码器，当然也可以是 编码器和具有限位和定位功能的光耦，运动位置检测器3-4的信号处理电路集成在带有微处理器的控制单元3-1内。本实施例中光信号取样单元独立于旋转工作台设置，光信号取样单元的光轴与第二旋转轴的轴线位于同一个水平面内且垂直相交，光信号取样单元面对被测光源，直接接 收来自被测光源的光信号。光信号取样单元的旁边设置光辐射测量模块。如图10所示，光 辐射测量模块4包括带微处理器的信号处理电路4-1、与光信号取样单元14相连的光电转 换单元4-3以及为光辐射测量模块4提供工作电源的电源单元4-2，光电转换单元4-3与带 微处理器的信号处理电路4-1电连接。本实施例中转臂13是空心的，驱动第二电机128的运动控制模块3的I/O线和电 源线分别就近与位于转臂13内的数字信号通道1、电源通道2相连，位于转臂13内的数字 信号通道1和电源通道2通过安装在第一旋转轴11上的导电滑环16分别与基座20内的 数字信号通道1、电源通道2电连接。如图11所示，显示操作模块5包括带微处理器的控制单元5-1、显示设备5-2、操 作按键5-3以及为显示操作模块5提供工作电源的电源单元5-4，显示设备5-2、操作按键 5-3与带微处理器的控制单元5-1电连接。如图7所示，上述两个运动控制模块3中的微处理器的I/O 口线、光辐射测量模块 4和显示操作模块5中的微处理器的I/O 口线均连接到与上位机10相连的数字信号通道1 上，两个运动控制模块3中的电源单元3-2、一个光辐射测量模块4和显示操作模块5中的 电源单元4-2以并联方式连接到电源通道2上或者连接到市电供电线路上。本实施例中数字信号通道1为CAN总线。上位机通过数字信号通道向相应模块发出指令，相应模块完成相应操作，并将操 作结果通过数字信号通道传输到上位机。电机专用驱动器在接收到本模块中带有微处理器 的控制单元的控制信号后，驱动电机做出相应动作，同时运动位置检测器检测相应运动部 件的(角)位移信号并将该信号通过信号处理电路反馈到本模块中的微处理器，运动部件 的控制信号和测得的(角)位移量信号通过CAN总线传送到上位机和其它模块。带有微处 理器的控制单元和电机专用驱动器之间、电机专用驱动器和电机之间、运动位置检测器和 带有微处理器的控制单元之间的距离都比较短，所以导线的传输损失和导线间的干扰都比 较小。CAN总线将取样控制信号送给光辐射测量模块的微处理器，由微处理器控制光电转换 单元的工作，光电转换单元的测量数字电信号经处理后再由CAN总线传输到上位机和其它 模块。操作按键通过显示操作模块中的微处理器经CAN总线将命令发给系统中的上微机和 各模块，实现对系统的控制，显示设备在显示操作模块中的微处理器的控制下显示部分控 制信息和角度、光度等信息。实施例2 本实施例的分布光度计系统，如图2所示，旋转工作台包括基座20，基座 20上安装有第一旋转轴11及驱动第一旋转轴11的第一电机118，第一旋转轴11上连接有 转臂13。转臂13的一端设置有旋转反射镜18，转臂的另一端上设置有两个光信号取样单 元14，分别与这两个光信号取样单元相连的两个光辐射测量模块4设置在转臂13的这一 端上。基座20上还固定连接有平移机构17，第二旋转轴12安装在平移机构17上，驱动平 移机构17工作的第三电机178及与之相连的运动控制模块3也安装在平移机构17上，平 移机构17的上下移动带动安装在第二旋转轴12和其上的被测光源9上下移动。独立于旋 转工作台外放置有固定反射镜19。固定反射镜面对被测光源且与第一旋转轴11轴线垂直相交。安装在第二旋转轴12上的被测光源9发出的光被旋转反射镜18反射到固定反射镜 19上再被反射到正对固定反射镜的第二光信号取样单元14-2中，实现长距离光辐射取样 测量，而第一光信号取样单元14-1正对被测光源，在取样测量中直接接收被测光源9的光 束，实现短距离取样测量。如图2、图4所示，转臂13是空心的，与两个光辐射测量模块4相连接的数字信号 通道1和电源通道2位于空心的转臂13内。在第一旋转轴11处设置有导电滑环16，导电 滑环16使转臂13上的数字信号通道1和电源通道2的电源线2-1分别与设在第一旋转轴 11内的空心的固定轴内的数字信号通道1和电源通道2的电源线相导通。在三线的电源通 道2中，有一根为地线2-2，该地线2-2通过转臂13外壳和轴承连接到固定轴内。控制第二 旋转轴12和平移机构17的两个运动控制模块直接连接到第一旋转轴11中的固定轴内的 数字信号通道1和电源通道2上。 如图7所示，上述三个运动控制模块3中的微处理器的I/O 口线、两个光辐射测量 模块4和显示操作模块5中的微处理器的I/O 口线均连接到与上位机10相连的数字信号 通道1上，三个运动控制模块3中的电源单元3-2、两个光辐射测量模块4和显示操作模块 5中的电源单元4-2以并联方式连接到电源通道2上或者连接到市电供电线路上。其余的同实施例1。实施例3 本实施例的分布光度计系统，如图3所示，转臂13上设置有第二遥控模 块6，位于转臂13上的光辐射测量模块4的I/O线与第二遥控模块6相连，与第二遥控模块 6相匹配的第一遥控模块7设置在上位机10的附近并与上位机10电连接。如图12所示， 第一遥控模块7、第二遥控模块6包括带微处理器的信号处理电路6-1、无线电接收和发射 装置6-2以及为本遥控模块提供工作电源的电源单元6-3，无线电接收和发射装置6-2与带 微处理器的信号处理电路6-1电连接，第一遥控模块7的无线电接收和发射装置与第二遥 控模块6的无线电接收和发射装置相匹配，如图8所示，第二遥控模块6的微处理器的I/ 0 口线与光辐射测量模块4的I/O线相连，第二遥控模块6的电源单元与电源通道2相连。 第一遥控模块7的I/O 口线与数字信号通道1连接，第一遥控模块7的电源单元6-3与电 源通道2电连接。本实施例中两个光辐射测量模块与第二遥控模块6进行有线数据传输，第二遥控 模块6再与第一遥控模块7进行无线通信，第一遥控模块7再与上位机10进行有线数据传 输。而第一旋转轴11、第二旋转轴12、平移机构17仍然采用实施例2中的连线方式。安装 在转臂13上的两个光辐射测量模块14与上位机10通过无线的方式实现远程的信号传输， 省略了转臂上的光辐射测量模块与基座上的数据线连接，确保不影响测量取样，不会发生 导线缠绕现象，延长导线使用寿命，确保安全。当然还可采取另外一个无线通信方式，即各运动控制模块、各光辐射测量模块有 属于各自模块的无线电接收和发射装置，每个模块的无线电接收和发射装置与本模块内的 微处理器相连，每个模块的无线电接收和发射装置均与在上位机附近并与上位机电连接的 第一遥控模块的无线电接收和发射装置相匹配。这个方案中每个运动控制模块、光辐射测 量模块有属于各自模块的无线电接收和发射装置，直接与第一遥控模块进行无线通信，控 制更集中，连线更简单。其余的同实施例2。
