[发明专利]一种光纤光谱仪信噪比的精确测量方法

摘要

本发明提供一种光纤光谱仪信噪比的精确测量方法，包括以下步骤：步骤101：连接相关设备；步骤102：实现不同光强下的光纤光谱仪的信噪比测量；步骤103：经过N次信号采集测量，计算阵列光电探测器第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。采用上述方案，能够适应光纤光谱仪信噪比的测量需要，不仅能够减小或降低杂散光的影响，而且通过可调光衰减器能够便捷改变光纤光谱仪的入射光强度大小，实现不同入射光强度下其信噪比的精确地测量。

主权项

一种光纤光谱仪信噪比的精确测量方法，其特征在于，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：${\mathrm{SNR}}_i=\frac{{\mathrm{\μ}}_i}{{\mathrm{\σ}}_i}$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_darkμ_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：${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{iall}}=\frac{1}{N}{\mathrm{\Σ}}_N{Q}_i$μ_dark是通过利用阵列光电探测器非曝光像素信号作为暗响应来获取的，将采集到的多个非曝光像素信号均值作为μ_dark，假设光电探测器的非曝光像素个数是M，则μ_dark表示为，公式四：${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{dark}}=\frac{1}{\mathrm{MN}}{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^N{\mathrm{\Σ}}_{m=0}^M{P}_m^n$其中，为第m个非曝光像素的暗响应信号值。抖动值σ_i为第i个曝光像素信号值Q_i减去其经N次测量信号均值的校正值μ_i，用其均方根值σ_RMS描述为公式五：${\mathrm{\σ}}_i={\mathrm{\σ}}_{\mathrm{RMS}}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\Σ}}_N{(Q_i-{\mathrm{\μ}}_i)}^2}{N}}$则光纤光谱仪第i个曝光像素的信噪比为，公式六：${\mathrm{SNR}}_i=\frac{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{iall}}-{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{dark}}}{\sqrt{\frac{{\mathrm{\Σ}}_N{(Q_i-{\mathrm{\μ}}_i)}^2}{N}}}$或公式七：${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{\λ}}=\frac{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\λ}}}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\λ}}}\frac{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\λall}}-{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{dark}}}{\sqrt{\frac{{\mathrm{\Σ}}_N{(Q_{\mathrm{\λ}}-{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\λ}})}^2}{N}}}$其中，μ_λ、σ_λ、Q_λ分别表示N次测量条件下：波长λ所对应信号的校正值、信号偏离平均值的抖动值和各次测量时原始信号值，μ_λall表示波长λ所对应的原始信号均值。