Спектрометр для измерения излучения видимого диапазона с функцией определения местоположения

Заявляемая полезная модель относится к устройствам для измерения функции распределения интенсивности излучения от длины волны излучения в видимой области спектра (спектрометрам). Заявляемый спектрометр для измерения излучения видимого диапазона с функцией определения местоположения может применяться для измерения качественных и количественных параметров видимого оптического излучения естественных и искусственных источников света.
Из существующего уровня техники широко известны портативные спектрометры-люксметры, обладающие функциями измерения спектральной характеристики излучения и ее производных (например, цветовой температуры), а также характеристик, связанных со световой энергией источников света (яркость, освещенность, пульсация). Примером данных устройств могут являться семейство спектрометров UPRtek [1, 2] или продукция фирмы Sekonic [3]. Ключевым недостатком данного оборудования является отсутствие комплексной системы
позиционирования устройства, что, в конечном счете, затрудняет оперативное произведение обследования помещения с множеством световых точек.
Техническим результатом предлагаемого решения является уменьшение времени, затрачиваемого на проведение обследования объектов со значительным количеством световых точек, а также уменьшение вероятности ошибки измерения вследствие недостаточной точности соотнесения точки измерения со световой точкой
Технический результат достигается за счет отсутствия необходимости ручной фиксации на бумажных носителях (планах и карточках) результатов измерения характеристик каждой световой точки прибором, ввиду наличия в спектрометре модуля позиционирования, получающего сведения о местонахождении прибора, как от систем глобального позиционирования (ГЛОНАСС/GPS), так и от иных систем позиционирования в помещении. При этом результат определения позиционирования дополнительно корректируется (верифицируется) за счет встроенного в прибор дальномера. Информация о расположении световых точек и результатах измерения их параметров может быть внесена как в соответствующее программное обеспечение микрокомпьютера, установленного в спектрометре, так и передана с помощью модуля Wi-Fi в стороннюю персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ), программное обеспечение которых позволят обрабатывать указанные данные.
Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг.1, структурная схема спектрометра) и заключается в том, что спектрометр состоит из следующих элементов, выполняющих соответствующие функции:
1. Корпус - выполнен из диэлектрического пластика и обеспечивает компоновку всех модулей спектрометра (в том числе элементов внутренней проводки между компонентами спектрометра), а также степень пылевлагозащищенности не менее IP20.
2. Модуль измерения спектральной характеристики - может быть реализован как на базе оптической измерительной схемы (спектроскоп и цифровой прибор видеофиксации), так и на базе полупроводниковой регистрирующей матрицы. Данный модуль обеспечивает разложение поступающего видимого оптического излучения (в диапазоне от 390 до 730 нм) на составляющие с шагом не более 2 нм и, в дальнейшем, обеспечивает последующую передачу информации в цифровом виде на микрокомпьютер.
3. Модуль измерения световой энергии - выполняется на базе полупроводниковых элементов обеспечивающих регистрацию величин, связанных со световой энергией источников света (яркость, освещенность, пульсация) и, в дальнейшем, обеспечивает последующую передачу информации в цифровом виде на микроконтроллер.
4. Дальномер - может быть выполнен на базе ультразвуковой или лазерной схемы дальномера и обеспечивает передачу информации о расстоянии до объектов архитектурной составляющей помещения на микроконтроллер. Применяется для уточнения информации о местоположении спектрометра.
5. Модуль позиционирования - содержит в себе модуль одной или нескольких систем глобального позиционирования (например, GPS/ГЛОНАСС) и обеспечивает передачу глобальных координат местоположения спектрометра в микрокомпьютер. Также в модуле позиционирования реализуется функция компаса.
6. Микрокомпьютер - реализован на базе одноплатного микрокомпьютера, имеющего необходимые проводные (USB, Ethernet, цифровые и аналоговые интерфейсы), а также беспородные (Wi-Fi, Bluetooth) интерфейсы. Микрокомпьютер должен обладать достаточным объемом памяти и вычислительной мощности для запуска операционной системы. В микрокомпьютере реализован функционал обработки результатов обследования и связи между модулями спектрометра.
7. Микроконтроллер - реализован на базе микроконтроллера. Является промежуточным звеном, предварительно преобразующим сигналы от некоторых аналоговых и цифровых датчиков (световой энергии, дальномера, кнопок управления). Обеспечивает передачу обработанных данных в цифровом виде на микрокомпьютер.
8. Модуль питания - состоит из блока питания (17) преобразующего напряжение 220 В переменного тока в напряжение 5 В постоянного тока, для питания модулей спектрометра, а также аккумулятор для автономной работы, который заряжается от блока питания с выходной мощностью, не меньше необходимой для работы микрокомпьютера (2 А).
9. Блок кнопок и тумблеров управления - реализует функции управления устройством, назначенные пользователем, а также функцию включения/отключения устройства.
10. Панель разъемов для подключения - имеет необходимые интерфейсы для соединения внешних проводных устройств с микроконтроллером и микрокомпьютером, а также для подключения разъемов питания и заряда аккумулятора.
11. Сенсорный дисплей - реализует функции отображения информации и пользовательского ввода путем нажатия твердым предметом (пальцем или стилусом) на экран монитора.
Концептуально схема применения указанного спектрометра выглядит следующим образом. Перед началом обследования в память микрокомпьютера спектрометра или в памяти синхронизированного с ним ПЭВМ заносятся сведения об архитектурных решениях обследуемого объекта и об обследуемых световых точках. Непосредственно перед первым измерением производится определение места нахождения оператора со спектрометром. Определение места может проводиться, как по показания модуля систем глобального позиционирования, так и от локальной системы позиционирования по Wi-Fi или Bluetooth каналу. При необходимости данные о местоположении уточняются с помощью показаний дальномера. Определив местоположение, оператор, с помощью установленного в Микрокомпьютер приложения, производится измерения спектра и освещенности, которые отображаются на экране сенсорного дисплея и, при необходимости, заносятся в память прибора или передаются непосредственно на синхронизированный ПЭВМ. После завершения измерений, процесс повторяется до тех пор, пока не будут пройдены все световые точки, подлежащие обследованию. Таким образом, при проведении обследования, оператор избавлен от необходимости дополнительной фиксации измерений на бумажных носителях (например, плане размещения оборудования и специальных картах), что, предположительно, должно оказать положительное влияние как на скорость проведения измерений, так и на снижение вероятности ошибки внесения оператором данных в карточку, вследствие некорректно определенной световой точки.
Источники информации
1. Спектрометр UPRtek MK350N // Geektimes.ru блог компании LampTest. URL: https://geektiraes.ru/company/lamptest/blog/275316/ (дата обращения: 9.03.2018).
2. Бюджетный спектрометр-пульсметр Uprtek MF250N // Geektimes.ru блог компании LampTest. URL: https://geektimes.ru/company/lamptest/blog/294987/ (дата обращения: 9.03.2018).
3. Спектрометр С-7000 Spectromaster // Sekonic Russia. URL: http://sekonic.ru/katalog/kolormetry/spektrometr-7000-spectromaster-p-699.html (дата обращения: 9.03.2018).