实施例4 本实施例的分布光度计系统，如图5所示，旋转工作台上包括基座20，基 座20上安装有第一旋转轴11及驱动第一旋转轴11的第一电机118，第一旋转轴11上连接 有转臂13。转臂13的一端设置有旋转反射镜18，转臂的另一端上设置有正面面对被测光 源9的第一光信号取样单元14-1，该光信号取样单元14-1的光辐射测量模块4也设置在转 臂13的这一端上。基座20上还固定连接有平移机构17，第二旋转轴12安装在平移机构17 上，驱动平移机构17工作的第三电机178及与之相连的运动控制模块3也安装在平移机构 17上，平移机构17的上下移动带动安装在第二旋转轴12和其上的被测光源9上下移动，使 第二旋转轴11轴线经过被测光源9的光度中心。独立于旋转工作台外的支架21上设置有 第三旋转轴15及第三旋转轴的第四电机158，第三旋转轴15上连接有第二光信号取样单元 14-2，第二光信号取样单元14-2的光轴与第一旋转轴11轴线成一定角度相交，使来自被测 光源并经旋转放射镜18反射的被测光束正好射入第二光信号取样单元14-2，实现长距离 取样测量。第二光信号取样单元14-2的光辐射测量模块4中的光电转换单元4-3与第三 旋转轴15相连，而带微处理器的信号处理电路4-1和电源单元4-2位于支架21上，驱动第 四电机158的运动控制模块3也设置在支架21上。第二光信号取样单元14-2的光辐射测 量模块的I/O 口线和第四电机的运动控制模块3的I/O 口线连接数字信号通道，第二光信 号取样单元14-2的光辐射测量模块4的电源单元4-2和第四电机的运动控制模块3的电 源单元3-2并联到电源通道2或市电供电。其余的同实施例2。实施例5 本实施例的分布光度计系统，如图6所示，旋转工作台上包括基座20，基 座20上安装有第一旋转轴11及驱动第一旋转轴11的第一电机118，第一旋转轴11上连接 有旋转反射镜18和转臂13。第一旋转轴11的轴线穿过旋转反射镜18的中心。第三旋转 轴15设置在转臂13的一端，驱动第三旋转轴15的第四电机158及其运动控制模块都位于 转臂13上，第三旋转轴15上连接有灯臂22，在灯臂的一端设置有第二旋转轴12，驱动第二 旋转轴12的第二电机128及其运动控制模块4都位于灯臂22上。灯臂22和转臂13都是空心的，与第二电机128的运动控制模块直接相连的数字 信号通道1和电源通道2通过第三旋转轴15处的导电滑环与转臂上的数字信号通道1和 电源通道2电连接。在转臂13上，第四电机158驱动第三旋转轴15运动，第四电机158的 运动控制模块设置在第三电机附近的转臂内，该运动控制模块的I/O 口线和电源线分别与 转臂内的数字信号通道1和电源通道2电连接。转臂上13的数字信号通道1和电源通道2 通过设在第一旋转轴11上的导电滑环内与基座内的数字信号通道1和电源通道2相导通。光信号取样单元14设置在独立于旋转工作台的支架上，光信号取样单元的光轴 与第一旋转轴11的轴线重合，从被测光源9发出的光经过旋转反射镜18反射后正好入射 到光信号取样单元14，与光信号取样单元14相连的光辐射测量模块4位于支架附近，光辐 射测量模块的I/O 口线与数字信号通道电连接，光辐射测量模块的电源线与电源通道2电 连接。其余的同实施例2。上述各模块中各单元之间的连接导线采用屏蔽导线。在实际使用过程中，可选用不同的运动控制模块、光辐射测量模块和显示操作模块，以满足不同的测量功能和精度要求。
权利要求
一种分布光度计系统，包括基座(20)、第一旋转轴(11)、第二旋转轴(12)、若干光信号取样单元(14)和上位机(10)，基座(20)上设有第一旋转轴(11)，第一旋转轴(11)上连接有转臂(13)，驱动第一旋转轴(11)的第一电机(118)位于基座(20)上，驱动第二旋转轴(12)的第二电机(128)位于第二旋转轴(12)的旁边，其特征在于所述的第一电机(118)的旁边设置有与第一电机(118)电连接并与第一电机(118)相对静止的运动控制模块(3)，所述的第二电机(128)的旁边设置有与第二电机(128)电连接并与第二电机相对静止的运动控制模块(3)；所述的光信号取样单元(14)与设置于其旁边并与其相对静止的光辐射测量模块(4)相连接；所述的运动控制模块(3)的I/O线、光辐射测量模块(4)的I/O线连接到与所述的上位机(10)相连的数字信号通道(1)上，所述的运动控制模块(3)的电源线、光辐射测量模块(4)的电源线并联到电源通道(2)上，所述的数字信号通道(1)是两线或三线或无线的，所述的电源通道(2)是两线或三线。
2.根据权利要求1所述的分布光度计系统，其特征在于所述的运动控制模块(3)包括 带有微处理器的控制单元(3-1)、电机专用驱动器(3-3)以及为运动控制模块(3)提供工作 电源的电源单元(3-2)，带有微处理器的控制单元(3-1)与电机专用驱动器(3-3)电连接， 电机专用驱动器(3-3)相对应地与所述的第一电机(118)、第二电机(128)相连；所述的光 辐射测量模块(4)包括带微处理器的信号处理电路(4-1)、与光信号取样单元(14)相连的 光电转换单元(4-3)以及为光辐射测量模块(4)提供工作电源的电源单元(4-2)，光电转换 单元(4-3)与带微处理器的信号处理电路(4-1)电连接；各个运动控制模块(3)中的微处 理器的I/O 口线、各个光辐射测量模块(4)中的微处理器的I/O 口线与所述的数字信号通 道(1)电连接，各个运动控制模块(3)中的电源单元(3-2)、各个光辐射测量模块(4)中的 电源单元(4-2)以并联方式连接到所述的电源通道(2)。
