CN103149181B - 一种玻璃透光率的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃透光率的检测装置，包括光路发射单元、光路接收单元和计算显示单元；光路发射单元包括壳体，该壳体内设有发射模块，发射模块包括光源和半透半反射器件；光路接收单元包括壳体，该壳体内设有接收模块；接收模块包括第一光伏探测器；壳体外侧设有多块磁铁，光路发射单元与光路接收单元通过磁铁对准吸合。本发明综合磁力定位和光路纠正两种方式，使检测仪在略微倾斜或错位的情况下也能得到较为可靠的紫外光、可见光、红外光的透光率数据；同时采用半透半反结构同时测量防爆膜反射率，可以较为直观的测得玻璃隔热及遮挡紫外光性能。

Description

一种玻璃透光率的检测装置

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种玻璃透光率的检测装置。

背景技术

目前中国的汽车市场已取代美国成为世界最大的新车市场，考虑到美观、隔热等因素，一般新车车窗都会贴有防爆膜。《机动车运行安全技术条件》中明确规定：前风窗玻璃及风窗以外玻璃用于驾驶人视区部位的可见光透射比应大于等于70％。优质的车窗贴膜不仅应该具有良好隔热性能，有效地阻隔汽车吸收热量，同时也应有较好的通透性，驾驶员透过车窗玻璃能够清晰地看到前方，避免交通事故。《机动车安全检测项目和方法》中指出交警在检查驾驶员两侧窗玻璃时，必要时可使用透光率计检查可见光透射比。由于目前国内检测车窗玻璃的透光率专业仪器没有大量普及，车主往往都不知道贴上防爆膜后车窗的透光率。尤其是贴上一些劣质防爆膜后，车窗的透光率较低，既不符合技术规范，也影响驾驶，埋下事故隐患。

目前市面上的透光率检测仪一般有两种测量结构，一种为凹型结构，另一种为分离式结构。凹形结构的检测仪通过将玻璃卡在凹槽中央进行检测，但这种测量方式需要玻璃周围至少一条边界没有阻隔，通常只能用来检测驾驶员两侧车窗，且检测时需将车窗摇下。由于凹槽存在一定深度，所以无法检测玻璃任意位置的透光率。

分离式结构分为发射单元和接收单元，两块单元相互独立，这种结构是可以检测玻璃任意位置透光率的。但是，由于发射单元与接收单元依靠手持对准，端口不可能做到完全重合，贴合后可能有轻微倾斜或错位，发射单元的光束无法准直进入接收单元，故测量精度较低，重复性较差。此外，目前市面上的透光率仪的功能也比较单一，只能检测玻璃的透射率，无法同时检测贴膜玻璃的隔热性和阻挡紫外线的效果。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种玻璃透光率的检测装置，结构简单，功能齐全，测量精度高。

一种玻璃透光率的检测装置，包括光路发射单元、光路接收单元和计算显示单元，所述的光路发射单元和光路接收单元位于待测玻璃两侧；其中：所述的光路发射单元包括壳体，该壳体内设有发射模块，所述的发射模块包括：

光源，其用于发射光束；

半透半反射器件，其用于透射光源发射出的光束，并将透射过的光束投射至待测玻璃；

所述的光路接收单元包括壳体，该壳体内设有接收模块；所述的接收模块包括第一光伏探测器，其接收经待测玻璃透射过的光束，并将该光束的光照度转换为电信号传送给计算显示单元，所述的计算显示单元根据该电信号计算出待测玻璃的透射率并显示；

所述的壳体外侧设有多块磁铁，所述的光路发射单元与光路接收单元通过磁铁对准吸合。

优选的，所述的光源通过第一光阑发射光束；用于准直光束，具体来说通过减小第一光阑孔径使其近似于点光源。

优选的，所述的半透半反射器件将透射过的光束通过第四光阑投射至待测玻璃；第四光阑用于拦截透镜和夹具产生的杂散光。

优选的，所述的半透半反射器件通过第一透镜接收光源发射出的光束并对其透射；采用透镜汇聚光束，使光束具有较强的穿透能力。

优选的，所述的第一光伏探测器依次通过第二透镜和第二光阑接收经待测玻璃透射过的光束；第二透镜的作用在于汇聚透射光束，通过减小光斑面积提高光束照度，利于探测器检测，第二光阑用于阻挡外界杂散光。

