[發(fā)明專利]一種利用光纖束的材料空間反射特性測量儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310073220.2
• 申請日: 2013-03-07
• 公開（公告）號: CN104034663B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金尚忠;楊初;曾珊珊;魯玉紅;邵茂豐;鄭健
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量學(xué)院
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用光纖束的材料空間反射特性測量儀。

背景技術(shù)

測量材料空間的反射特性，在新型光學(xué)材料開發(fā)、精密光學(xué)測量儀器、建筑飾面材料以及材料表面性能分析等應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的意義?？捎糜诓牧媳砻娲植诙葴y量，分離漫反射和鏡面反射成分，發(fā)掘光學(xué)性能更好的新型材料；用于建筑常用飾面材料的表面亮度、光澤度、反射系數(shù)研究，使城市夜景能夠既高效又節(jié)能；更可用于太陽能集熱器材料、軌道衛(wèi)星表面常用材料等的放置角度、結(jié)構(gòu)的改進(jìn)；總之，弄清目標(biāo)材料對光反射的特性是非常重要的。

然而，對于材料空間反射特性的測量，傳統(tǒng)的方法是采用各種專門設(shè)計的測量儀器和系統(tǒng)，比如：角度光度計、角度分光光度計，他們通過雙軸角度計，每間隔10°(少數(shù)以5°)為測點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)被測材料和入射光源，來測量特定角度下的光度，進(jìn)而獲得光度參數(shù)的角度分布特性。這些方法在空間角度分布特性的測量上由于普遍采用了旋轉(zhuǎn)雙軸設(shè)計，因此導(dǎo)致測量時間長(常需要幾分鐘甚至30分鐘以上)、角度分辨率低、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測量成本高、精確度低等缺點(diǎn)。而且這些裝置都只能測量光強(qiáng)的分布特性，而不能測某一方向的顏色分布特性以及光強(qiáng)與波長的關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種利用光纖束的材料空間反射特性測量儀。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種利用光纖束的材料空間反射特性測量儀，包括：待測材料(1)、半積分球(2)、第一圓孔(21)、第二圓孔(22)、第三圓孔(23)、外部入射光源(3)、陷光器(4)、傳光光纖束(5)、成像光錐(6)、濾光片盤(7)、用于光電轉(zhuǎn)換測量的CCD相機(jī)(8)、計算機(jī)(9)、高吸收黑色涂層(10)。

第一圓孔(21)設(shè)置于半積分球內(nèi)底面中心，圓孔可以通過蓋子打開或者關(guān)閉，用于放置待測材料(1)；第二圓孔(22)設(shè)置在半積分球的半球面上偏離圓頂中心30°～60°位置，與其關(guān)于原點(diǎn)對稱的位置設(shè)置著第三圓孔(23)；外部入射光源(3)設(shè)置在半積分球的半球面上，并通過第二圓孔給待測材料提供光照；陷光器(4)設(shè)置在半積分球球面上與外部入射光源對稱的位置；傳光光纖束(5)按球面上每隔5°接一根光纖的排列方式全部設(shè)置在半積分球的外球面上；成像光錐(6)與特殊編碼后的光纖束直接連接，負(fù)責(zé)把各個角度的光強(qiáng)分布精確的傳輸?shù)紺CD相機(jī)上；濾光片盤(7)設(shè)置在成像光錐和CCD相機(jī)(8)之間；CCD相機(jī)(8)直接與計算機(jī)(9)連接，負(fù)責(zé)把光纖束內(nèi)的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌鹘o計算機(jī)；高吸收黑色涂層(10)涂覆在半積分球半球面和底面的內(nèi)表面。

進(jìn)一步的，所述半積分球(2)的直徑尺寸為500～1000mm；且半積分球的半球面上每隔5°都設(shè)置了直徑為1mm的小圓孔，一共是35×35＝1225個，這些小圓孔是用來連接傳光光纖束的。

進(jìn)一步的，所述陷光器(4)通過第三圓孔設(shè)置在與入射光源對稱的位置，圓孔可通過蓋子打開或者關(guān)閉，其功能是用來吸收外部入射光源照在材料表面后的直接反射光。

進(jìn)一步的，所述傳光光纖束(5)是由1225根光纖有規(guī)律的排列并捆綁而成。由于光纖束是根據(jù)角度分布而進(jìn)行特殊編號排列的，各個角度的光纖按規(guī)律捆綁成光纖束時會有比較大的彎曲，因而這里所用的光纖為彎曲性能較好的普通光纖、塑料光纖等。

進(jìn)一步的，所述傳光光纖束(5)的功能是把各個小圓孔射出的光耦合進(jìn)光纖里面并傳輸給CCD。若是直接耦合的話，損失會比較大，耦合率只有20％～30％，為了提高耦合效率，光纖束(5)中每根光纖的前端進(jìn)行光纖微透鏡處理，把端面做成微型、錐形、楔形、斜面、球面等一些特殊形狀，這樣能使耦合過程結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、性能可靠，更重要的是可以將耦合效率提高到80％～90％。

進(jìn)一步的，所述傳光光纖束(5)內(nèi)的光纖，按照半積分球表面小圓孔的角度分布，對其進(jìn)行特殊的編碼如圖2，得到光纖束(5)排列成矩陣A的形式，其中如此，CCD相機(jī)(8)上的像元分布就能夠通過矩陣A找到對應(yīng)各個角度的光強(qiáng)分布了。