[發(fā)明專利]基于積分球的多模式光學(xué)特性檢測裝置與方法

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• 申請日: 2022-09-01
• 公開（公告）號: CN115452719A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡棟;孫曉林;王忠;孫志忠;田愷;孫通
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江農(nóng)林大學(xué)
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/31;G01N21/59;G01N21/55
• 代理公司: 北京祺和祺知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11501
• 代理人: 張業(yè)放

1.一種基于積分球的多模式光學(xué)特性檢測裝置，其特征在于：包括光源(3)、光束支撐部(4)、移動裝置(5)、樣品夾(6)、積分球(1)、球支座(2)、檢測光纖(8)、光譜儀(7)、計算機(9)；

所述光源(3)連接在光束支撐部(4)上，所述光束支撐部(4)連接在移動裝置(5)上，由移動裝置(5)調(diào)節(jié)光源(3)輸出端與積分球(1)輸入端的相對距離；所述積分球(1)包括球體(11)和球蓋(12)，所述球體(11)上設(shè)置有光束入射口(13)、光束出射口(14)及轉(zhuǎn)接蓋(15)，球蓋(12)可拆卸連接于光束入射口(13)或光束出射口(14)，所述樣品夾(6)能同軸固定于光束入射口(13)或光束出射口(14)，使其樣品夾(6)孔與光束入射口(13)或光束出射口(14)同軸，所述球體(11)轉(zhuǎn)動連接在球支座(2)上；

所述光束支撐部(4)、移動裝置(5)、積分球(1)、球支座(2)安裝在同一直線上，所述光源(3)的輸出端與光束入射口(13)、光束出射口(14)同軸設(shè)置，所述光譜儀(7)的輸入端通過檢測光纖(8)連接轉(zhuǎn)接蓋(15)，其輸出端數(shù)據(jù)連接至計算機(9)，由計算機(9)計算樣品的光學(xué)特性。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于積分球的多模式光學(xué)特性檢測裝置，其特征在于：所述球支座(2)包括底座(21)、光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(22)和第一光學(xué)升降桿(23)，所述光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(22)連接在底座(21)上，所述第一光學(xué)升降桿(23)的一端固接光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(22)的活動端，其另一端固接積分球(1)的球體(11)，使得積分球(1)與光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(22)構(gòu)成轉(zhuǎn)動連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于積分球的多模式光學(xué)特性檢測裝置，其特征在于：所述移動裝置(5)包括光學(xué)導(dǎo)軌(51)、移動座(52)及第二光學(xué)升降桿(53)，所述移動座(52)滑動連接在光學(xué)導(dǎo)軌(51)上，所述第二光學(xué)升降桿(53)一端固定組移動座(52)上，其另一端固定連接光束支撐部(4)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于積分球的多模式光學(xué)特性檢測裝置，其特征在于：所述光源(3)包括光箱(31)，所述光箱(31)上連接有傳導(dǎo)光纖(32)，所述光箱(31)產(chǎn)生光譜并通過傳導(dǎo)光纖(32)向外傳導(dǎo)，所述傳導(dǎo)光纖(32)的光譜輸出端連接有準(zhǔn)直鏡(33)，所述準(zhǔn)直鏡(33)和傳導(dǎo)光纖(32)連接在光束支撐部(4)上。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于積分球的多模式光學(xué)特性檢測裝置，其特征在于：所述光束支撐部(4)包括配重塊(41)、固定塊(42)、光纖放置板(43)，所述配重塊(41)固定連接第二光學(xué)升降桿(53)，所述光纖放置板(43)與光束入射口(13)、光束出射口(14)同軸設(shè)置且一端固接配重塊(41)，其另一端固定連接固定塊(42)，所述固定塊(42)設(shè)有卡孔(44)，所述準(zhǔn)直鏡(33)固定插接在卡孔(44)內(nèi)，所述光纖放置板(43)設(shè)有卡槽(47)，傳導(dǎo)光纖(32)固定連接在卡槽(47)內(nèi)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于積分球的多模式光學(xué)特性檢測裝置，其特征在于：所述光束支撐部(4)還包括用于限制光束直徑的光斑縮小裝置(46)，所述光斑縮小裝置(46)為一開口小孔的錫箔紙，卡孔(44)開口處設(shè)置有凹槽(45)，所述光斑縮小裝置(46)連接在凹槽(45)上，所述準(zhǔn)直鏡(33)射出的光束通過光斑縮小裝置(46)進(jìn)而射入積分球(1)的輸入端。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于積分球的多模式光學(xué)特性檢測裝置，其特征在于：所述配重塊(41)上設(shè)有供第二光學(xué)升降桿(53)插入的限位孔(49)，所述限位孔(49)內(nèi)設(shè)有緊固螺紋孔(48)，所述配重塊(41)通過緊固螺紋孔(48)與第二光學(xué)升降桿(53)螺紋連接。

8.一種如權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述的基于積分球的多模式光學(xué)特性檢測裝置的檢測方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：關(guān)閉光源(3)，將積分球(1)的球蓋(12)分別固定在積分球(1)的光束入射口(13)和光束出射口(14)處，通過移動裝置(5)調(diào)整光源(3)的位置，使得光源(3)的光束出射端與積分球(1)的光束入射口(13)的距離為L，所述L大于積分球(1)直徑r，取L＝r+20mm，由光譜儀(7)采集得到透射暗場光譜T_dark；

步驟2：取下積分球(1)的光束入射口(13)處的球蓋(12)，光源(3)放射光束，由光譜儀(7)采集得到透射參比T_ref；

步驟3：取下積分球(1)的光束出射口(14)處的球蓋(12)，通過移動裝置(5)調(diào)整光源(3)的位置，使得光源(3)的光束出射孔與積分球(1)的光束出射口(14)的距離為L，由光譜儀(7)采集到反射暗場光譜R_dark；

步驟4：將夾持有參比樣品(10)的樣品夾(6)固定在積分球(1)的光束出射口(14)處，樣品與積分球(1)的光束出射口(14)緊密貼合，光譜儀(7)采集到反射參比R_ref；

步驟5：將積分球(1)的光束出射口(14)處的夾持有參比樣品(10)的樣品夾(6)取下；將夾持有測試樣品的樣品夾(6)固定在積分球(1)的光束出射口(14)處，由光譜儀(7)采集得到測試樣品總反射光強值R；

步驟6：通過移動裝置(5)調(diào)整光源(3)位置，使得光源(3)的位置與積分球(1)的光束入射口(13)的距離為L，旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180度，使得固定有樣品夾(6)的積分球(1)的光束出射口(14)朝向光源(3)，將積分球(1)的球蓋(12)固定在積分球(1)的光束入射口(13)處，由光譜儀(7)采集得到測試樣品的總透射光強值T；

步驟7：移動裝置(5)、積分球(1)、樣品夾(6)復(fù)位，回到初始位置；

步驟8：總透射率MT、總反射率MR計算公式如下所示：

步驟9：將總透射率MT、總反射率MR和固定的各項異性系數(shù)g值或經(jīng)過計算得到的各項異性系數(shù)g值代入IAD xp-version-3-9-10程序進(jìn)行計算,得到被測樣品的吸收系數(shù)μ_a和約化散射系數(shù)μ_s′。