3.根据权利要求1或2所述的分布光度计系统，其特征在于第二旋转轴(12)或/和若 干光信号取样单元(14)与转臂(13)相连，对应的运动控制模块(3)或/和光辐射测量模 块(4)也设置在转臂(13)上，转臂(13)上的运动控制模块(3)的I/O线和电源线和/或 设在转臂(5)上的光辐射测量模块(4)的I/O线和电源线分别就近连接到位于转臂(13) 内的数字信号通道(1)、电源通道(2)上；在第一旋转轴(11)上设置导电滑环(16)，转臂(13)内的数字信号通道⑴和电源通道(2)通过导电滑环(16)在分别与所述的基座(20) 内的数字信号通道(1)和电源通道(2)电连接。
4.根据权利要求3所述的分布光度计系统，其特征在于所述的数字信号通道(1)、电源 通道⑵各有三条线，均包括一条地线，所述的转臂(13)内的数字信号通道⑴的地线、电 源通道⑵的地线与转臂(13)的壳体相连，基座(20)内的数字信号通道(1)的地线、电源 通道⑵的地线与所述的第一旋转轴(11)的轴承相连。
5.根据权利要求1所述的分布光度计系统，其特征在于所述的第二旋转轴(12)或/和 若干光信号取样单元(14)与转臂(13)相连，对应的运动控制模块(3)或/和光辐射测量 模块(4)也设置在转臂(13)上，转臂(13)上设有第二遥控模块(6)，设在转臂(13)上的运 动控制模块(3)、光辐射测量模块(4)的I/O线与第二遥控模块(6)相连，与第二遥控模块 (6)相匹配的第一遥控模块(7)与上位机(10)电连接；所述的第一遥控模块(7)、第二遥控 模块(6)包括带微处理器的信号处理电路(6-1)、无线电接收和发射装置(6-2)以及为本遥 控模块提供工作电源的电源单元(6-3)，无线电接收和发射装置(6-2)与带微处理器的信号处理电路(6-1)电连接。
6.根据权利要求1所述的分布光度计系统，其特征在于上位机(10)电连接第一遥控模 块(6)，转臂上的运动控制模块和/或光辐射测量模块内有属于各自模块的无线电接收和 发射装置，每个模块的无线电接收和发射装置与本模块内的微处理器相连，每个模块的无 线电接收和发射装置均和第一遥控模块(6)的无线电接收和发射装置相匹配。
7.根据权利要求1或2所述的分布光度计系统，其特征在于还包括与上位机(10)电 连接的显示操作模块(5)，显示操作模块(5)包括带微处理器的控制单元(5-1)、显示设备 (5-2)、操作按键(5-3)以及为显示操作模块(5)提供工作电源的电源单元(5-4)，显示设备 (5-2)、操作按键(5-3)与带微处理器的控制单元(5-1)电连接。
8.根据权利要求1所述的分布光度计系统，其特征在于所述的基座(20)上还设有平移 机构(17)，所述的第二旋转轴(12)设在所述的平移机构(17)上，驱动平移机构(17)的第 三电机(178)及与之相连的运动控制模块(3)也设在所述的平移机构(17)上。
9.根据权利要求1或2所述的分布光度计系统，其特征在于所述的数字信号通道(1) 为CAN总线。
全文摘要
本发明涉及一种分布光度计系统，包括基座、第一旋转轴、第二旋转轴、若干光信号取样单元和上位机，第一旋转轴位于基座上，第一旋转轴上还连接有转臂，在分布光度计的各执行部件附近设置各自的控制执行模块，各模块内都具有微处理器和电源单元，模块通过三线或两线或无线的数字信号通道与上位机进行有线通信或者无线通信，实现分布控制，同时转臂内的数字信号通道和电源通道通过设在第一旋转轴上的导电滑环导出到基座上。上述措施大大减少了分布光度计内的连接导线，降低了连接导线间的相互干扰和外界干扰，提高了数据传输的可靠性和实时性，从而提高系统的控制和测量精度，便于系统的维护和管理，同时还解决了分布光度计运转过程中的绕线问题。
文档编号G01J1/02GK101813516SQ20091030051
公开日2010年8月25日 申请日期2009年2月24日 优先权日2009年2月24日
发明者潘建根 申请人:杭州远方光电信息有限公司
技术领域：
本发明属于光学测试领域，尤其涉及一种减少连线、降低信号干扰和信号损失、提高控制和测量的可靠性的分布光度计系统。
背景技术：
分布光度计主要用于测量被测光源在空间各个角度的光度量，是光、机、电技术为 一体的仪器。分布光度计的类型多样，在机械部分主要包括光辐射测量仪器和用于夹持被测光 源并使被测光源与光辐射测量仪器取样装置(如光度探头)相对旋转的旋转工作台。被 测光源与光辐射测量仪器取样装置的相对旋转是通过相应部件绕旋转轴转动实现的，一般 包括绕垂直旋转轴的转动和绕水平旋转轴的转动，有些分布光度计中还包括多个垂直旋转 轴、多个水平旋转轴以及其他运动机构。驱动运动机构的核心部件是电机，这些电机通常通 过导线与电机专用驱动器相连，有多少个运动机构，就有多少个电机专用驱动器。分布光度 计的电学部分需要完成相应运动机构的运动控制并测量(角)位移量、获取光度计的取样 并读取光度计读数等。现有的分布光度计系统中，一般只有一个控制中心，所有或大部分的电机驱动器 的位置相对集中，且都与同一个控制中心连接，控制中心与上位机相连，实现集中控制。电 机专用驱动器与所驱动的电机之间的距离通常都比较远，从电机专用驱动器到所驱动电机 的信号线通常可达2 5m，而且在一些类型的分布光度计中二者还会发生相对运动，而从 控制中心到电机专用驱动器的信号线通常长达10m。除此之外，为测量旋转轴的位移量，在 运动机构上一般还设置有运动位置检测器，如旋转轴的编码器等，这些运动位置检测器也 同样需要较长的信号线与控制中心相连，以在控制中心的控制下把角位移信息传送给控制 中心。现有分布光度计系统中，光辐射测量仪器中的光电转换单元一般将取样的光信号 转变成模拟电信号，再通过较长的导线将模拟电信号传输到控制中心，再由控制中心转换 为数字信号给上位机，这段模拟电信号传输导线有时长达20 30m。因此，在现有分布光度计系统中，控制中心上直接连接了大量的长导线，众多的长 导线进行模拟信号的传送，会造成导线上信号的损失、导线间信号相互干扰以及外界无线 电等信号的干扰，导致信息传输可靠性降低、整个分布光度计系统的可靠性和实时性不高， 系统角度控制精度和光度测量精度都会受到很大的影响，且系统的管理和维护比较复杂。此外，在一些类型的分布光度计系统中的旋转部件上还连接有其它旋转轴及其电 机和/或光辐射测量仪器取样装置等多个电子电气设备，它们与该旋转部件一起转动。然 而如上所述，这些电子电气设备也受控制中心的控制，与控制中心间通过信号线相连，在测 量中，这些电子电气设备会相对其控制和处理电路转动。为了避免在旋转过程中这些电子 电气设备的供电线和信号线发生缠绕，一般对旋转采取限位措施，这会影响使测量取样受 到限制，测量效率降低，而且长期运转也容易带来导线的劳损，甚至带来安全隐患。
