[发明专利]一种光纤光谱仪信噪比的精确测量方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤光谱仪信噪比的精确测量技术领域，尤其涉及的是一种光纤光谱仪信噪比的精确测量方法。

背景技术

采用阵列光电器件作为探测器件已经广泛应用在小型化的光纤光谱仪器之中，用以对从紫外到近红外波段信号的光谱分析(190nm-1100nm)。光学信噪比作为信号与噪声区分能力的主要判断尺度，是反映该型光谱仪器的重要技术指标，体现了评价仪器的弱光响应、检测容限等特性，目前还没有该型光谱仪器信噪比的规范测试方法，现有技术中仅阐述了针对傅立叶变换光谱仪、成像光谱仪信噪比的理论研究与实验。

论文“Fourier变换光谱仪信噪比测量方法研究”(光子学报，第36卷第6期，第1110～1114页，2007年6月)公开了一种测量计算Fourier变换光谱仪信噪比的方法。该文献中提出使用太阳光、太阳模拟器与积分球结合等谱线尽可能均匀的稳定光源，利用Fourier变换光谱仪对其光谱进行连续测量，通过测量其原始光谱和复原光谱，计算信噪比。通过多次测量得到一组信噪比，其平均值即可作为仪器的信噪比指标。利用该方法计算的信噪比较传统方法计算的信噪比高约1.5倍，并通过计算机模拟和理论分析给予证明。另外针对Fourier变换光谱仪的主要误差源，特别提出为了避免零光程差采样位置的变化引起的复原光谱强度失真，采样频率应适当高于Nyquist频率。

论文“大孔径静态干涉成像光谱仪的信噪比分析”(光子学报，第36卷第10期，第1889～1892页，2007年6月)根据大孔径静态干涉成像光谱仪的原理和特点，分析了光辐射能在光学系统内的传输情况，对探测器上接收到的光辐射能信号和噪音信号做了详细的理论推导，得到了仪器理论信噪比的表达式。在实验上以大口径积分球为辐射源，采集仪器输出的干涉图像，计算得到仪器的实际信噪比曲线，对大孔径静态干涉成像光谱仪的理论信噪比曲线与实际的信噪比曲线做分析比较，结果验证了用推导的理论信噪比表达式来预估仪器信噪比的可行性。

现有技术的缺点：1.现有技术是在固定的光照强度下进行的测量，不能完成不同输入光强度下信噪比的精确测量；2.现有技术在测量过程中，采用积分球作为入射光源，环境背景光会成为杂散光进入光谱仪，不利于光学系统信噪比结果的精确测量；3.阵列光电探测器除曝光像素外，在其边缘还有一些非曝光像素，现有的技术没有将非曝光像素信号作为暗响应来加以有效利用去测量信噪比。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种光纤光谱仪信噪比的精确测量方法。

本发明的技术方案如下：

一种光纤光谱仪信噪比的精确测量方法，其中，包括以下步骤：

步骤101：将驱动电源与光纤光源连接，再将光纤光源通过连接光纤与可调光衰减器连接，将可调光衰减器通过连接光纤与光纤光谱仪连接，同时可调光衰减器及光纤光谱仪分别与主控计算机相连接；

步骤102：所述可调光衰减器通过连接光纤接收来自光纤光源的光信号，其工作波长、与连接光纤的接口标准应和光纤光源相互匹配，可调光衰减器根据光信号强度需要在计算机控制下精细调节入射光的光强，再由连接光纤将光信号传输到光谱仪中，从而实现不同光强下的光纤光谱仪的信噪比测量；

步骤103：对采用阵列光电器件的光纤光谱仪经过N次信号采集测量，阵列光电探测器第i个曝光像素所对应信号的校正平均值μ_i与信号偏离平均值的抖动值σ_i的比值即为信噪比为公式一：

SNRi=μiσi]]>

其中，μ_i是曝光像素经过N次测量的平均响应值的校正值，通过直接采集到的原始信号均值μ_iall扣除暗电流响应均值μ_dark得到，公式二：

μ_i＝μ_iall-μ_dark

μ_iall通过第i个曝光像素信号值Q_i通过N次测量经平均计算得出，公式三：