优选地，所述的发射模块还包括第二光伏探测器，所述的半透半反射器件接收经待测玻璃反射回的光束，并将该光束反射至第二光伏探测器，所述的第二光伏探测器将接收到的光束的光照度转换为电信号传送给计算显示单元，所述的计算显示单元根据该电信号计算出待测玻璃的反射率并显示；通过采用半透半反射器件简化***结构，通过控制透反射比来估算反射光束光强，通过采用这种结构使***具有测量反射光强的能力。

进一步优选地，所述的第二光伏探测器依次通过第三透镜和第三光阑接收经半透半反射器件反射的光束；第三透镜的作用在于汇聚透射光束，通过减小光斑面积提高光束照度，利于探测器检测，第三光阑用于阻挡外界杂散光。

优选地，所述的光源连接有驱动控制模块，所述的驱动控制模块与计算显示单元相连，其用于为光源提供工作电压，控制光源发光；通过控制光源亮暗达到减少杂散光，滤除背景噪声的目的。

优选地，所述的光路发射单元的壳体内设有三个发射模块，三个发射模块中的三个光源分别采用白光发光二极管、红外发光二极管和紫外发光二极管，所述的光路接收单元的壳体内设有与发射模块对应的三个接收模块；使***具备测量较宽光谱波段的透光率的能力。

所述的半透半反射器件采用一侧表面镀有光学薄膜的光学玻璃；光伏探测器采用光电二极管；计算显示单元由信号处理模块、DSP和人机界面构建，信号处理模块与光伏探测器连接，DSP与人机界面和信号处理模块连接。

本发明的工作原理为：光路发射单元用于发射光束，其中部分光束穿透样品玻璃，被光路接收单元接收，部分光束被样品玻璃反射回光路发射单元。光路接收单元中有紫外、可见、红外光束接收模块用于接收透射光束，并将信号传输至计算显示单元，计算出透光率；光路发射单元中的发射模块具有半透半反射器件，通过将玻璃反射回的光束反射至光伏探测器上，同样将信号传输至计算显示单元，计算出反射率。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明综合磁力定位和光路纠正两种方式，使检测仪在略微倾斜或错位的情况下也能得到较为可靠的紫外光、可见光、红外光的透光率数据。

(2)本发明通过驱动控制模块优化检测流程，减少杂散光，自动实时滤除背景噪声，提高检测精度。

(3)本发明采用多光路分时测量玻璃的可见光、红外光、紫外光透光率，简化操作步骤，可以比较全面的评估玻璃透光率。

(4)本发明采用半透半反结构同时测量防爆膜反射率，可以较为直观的测得玻璃隔热及遮挡紫外光性能。

(5)本发明采用透镜将光束汇聚后可穿透较厚的玻璃，除车窗玻璃外也适用于建筑中空玻璃的透光率检测。

附图说明

图1为本发明检测装置的结构示意图。

图2为发射模块与其对应接收模块的光学结构示意图。

图3为磁铁的摆放示意图。

图4为本发明检测装置的检测流程示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案及其工作原理进行详细说明。

如图1和图2所示，一种玻璃透光率的检测装置，包括光路发射单元、光路接收单元和计算显示单元，光路发射单元和光路接收单元位于车窗玻璃两侧；其中：光路发射单元包括壳体，该壳体内设有三个发射模块(可见光发射模块、红外光发射模块、紫外光发射模块)和一个驱动控制模块，发射模块包括光源1、第一光阑2、第一透镜3、半透半反射器件8、第四光阑4、第三透镜9、第三光阑11和第二光伏探测器10；其中：

光源1通过第一光阑2发射光束，其与驱动控制模块相连，驱动控制模块与计算显示单元相连，其用于为光源提供工作电压，并根据计算显示单元的信号控制光源发光；三个发射模块中的三个光源分别采用白光发光二极管、红外发光二极管(峰值波长为960nm)和紫外发光二极管(峰值波长为390nm)；