发明内容
本发明主要解决现有分布光度计系统的控制中心上直接连接了大量的长导线，容 易造成导线上信号的损失和干扰，导致整个分布光度计系统的可靠性和实时性不高，角度 控制精度和光度测量精度受影响且系统的管理和维护比较复杂的技术问题，以及解决分布 光度计中的导线连接避免旋转中的缠绕和劳损的技术问题；提供一种充分利用数字信号通 道的高传输性能和强抗干扰能力，有效提高系统可靠性和实时性，确保光度测量精度和角 度控制精度的分布光度计系统。本发明同时解决现有分布光度计系统中的连线长且多、易发生缠绕，从而旋转部 件需要采取限位措施，影响测量取样，而且长期运转也容易带来导线的劳损，甚至带来安全 隐患的技术问题；提供一种减少连接导线，改善导线的布线，使导线不易发生缠绕，从而不 影响测量取样，同时减少对导线的损坏，延长导线使用寿命，确保安全的分布光度计系统。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的本发明包括基座、 第一旋转轴、第二旋转轴、若干光信号取样单元和上位机，基座上设有第一旋转轴，第一旋 转轴上连接有转臂，驱动第一旋转轴的第一电机位于基座上，驱动第二旋转轴的第二电机 位于第二旋转轴的旁边，所述的第一电机的旁边设置有与第一电机电连接并与第一电机相 对静止的运动控制模块，所述的第二电机的旁边设置有与第二电机电连接并与第二电机相 对静止的运动控制模块；所述的光信号取样单元独立于基座设置或者/和设在所述的转臂 上，所述的光信号取样单元与设置于其旁边并与其相对静止的光辐射测量模块相连；所述 的运动控制模块的I/O线、光辐射测量模块的I/O线连接到与所述的上位机相连的数字信 号通道上，所述的运动控制模块的电源线、光辐射测量模块的电源线并联到电源通道上，所 述的数字信号通道是两线或三线或无线的，所述的电源通道是两线或三线。在本技术方案中，各运动部件受各自的运动控制模块控制，运动控制模块与受它 控制的运动部件(第一旋转轴、第二旋转轴)邻近设置并保持相对静止，光信号取样单元 和与之对应的光辐射测量模块邻近设置并保持相对静止，大大缩短了这些模块间的连接导 线，提高了可靠性。所有的运动控制模块、光辐射测量模块的I/O线都就近连到数字信号通 道上，所有的运动控制模块、光辐射测量模块的电源线都就近连到电源通道上。贯穿整个分 布光度计系统的只有数字信号通道、电源通道的连线，大大减少了走线数量。有效减少导线 上信号的损失和干扰，提高系统可靠性和实时性，确保光度测量精度和角度控制精度。每个 运动控制模块相对独立，便于系统的管理和维护。在本技术方案中，一种方案采用两线或三 线的数字信号通道，而数字信号通道具有较好的传输性能和抗干扰能力，整个系统的可靠 性和实时性得到有效提高。另一种方案采用无线数字信号通道，上位机和部分运动控制模 块、部分光辐射测量模块间的数据通信通过遥控的方式实现，这样贯穿整个分布光度计的 只有电源通道，进一步减少了连接导线，使导线不易发生缠绕，从而不影响测量取样，同时 减少对导线的损坏，延长导线使用寿命，确保安全。上述的运动控制模块包括带有微处理器的控制单元、电机专用驱动器以及为运动控制模块提供工作电源的电源单元，带有微处理器的控制单元与电机专用驱动器电连接， 电机专用驱动器相对应地与所述的第一电机、第二电机相连；上述的光辐射测量模块包括 带微处理器的信号处理电路、与光信号取样单元相连的光电转换单元以及为光辐射测量模块提供工作电源的电源单元，光电转换单元与带微处理器的信号处理电路电连接；各个运动控制模块中的微处理器的I/O 口线、各个光辐射测量模块中的微处理器的I/O 口线与所 述的数字信号通道电连接，各个运动控制模块中的电源单元、各个光辐射测量模块中的电 源单元以并联方式连接到所述的电源通道。在本技术方案中，运动控制模块中带有微处理器的控制单元通过数字信号通道接 收上位机的控制信号，然后对电机专用驱动器发出指令，电机专用驱动器再驱动电机工作， 同时带有微处理器的控制单元通过数字信号通道将有关信息告知上位机和系统中的其它 模块。本发明的各个电机专用驱动器不接在同一个控制中心上，而是以各自的运动控制模 块中的微处理器为核心形成一个整体化的模块，运动控制模块与其控制的电机保持相对静 止，不仅缩短了电机与电机专用驱动器的连线距离而且避免了电机导线的缠绕问题，电机 专用驱动器与它所驱动的电机之间的连接导线可缩短到0. 5m左右。同样，光辐射测量模块 与其对应的光信号取样单元保持相对静止，各个光电转换单元不接在同一个控制中心上， 而是以各自的光辐射测量模块中的微处理器为核心形成一个整体化的模块，不仅缩短了连 线距离而且也避免了导线的缠绕问题。在光辐射测量模块中，使用数字信号通道，使得光辐 射测量信号的传输实时性和抗干扰能力大大增强，且便于维护和修理。各个光辐射测量模 块采用独自的电源单元供电，模块间相对独立，相互干扰也很小，从而大大提高了系统的可 靠性，确保分布光度计的光度测量精度和角度控制精度。