[發(fā)明專利]基于積分球的漫反射光譜測量裝置、測量方法及校正方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810534450.7
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108827918A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李晨曦;徐可欣;湯海濤;李勝
• 申請（專利權(quán)）人: 天津九光科技發(fā)展有限責任公司
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 喻穎

一種基于積分球的漫反射光譜測量裝置、測量方法及校正方法，該測量裝置包括積分球主體及切換裝置，該積分球主體上設(shè)置有入射口，測量口與檢測口；在測量口處的光路上設(shè)置有待測樣品或參考標準反射板，該切換裝置能夠?qū)y量口處的待測樣品和參考標準反射板進行切換；該測量方法在使用上述測量裝置進行測量時以標準反射板作為參考，并采用扣除背景噪聲的測量方式來提高測量準確度；該校正方法則利用前述測量方法得到的實際測量值和模擬測量方法得到的模擬測量值組成訓練集，訓練得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對積分球測量過程中的誤差來源進行校正，進一步提高利用積分球進行漫反射光譜測量的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于積分球的漫反射光譜測量裝置、測量方法及校正方法。

背景技術(shù)

積分球是在穩(wěn)態(tài)光測量中應(yīng)用較為廣泛的裝置，在光譜檢測應(yīng)用中，特別是針對固體與液體漫反射光譜測量中應(yīng)用最為廣泛。積分球內(nèi)壁一般為反射率較高的漫反射涂層，入射到球體的光在球內(nèi)壁經(jīng)歷多次漫反射后，在球面上形成均勻的光強分布，在球體內(nèi)壁放置光電檢測器，則檢測到光強可以代表積分球內(nèi)均勻分布的光強度。使用積分球測量樣品漫反射光譜時，可降低由光線的形狀、發(fā)散角度、及探測器上不同位置的響應(yīng)度差異所造成的測量誤差。對于測量固體漫反射光譜而言，其優(yōu)勢還在于經(jīng)過積分球后光源在固體表面形成均勻的入射面，受到待測物表面粗糙度影響較小，可以提高漫反射光譜測量精度。

目前在光譜測量中常用的積分球附件的結(jié)構(gòu)為積分球體上有三個開口，分別為光入射口，樣品測量口以及檢測器口，一般要求開口面積不影響積分球的球體形狀的完整。光從入射口進入，經(jīng)過樣品及積分球內(nèi)壁反射后，反射光強被檢測器口位置的光電檢測器檢測到。如果測量面積比較大的漫反射固體或者液體樣品，為了保證測量樣品位置具有代表性，往往在樣品口加入旋轉(zhuǎn)樣品臺裝置，使得光譜測量過程中光譜采集位置覆蓋整個樣品表面。積分球可與光譜儀搭配，可以有效提高光譜測量再現(xiàn)性，提高建模精度。JacquezJ.A.和Kupenheim H.F.等利用單積分球技術(shù)測量人活體皮膚的反射光譜，從此積分球技術(shù)在光學領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展較為迅速，同時針對其測量原理以及設(shè)計方面的研究也日益增加。Vries等人對于影響積分球測量誤差的各個因素進行了研究，討論了包括積分球開口，樣品反照率，各向異性因子以及光學厚度對測量誤差的影響。

根據(jù)積分球原理，其球體開口將會在一定程度上影響測量結(jié)果。一方面是球體開口所帶來的背景噪聲的影響。另一方面是入射光進入積分球后，由于球體開口將會產(chǎn)生兩種效應(yīng)，帶來測量誤差。其一，一部分光會通過入射口逃逸，造成一定的光損失；其二，開口各部分尤其是測量口放置樣品的反射率與球體內(nèi)壁反射率不同，會造成光在球體內(nèi)部分布不均勻。尤其在樣品反射率變化的情況下，不均勻分布程度較難直接估計，并且對樣品漫反射光譜測量影響較大。目前在應(yīng)用積分球裝置進行漫反射光譜測量的儀器和方法中，沒有考慮以上背景噪聲影響和兩種效應(yīng)造成的影響，因此測量結(jié)果往往不能準確反映樣品的真實反射率。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于積分球的漫反射光譜測量裝置、測量方法和校正方法，以期至少部分地解決上述提及的技術(shù)問題中的至少之一。

本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

作為本發(fā)明的一個方面，提供一種基于積分球的漫反射光譜測量裝置，包括：

積分球主體，其內(nèi)表面涂覆有漫反射涂層，其上設(shè)置有入射口、測量口和檢測器口，其中：

入射口，供測量光進入積分球主體內(nèi)；

測量口，在所述測量口處的光路上設(shè)置有待測樣品或參考標準反射板；

檢測器口，設(shè)置有光電檢測器，能夠接收經(jīng)過所述待測樣品或參考標準反射板，并在積分球主體內(nèi)壁多次漫反射的測量光并檢測其光強；以及

切換裝置，能夠?qū)λ鰷y量口處的待測樣品和參考標準反射板進行切換。