第一透镜3设于光源1与半透半反射器件8之间，其用于汇聚光源1发射出的光束；

半透半反射器件8用于透射经汇聚后的光束，并将透射过的光束通过第四光阑4投射至车窗玻璃，半透半反射器件8还接收经车窗玻璃反射回的光束，并将该光束通过第三透镜9反射至第二光伏探测器10；

第三透镜9设于第二光伏探测器10与半透半反射器件8之间，其用于汇聚经半透半反射器件8反射的光束；

第二光伏探测器10依次通过第三光阑11将接收到的光束的光照度转换为电信号传送给计算显示单元，计算显示单元根据该电信号计算出车窗玻璃的反射率并显示。

光路接收单元包括壳体，该壳体内设有与发射模块对应的三个接收模块；

接收模块包括第一光伏探测器7、第二透镜5和第二光阑6；其中：

第一光伏探测器7依次通过第二透镜5和第二光阑6接收经车窗玻璃透射过的光束，并将该光束的光照度转换为电信号传送给计算显示单元，计算显示单元根据该电信号计算出车窗玻璃的透射率并显示；

第二透镜5用于将经车窗玻璃透射过的光束进行汇聚后投射至第一光伏探测器7。

本实施方式中，半透半反射器件采用一侧表面镀有光学薄膜的光学玻璃；光伏探测器采用光电二极管；计算显示单元由信号处理模块、DSP和人机界面构建，信号处理模块与光伏探测器连接，DSP与人机界面、驱动控制模块和信号处理模块连接；信号处理模块用于对光伏探测器输出的电信号进行信号调理及模数转换后传送给DSP，DSP根据接收到的信号计算出车窗玻璃的透视率和反射率，并通过人机界面显示；用户可通过人机界面输入指令进而通过DSP控制驱动控制模块，以控制光源的开关及光强。

通常介质的光谱透射比可定义为τ＝Φ′/Φ，其中Φ′为介质出射的光通量，Φ为介质入射的光通量。根据光照度定义，在光接收面上的光照度等于照射在这个面元上的光通量Φ与该面元的面积S之比，即：E＝Φ/S。本实施方式的技术原理即上述两个定义，首先检测光束穿透空气后照射在探测器上的照度E(光源各光强条件对应的照度E，在DSP中均有存储)，其次检测光束穿透样品玻璃后的照射在探测器上的照度E′，由于空气的透射比基本等于1，而探测器接收面积不变，故样品玻璃的透光率可表示为τ＝E′/E。同理介质反射率r的定义为反射的光通量Φr与入射光通量Φ之比，即r＝Φr/Φ，由于已测得入射光的光照度值E，通过测量反射光的光照度值Er，即可计算得到r＝Er/E。

上述壳体外侧均设有四块磁铁，光路发射单元与光路接收单元通过磁铁对准吸合。磁铁的安装方式如图3所示，方式a为壳体上下方放置极性相反的磁铁，方式b为壳体左右放置极性相反的磁铁，方式c为盒体错位放置极性相反的磁铁。由于壳体依靠磁铁吸力固定时会发生错位或者倾斜的情况，矩形盒体中磁铁上下方空余的位置较大，而左右方空余的位置较小，采用方式b的安装的盒体错位程度略小于方式a。方式c对角位置磁铁极性相同，两单元中任意一单元旋转180度后两者仍可以吸合，这样会造成发射端口与接收端口不匹配的问题。故本实施例采用方式b安装磁铁，可以减小一定程度的错位和倾斜的情况。

通过磁力吸合的方式可以将仪器牢固地靠在玻璃上，但仪器的出射端口和发射端口严格意义上未必能准确对准，可能会有1～2mm的倾斜或错位，需要依靠光学透镜的方式纠正。本实施例中由于第一光阑2的孔径较小，可以近似看作点光源，发射出的光束经第一透镜3准直和第四光阑4过滤后光斑均匀性较好。由于第一光伏探测器7感光面积略小于光斑面积，经调试后的出射光束错位或倾斜范围在1～2mm内时，第二透镜5汇聚后的光斑基本覆盖了第一光伏探测器7的感光面，故达到纠正光路的目的。