作为优选，第二旋转轴或/和若干光信号取样单元与转臂相连，对应的运动控制 模块或/和光辐射测量模块也设置在转臂上，转臂上的运动控制模块的I/O线和电源线和 /或设在转臂上的光辐射测量模块的I/O线和电源线分别就近连接到位于转臂内的数字信 号通道、电源通道上；在第一旋转轴上设置导电滑环，转臂内的数字信号通道、电源通道通 过导电滑环分别与所述的基座内的数字信号通道、电源通道电连接。第二旋转轴或/和若干光信号取样单元与转臂相连，对应的运动控制模块或/和 光辐射测量模块也设置在转臂上，为实现转臂的连续转动，转臂上众多的电子电气设备的 供电线和信号线不需要一一和控制中心连接，即无需众多导电滑环将这些导线导入到空心 的固定轴内，而是将这些导线就近连接到转臂内的数字信号通道和电源通道上，仅数字信 号通道和电源通道通过导电滑环与上位机或市电供电相连，大大减小了导电滑环的工位。作为优选，所述的数字信号通道、电源通道各有三条线，均包括一条地线，所述的 转臂内的数字信号通道的地线、电源通道的地线与转臂的壳体相连，基座内的数字信号通 道的地线、电源通道的地线与所述的第一旋转轴的轴承相连。地线无需经过导电滑环，进一 步减少了所需导电滑环的工位。作为优选，所述的第二旋转轴或/和若干光信号取样单元与转臂相连，对应的运 动控制模块或/和光辐射测量模块也设置在转臂上，转臂上设有第二遥控模块，设在转臂 上的运动控制模块和/或光辐射测量模块的I/O线与第二遥控模块相连，与第二遥控模块 相匹配的第一遥控模块与上位机电连接；所述的第一遥控模块、第二遥控模块包括带微处 理器的信号处理电路、无线电接收和发射装置以及为本遥控模块提供工作电源的电源单 元，无线电接收和发射装置与带微处理器的信号处理电路电连接。第二旋转轴或/和若干 光信号取样单元与转臂相连，对应的运动控制模块或/和光辐射测量模块也设置在转臂 上，分布光度计的位于转臂上的运动控制模块、光辐射测量模块与设在转臂上的第二遥控模块进行有线数据传输，第二遥控模块再与第一遥控模块进行无线通信，第一遥控模块再与上位机进行有线数据传输。第二遥控模块的微处理器的I/O 口线与所述的运动控制模块 的I/O线、光辐射测量模块的I/O线相连，第二遥控模块的电源单元与所述的电源通道相 连。设在转臂上的运动控制模块、光辐射测量模块通过第一遥控模块、第二遥控模块建立的 无线通信与上位机进行数据通信，实现远程的信号传输，省略了上位机与分布光度计之间 的连接导线，进一步确保不影响测量取样，不会发生导线缠绕现象，延长导线使用寿命，确 保安全。作为优选，所述的上位机电连接第一遥控模块，转臂上的运动控制模块和/或光 辐射测量模块内有属于各自模块的无线电接收和发射装置，每个模块的无线电接收和发射 装置与本模块内的微处理器相连，每个模块的无线电接收和发射装置均和第一遥控模块的 无线电接收和发射装置相匹配。每个运动控制模块、光辐射测量模块有属于各自模块的无 线电接收和发射装置，控制更集中，连线更简单。作为优选，所述的分布光度计还包括与上位机电连接的显示操作模块，显示操作 模块包括带微处理器的控制单元、显示设备、操作按键以及为显示操作模块提供工作电源 的电源单元，显示设备、操作按键与带微处理器的控制单元电连接。上位机可以通过通讯线 与显示操作模块直接电连接。操作按键实现对整个系统的相应控制，显示设备在该模块带 微处理器的控制单元的控制下显示相应的控制信息和角度、光度等信息。显示操作模块也 可以通过数字信号通道与上位机及系统中各模块相连，提高传输性能、抗干扰能力，提高整 个系统的可靠性和实时性。作为优选，所述的基座上还设有平移机构，所述的第二旋转轴设在所述的平移机 构上，驱动平移机构的第三电机及与之相连的运动控制模块也设在所述的平移机构上。在某些分布光度计中，除了第一旋转轴、第二旋转轴外，还有使第二旋转轴发生平 移的平移机构，或者还有使第二旋转轴旋转的第三旋转轴等，平移机构、第三旋转轴这些运 动机构的控制方式及控制结构与上述的第一旋转轴、第二旋转轴的控制方式及控制结构类 似，受各自所属的运动控制模块控制，这些运动机构通过有线或无线的数字信号通道与上 位机进行数据通信。作为优选，所述的数字信号通道为CAN总线。CAN总线系统灵活，传输速率高，抗干 扰性能好。上位机可直接与数字信号通道连接，也可以通过其它类型的通讯线(如RS-485) 与某一功能模块(如显示操作模块)与数字信号通道连接。本发明的有益效果是本发明在分布光度计的执行部件附近设置相应的控制执行 模块，每个控制执行模块有独自的控制单元，可独自进行控制和处理，各模块的I/O 口线通 过有线或无线的数字信号通道与上位机进行有线通信或者无线通信，模块间干扰很小，便 于系统的维护和管理；各模块与其所控制的执行部件以及模块内部各单元间的位置相对集 中，彼此连接的导线长度大大减小，因此减小了导线间的相互干扰以及外界的干扰，提高可 靠性；数字信号通道具有高传输性能和强抗干扰能力，整个系统的可靠性和实时性得到有 效提高。另一方面，有线通信方式中，贯穿整个分布光度计的只有数字信号通道和电源通 道，无线通信方式中，贯穿整个分布光度计的只有电源通道，大大减少了连接导线，而分布 光度计内的数字信号通道和电源通道通过设在第一旋转轴上的导电滑环与基座内的数字 信号通道和电源通道相连，大大减小了导电滑环的工位，使导线不易发生缠绕，从而不影响测量取样，减少对导线的损坏，延长导线使用寿命，确保安全。
图1是本发明实施例1的结构示意图。图2是本发明实施例2的结构示意图。图3是本发明实施例3的结构示意图。图4是本发明中转臂上的数字信号通道和电源通道通过第一旋转轴上的导电滑 环导出的一种结构示意图。图5是本发明实施例4的结构示意图。图6是本发明实施例5的结构示意图。图7是本发明中各模块间的一种连接框图。图8是本发明实施例3的各模块间的连接框图。图9是本发明中运动控制模块的一种连接框图。图10是本发明中光辐射测量模块的一种连接框图。图11是本发明中显示操作模块的一种连接框图。图12是本发明中第一、第二遥控模块的一种连接框图。图中1.数字信号通道，2.电源通道，3.运动控制模块，3-1.带有微处理器的控 制单元，3-2.电源单元，3-3.电机专用驱动器，3-4.运动位置检测器，4.光辐射测量模块，
4-1.带微处理器的信号处理电路，4-2.电源单元，4-3.光电转换单元，5.显示操作模块，
5-1.带微处理器的控制单元，5-2.显示设备，5-3.操作按键，5-4.电源单元，6.第二遥控模 块，6-1.带微处理器的信号处理电路，6-2.无线电接收和发射装置，6-3.电源单元，7.第一 遥控模块，9.被测光源，10.上位机，11.第一旋转轴，12.第二旋转轴，13.转臂，14.光信号 取样单元，15.第三旋转轴，16.导电滑环，17.平移机构，18.旋转反射镜，19.固定反射镜， 20.基座，21.支架，22.灯臂，118.第一电机，128.第二电机，158.第四电机，178.第三电 机。
具体实施例方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例1 本实施例的分布光度计系统，如图1所示，包括旋转工作台、一个光信号 取样、单元上位机10和显示操作模块5。旋转工作台包括基座20，基座20上安装有第一旋 转轴11，第一旋转轴11上连接有转臂13，转臂13上安装有第二旋转轴12，驱动第一旋转轴 11的第一电机118位于基座20上，驱动第二旋转轴12的第二电机128位于转臂上第二旋 转轴12的旁边。基座上第一电机118的旁边设置有与第一电机118电连接的运动控制模 块3，转臂上第二电机128的旁边设置有与第二电机118电连接的运动控制模块3。如图9 所示，运动控制模块3包括带有微处理器的控制单元3-1、电机专用驱动器3-3、运动位置检 测器3-4以及为运动控制模块3提供工作电源的电源单元3-2，带有微处理器的控制单元 3-1与电机专用驱动器3-3电连接，电机专用驱动器3-3对应地与第一电机118、第二电机 128相连，运动位置检测器3-4为安装在分布光度计的旋转部位上的编码器，当然也可以是 编码器和具有限位和定位功能的光耦，运动位置检测器3-4的信号处理电路集成在带有微处理器的控制单元3-1内。本实施例中光信号取样单元独立于旋转工作台设置，光信号取样单元的光轴与第二旋转轴的轴线位于同一个水平面内且垂直相交，光信号取样单元面对被测光源，直接接 收来自被测光源的光信号。光信号取样单元的旁边设置光辐射测量模块。如图10所示，光 辐射测量模块4包括带微处理器的信号处理电路4-1、与光信号取样单元14相连的光电转 换单元4-3以及为光辐射测量模块4提供工作电源的电源单元4-2，光电转换单元4-3与带 微处理器的信号处理电路4-1电连接。本实施例中转臂13是空心的，驱动第二电机128的运动控制模块3的I/O线和电 源线分别就近与位于转臂13内的数字信号通道1、电源通道2相连，位于转臂13内的数字 信号通道1和电源通道2通过安装在第一旋转轴11上的导电滑环16分别与基座20内的 数字信号通道1、电源通道2电连接。如图11所示，显示操作模块5包括带微处理器的控制单元5-1、显示设备5-2、操 作按键5-3以及为显示操作模块5提供工作电源的电源单元5-4，显示设备5-2、操作按键 5-3与带微处理器的控制单元5-1电连接。如图7所示，上述两个运动控制模块3中的微处理器的I/O 口线、光辐射测量模块 4和显示操作模块5中的微处理器的I/O 口线均连接到与上位机10相连的数字信号通道1 上，两个运动控制模块3中的电源单元3-2、一个光辐射测量模块4和显示操作模块5中的 电源单元4-2以并联方式连接到电源通道2上或者连接到市电供电线路上。本实施例中数字信号通道1为CAN总线。上位机通过数字信号通道向相应模块发出指令，相应模块完成相应操作，并将操 作结果通过数字信号通道传输到上位机。电机专用驱动器在接收到本模块中带有微处理器 的控制单元的控制信号后，驱动电机做出相应动作，同时运动位置检测器检测相应运动部 件的(角)位移信号并将该信号通过信号处理电路反馈到本模块中的微处理器，运动部件 的控制信号和测得的(角)位移量信号通过CAN总线传送到上位机和其它模块。带有微处 理器的控制单元和电机专用驱动器之间、电机专用驱动器和电机之间、运动位置检测器和 带有微处理器的控制单元之间的距离都比较短，所以导线的传输损失和导线间的干扰都比 较小。CAN总线将取样控制信号送给光辐射测量模块的微处理器，由微处理器控制光电转换 单元的工作，光电转换单元的测量数字电信号经处理后再由CAN总线传输到上位机和其它 模块。操作按键通过显示操作模块中的微处理器经CAN总线将命令发给系统中的上微机和 各模块，实现对系统的控制，显示设备在显示操作模块中的微处理器的控制下显示部分控 制信息和角度、光度等信息。实施例2 本实施例的分布光度计系统，如图2所示，旋转工作台包括基座20，基座 20上安装有第一旋转轴11及驱动第一旋转轴11的第一电机118，第一旋转轴11上连接有 转臂13。转臂13的一端设置有旋转反射镜18，转臂的另一端上设置有两个光信号取样单 元14，分别与这两个光信号取样单元相连的两个光辐射测量模块4设置在转臂13的这一 端上。基座20上还固定连接有平移机构17，第二旋转轴12安装在平移机构17上，驱动平 移机构17工作的第三电机178及与之相连的运动控制模块3也安装在平移机构17上，平 移机构17的上下移动带动安装在第二旋转轴12和其上的被测光源9上下移动。独立于旋 转工作台外放置有固定反射镜19。固定反射镜面对被测光源且与第一旋转轴11轴线垂直相交。安装在第二旋转轴12上的被测光源9发出的光被旋转反射镜18反射到固定反射镜 19上再被反射到正对固定反射镜的第二光信号取样单元14-2中，实现长距离光辐射取样 测量，而第一光信号取样单元14-1正对被测光源，在取样测量中直接接收被测光源9的光 束，实现短距离取样测量。如图2、图4所示，转臂13是空心的，与两个光辐射测量模块4相连接的数字信号 通道1和电源通道2位于空心的转臂13内。在第一旋转轴11处设置有导电滑环16，导电 滑环16使转臂13上的数字信号通道1和电源通道2的电源线2-1分别与设在第一旋转轴 11内的空心的固定轴内的数字信号通道1和电源通道2的电源线相导通。在三线的电源通 道2中，有一根为地线2-2，该地线2-2通过转臂13外壳和轴承连接到固定轴内。