同时，本实施方式采用第二光阑6和驱动控制模块减小杂散光和背景噪声，提高检测精度。第二光阑6的作用为阻挡外界的杂散光，保证准直光束照射在光伏探测器上。在检测时，驱动控制模块通过控制光源，使其有一定时间的延迟点亮，在这段时间内光伏探测器接收到的光信号即为背景噪声，光伏探测器将转换的电信号反馈给DSP，DSP经过换算得到暗态透光率T′，随后三个光源依次点亮，此时光伏探测器将转换的电信号传输给DSP，经换算得到亮态透光率T，最后实际透射率t＝T-T′。反射率测量过程与其相同，通过测量暗态反射率和亮态反射率，最后两者相减得到实际反射率。另外，由于光源依次点亮，探测器依次接收，这样避免了多个光源同时点亮产生的干扰信号，减少了杂散光信号。

本实施方式的检测流程如图4所示，基本分为三个步骤，分别是：***自检、测量暗态透光率及反射率、测量亮态透光率及反射率。

***自检部分是为了检测仪器各部件是否正常，同时也通过测量空气透光率确定基准。首先，在显示器上提示用户进行***自检，将发射单元与接收单元直接吸合。用户确认仪器吸合后，***开始检测，依次点亮光源。当第一光伏探测器7接收到正常信号后，将其传输至DSP，经运算得到空气透光率，同时提示用户自检通过。若***开始工作后，光源没有点亮，或是第一光伏探测器7接收的信号异常，则提示报错，并给出故障代号，用户通过查询说明书或报修，待解决故障后***重新自检。

自检通过后，显示器提示用户将仪器吸合车窗玻璃，测量暗态透光率及暗态反射率。***自动关闭光源，并开始检测。第一光伏探测器7和第二光伏探测器10分别将检测得到的背景噪声信号传输至DSP，经运算得到暗态透光率T′和暗态反射率R′。测得数据后显示器提示用户进行亮态透光率和亮态反射率测量。

***开始进行亮态透光率及反射率检测。光源依次点亮，第一光伏探测器7探测到的光信号，经转换运算得到亮态透光率T，由第二光伏探测器10的光信号可得到亮态反射率R。DSP对上述数据进行运算处理，得到车窗玻璃的三种光波段的实际透光率τ和实际反射率r。

Claims (1)

1.一种玻璃透光率的检测装置，包括光路发射单元、光路接收单元和计算显示单元，所述的光路发射单元和光路接收单元位于待测玻璃两侧；其特征在于：所述的光路发射单元包括壳体，该壳体内设有发射模块，所述的发射模块包括：

光源，其用于通过第一光阑发射光束；

半透半反射器件，其用于通过第一透镜接收光源发射出的光束并对其透射，并将透射过的光束通过第四光阑投射至待测玻璃；

所述的光路接收单元包括壳体，该壳体内设有接收模块；所述的接收模块包括第一光伏探测器，其依次通过第二透镜和第二光阑接收经待测玻璃透射过的光束，并将该光束的光照度转换为电信号传送给计算显示单元，所述的计算显示单元根据该电信号计算出待测玻璃的透射率并显示；

所述的壳体外侧设有多块磁铁，所述的光路发射单元与光路接收单元通过磁铁对准吸合；

所述的发射模块还包括第二光伏探测器，所述的半透半反射器件接收经待测玻璃反射回的光束，并将该光束反射至第二光伏探测器，所述的第二光伏探测器依次通过第三透镜和第三光阑接收经半透半反射器件反射的光束并将其光照度转换为电信号传送给计算显示单元，所述的计算显示单元根据该电信号计算出待测玻璃的反射率并显示；

所述的光源连接有驱动控制模块，所述的驱动控制模块与计算显示单元相连，其用于为光源提供工作电压，控制光源发光；

所述的光路发射单元的壳体内设有三个发射模块，三个发射模块中的三个光源分别采用白光发光二极管、红外发光二极管和紫外发光二极管；所述的光路接收单元的壳体内设有与发射模块对应的三个接收模块；

所述的计算显示单元由信号处理模块、DSP和人机界面构建，信号处理模块与光伏探测器连接，DSP与人机界面和信号处理模块连接。