控制第二 旋转轴12和平移机构17的两个运动控制模块直接连接到第一旋转轴11中的固定轴内的 数字信号通道1和电源通道2上。 如图7所示，上述三个运动控制模块3中的微处理器的I/O 口线、两个光辐射测量 模块4和显示操作模块5中的微处理器的I/O 口线均连接到与上位机10相连的数字信号 通道1上，三个运动控制模块3中的电源单元3-2、两个光辐射测量模块4和显示操作模块 5中的电源单元4-2以并联方式连接到电源通道2上或者连接到市电供电线路上。其余的同实施例1。实施例3 本实施例的分布光度计系统，如图3所示，转臂13上设置有第二遥控模 块6，位于转臂13上的光辐射测量模块4的I/O线与第二遥控模块6相连，与第二遥控模块 6相匹配的第一遥控模块7设置在上位机10的附近并与上位机10电连接。如图12所示， 第一遥控模块7、第二遥控模块6包括带微处理器的信号处理电路6-1、无线电接收和发射 装置6-2以及为本遥控模块提供工作电源的电源单元6-3，无线电接收和发射装置6-2与带 微处理器的信号处理电路6-1电连接，第一遥控模块7的无线电接收和发射装置与第二遥 控模块6的无线电接收和发射装置相匹配，如图8所示，第二遥控模块6的微处理器的I/ 0 口线与光辐射测量模块4的I/O线相连，第二遥控模块6的电源单元与电源通道2相连。 第一遥控模块7的I/O 口线与数字信号通道1连接，第一遥控模块7的电源单元6-3与电 源通道2电连接。本实施例中两个光辐射测量模块与第二遥控模块6进行有线数据传输，第二遥控 模块6再与第一遥控模块7进行无线通信，第一遥控模块7再与上位机10进行有线数据传 输。而第一旋转轴11、第二旋转轴12、平移机构17仍然采用实施例2中的连线方式。安装 在转臂13上的两个光辐射测量模块14与上位机10通过无线的方式实现远程的信号传输， 省略了转臂上的光辐射测量模块与基座上的数据线连接，确保不影响测量取样，不会发生 导线缠绕现象，延长导线使用寿命，确保安全。当然还可采取另外一个无线通信方式，即各运动控制模块、各光辐射测量模块有 属于各自模块的无线电接收和发射装置，每个模块的无线电接收和发射装置与本模块内的 微处理器相连，每个模块的无线电接收和发射装置均与在上位机附近并与上位机电连接的 第一遥控模块的无线电接收和发射装置相匹配。这个方案中每个运动控制模块、光辐射测 量模块有属于各自模块的无线电接收和发射装置，直接与第一遥控模块进行无线通信，控 制更集中，连线更简单。其余的同实施例2。
实施例4 本实施例的分布光度计系统，如图5所示，旋转工作台上包括基座20，基 座20上安装有第一旋转轴11及驱动第一旋转轴11的第一电机118，第一旋转轴11上连接 有转臂13。转臂13的一端设置有旋转反射镜18，转臂的另一端上设置有正面面对被测光 源9的第一光信号取样单元14-1，该光信号取样单元14-1的光辐射测量模块4也设置在转 臂13的这一端上。基座20上还固定连接有平移机构17，第二旋转轴12安装在平移机构17 上，驱动平移机构17工作的第三电机178及与之相连的运动控制模块3也安装在平移机构 17上，平移机构17的上下移动带动安装在第二旋转轴12和其上的被测光源9上下移动，使 第二旋转轴11轴线经过被测光源9的光度中心。独立于旋转工作台外的支架21上设置有 第三旋转轴15及第三旋转轴的第四电机158，第三旋转轴15上连接有第二光信号取样单元 14-2，第二光信号取样单元14-2的光轴与第一旋转轴11轴线成一定角度相交，使来自被测 光源并经旋转放射镜18反射的被测光束正好射入第二光信号取样单元14-2，实现长距离 取样测量。第二光信号取样单元14-2的光辐射测量模块4中的光电转换单元4-3与第三 旋转轴15相连，而带微处理器的信号处理电路4-1和电源单元4-2位于支架21上，驱动第 四电机158的运动控制模块3也设置在支架21上。第二光信号取样单元14-2的光辐射测 量模块的I/O 口线和第四电机的运动控制模块3的I/O 口线连接数字信号通道，第二光信 号取样单元14-2的光辐射测量模块4的电源单元4-2和第四电机的运动控制模块3的电 源单元3-2并联到电源通道2或市电供电。其余的同实施例2。实施例5 本实施例的分布光度计系统，如图6所示，旋转工作台上包括基座20，基 座20上安装有第一旋转轴11及驱动第一旋转轴11的第一电机118，第一旋转轴11上连接 有旋转反射镜18和转臂13。第一旋转轴11的轴线穿过旋转反射镜18的中心。第三旋转 轴15设置在转臂13的一端，驱动第三旋转轴15的第四电机158及其运动控制模块都位于 转臂13上，第三旋转轴15上连接有灯臂22，在灯臂的一端设置有第二旋转轴12，驱动第二 旋转轴12的第二电机128及其运动控制模块4都位于灯臂22上。灯臂22和转臂13都是空心的，与第二电机128的运动控制模块直接相连的数字 信号通道1和电源通道2通过第三旋转轴15处的导电滑环与转臂上的数字信号通道1和 电源通道2电连接。在转臂13上，第四电机158驱动第三旋转轴15运动，第四电机158的 运动控制模块设置在第三电机附近的转臂内，该运动控制模块的I/O 口线和电源线分别与 转臂内的数字信号通道1和电源通道2电连接。转臂上13的数字信号通道1和电源通道2 通过设在第一旋转轴11上的导电滑环内与基座内的数字信号通道1和电源通道2相导通。光信号取样单元14设置在独立于旋转工作台的支架上，光信号取样单元的光轴 与第一旋转轴11的轴线重合，从被测光源9发出的光经过旋转反射镜18反射后正好入射 到光信号取样单元14，与光信号取样单元14相连的光辐射测量模块4位于支架附近，光辐 射测量模块的I/O 口线与数字信号通道电连接，光辐射测量模块的电源线与电源通道2电 连接。其余的同实施例2。上述各模块中各单元之间的连接导线采用屏蔽导线。在实际使用过程中，可选用不同的运动控制模块、光辐射测量模块和显示操作模块，以满足不同的测量功能和精度要求。
权利要求
一种分布光度计系统，包括基座(20)、第一旋转轴(11)、第二旋转轴(12)、若干光信号取样单元(14)和上位机(10)，基座(20)上设有第一旋转轴(11)，第一旋转轴(11)上连接有转臂(13)，驱动第一旋转轴(11)的第一电机(118)位于基座(20)上，驱动第二旋转轴(12)的第二电机(128)位于第二旋转轴(12)的旁边，其特征在于所述的第一电机(118)的旁边设置有与第一电机(118)电连接并与第一电机(118)相对静止的运动控制模块(3)，所述的第二电机(128)的旁边设置有与第二电机(128)电连接并与第二电机相对静止的运动控制模块(3)；所述的光信号取样单元(14)与设置于其旁边并与其相对静止的光辐射测量模块(4)相连接；所述的运动控制模块(3)的I/O线、光辐射测量模块(4)的I/O线连接到与所述的上位机(10)相连的数字信号通道(1)上，所述的运动控制模块(3)的电源线、光辐射测量模块(4)的电源线并联到电源通道(2)上，所述的数字信号通道(1)是两线或三线或无线的，所述的电源通道(2)是两线或三线。
2.根据权利要求1所述的分布光度计系统，其特征在于所述的运动控制模块(3)包括 带有微处理器的控制单元(3-1)、电机专用驱动器(3-3)以及为运动控制模块(3)提供工作 电源的电源单元(3-2)，带有微处理器的控制单元(3-1)与电机专用驱动器(3-3)电连接， 电机专用驱动器(3-3)相对应地与所述的第一电机(118)、第二电机(128)相连；所述的光 辐射测量模块(4)包括带微处理器的信号处理电路(4-1)、与光信号取样单元(14)相连的 光电转换单元(4-3)以及为光辐射测量模块(4)提供工作电源的电源单元(4-2)，光电转换 单元(4-3)与带微处理器的信号处理电路(4-1)电连接；各个运动控制模块(3)中的微处 理器的I/O 口线、各个光辐射测量模块(4)中的微处理器的I/O 口线与所述的数字信号通 道(1)电连接，各个运动控制模块(3)中的电源单元(3-2)、各个光辐射测量模块(4)中的 电源单元(4-2)以并联方式连接到所述的电源通道(2)。
3.根据权利要求1或2所述的分布光度计系统，其特征在于第二旋转轴(12)或/和若 干光信号取样单元(14)与转臂(13)相连，对应的运动控制模块(3)或/和光辐射测量模 块(4)也设置在转臂(13)上，转臂(13)上的运动控制模块(3)的I/O线和电源线和/或 设在转臂(5)上的光辐射测量模块(4)的I/O线和电源线分别就近连接到位于转臂(13) 内的数字信号通道(1)、电源通道(2)上；在第一旋转轴(11)上设置导电滑环(16)，转臂(13)内的数字信号通道⑴和电源通道(2)通过导电滑环(16)在分别与所述的基座(20) 内的数字信号通道(1)和电源通道(2)电连接。
4.根据权利要求3所述的分布光度计系统，其特征在于所述的数字信号通道(1)、电源 通道⑵各有三条线，均包括一条地线，所述的转臂(13)内的数字信号通道⑴的地线、电 源通道⑵的地线与转臂(13)的壳体相连，基座(20)内的数字信号通道(1)的地线、电源 通道⑵的地线与所述的第一旋转轴(11)的轴承相连。
5.根据权利要求1所述的分布光度计系统，其特征在于所述的第二旋转轴(12)或/和 若干光信号取样单元(14)与转臂(13)相连，对应的运动控制模块(3)或/和光辐射测量 模块(4)也设置在转臂(13)上，转臂(13)上设有第二遥控模块(6)，设在转臂(13)上的运 动控制模块(3)、光辐射测量模块(4)的I/O线与第二遥控模块(6)相连，与第二遥控模块 (6)相匹配的第一遥控模块(7)与上位机(10)电连接；所述的第一遥控模块(7)、第二遥控 模块(6)包括带微处理器的信号处理电路(6-1)、无线电接收和发射装置(6-2)以及为本遥 控模块提供工作电源的电源单元(6-3)，无线电接收和发射装置(6-2)与带微处理器的信号处理电路(6-1)电连接。
6.根据权利要求1所述的分布光度计系统，其特征在于上位机(10)电连接第一遥控模 块(6)，转臂上的运动控制模块和/或光辐射测量模块内有属于各自模块的无线电接收和 发射装置，每个模块的无线电接收和发射装置与本模块内的微处理器相连，每个模块的无 线电接收和发射装置均和第一遥控模块(6)的无线电接收和发射装置相匹配。
7.根据权利要求1或2所述的分布光度计系统，其特征在于还包括与上位机(10)电 连接的显示操作模块(5)，显示操作模块(5)包括带微处理器的控制单元(5-1)、显示设备 (5-2)、操作按键(5-3)以及为显示操作模块(5)提供工作电源的电源单元(5-4)，显示设备 (5-2)、操作按键(5-3)与带微处理器的控制单元(5-1)电连接。
8.根据权利要求1所述的分布光度计系统，其特征在于所述的基座(20)上还设有平移 机构(17)，所述的第二旋转轴(12)设在所述的平移机构(17)上，驱动平移机构(17)的第 三电机(178)及与之相连的运动控制模块(3)也设在所述的平移机构(17)上。
9.根据权利要求1或2所述的分布光度计系统，其特征在于所述的数字信号通道(1) 为CAN总线。
全文摘要
本发明涉及一种分布光度计系统，包括基座、第一旋转轴、第二旋转轴、若干光信号取样单元和上位机，第一旋转轴位于基座上，第一旋转轴上还连接有转臂，在分布光度计的各执行部件附近设置各自的控制执行模块，各模块内都具有微处理器和电源单元，模块通过三线或两线或无线的数字信号通道与上位机进行有线通信或者无线通信，实现分布控制，同时转臂内的数字信号通道和电源通道通过设在第一旋转轴上的导电滑环导出到基座上。上述措施大大减少了分布光度计内的连接导线，降低了连接导线间的相互干扰和外界干扰，提高了数据传输的可靠性和实时性，从而提高系统的控制和测量精度，便于系统的维护和管理，同时还解决了分布光度计运转过程中的绕线问题。
文档编号G01J1/02GK101813516SQ20091030051
公开日2010年8月25日 申请日期2009年2月24日 优先权日2009年2月24日
发明者潘建根 申请人:杭州远方光电信息有限公司
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