CN103299167A - 用于太阳能集热器管的自动光学表征的分光光度计及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于太阳能集热器管的自动光学表征的分光光度计及其操作方法，其测量玻璃管（13）的透射系数以及金属管（15）的反射系数。该装置包括执行所述测量必需的所有元件，例如支撑管（2）的光具架（1）、基座或框架（3）、以及用于该装置的光学模块、生成光束的主模块（5）、测量外部玻璃管（13）的透射系数以及内部金属管（15）的反射系数的测量模块（4）、使管得以旋转的机械***（9）、数据采集和处理电子***（6）、用于控制该装置并且处理所测量的数据的外部计算机（7）、以及位于该装置和计算机（7）之间的通信***（8）。
Description
技术领域
本发明包含在测量装置领域内，更具体地包含在测量光学参数例如圆柱表面的反射和透射系数的装置或仪器的领域内。
要被表征的表面为安装在太阳能集热器中的吸收管的表面，吸收管通常包括两个同心管：一个是内部金属管，关注的是其反射系数，一个是外部玻璃管，关注的是其透射系数。
这种装置包括进行所述测量必需的全部组件，例如支撑吸收管的光具架，其使吸收管可以进行旋转并使光学测头得以移位，光学测头对反射和透射进行测量；生成光束来测量透射和反射的模块；数据采集与处理电子***；用于控制该装置并且输出测量数据的外部计算机；以及位于本装置和计算机之间的通信***。
背景技术
从太阳热能中收集可再生能源在家用和工业领域中都具有显著的技术和经济重要性。我们使热电太阳能电站具有最重要的技术之一，通过太阳能集热管上的抛物柱型镜来聚集太阳能。
这些***需要将太阳能吸收最大化并且将可能的能量损失最小化。由于这个目的，这些***配置在真空管或类似的结构中而且具有高效的吸收涂层，前者能够减少导热和对流换热损失，吸收涂层能够吸收太阳能并且具有低发射率特性以减小由于在远红外波谱中的热辐射而造成的能量损失，其中选择性吸收涂层对***的性能起到非常重要的作用。
由于前面所描述的内容，相关的是使得用于吸收管的合适的特征***能够采用光谱分辨率来测量它们的透射和反射系数（能量吸收最大化并且能量损失最小化）并且还能确保这些值在管的所有点上的一致性。为了实现这个目标，该装置必须能够沿着管的不同点以自动的方式准确地测量反射系数和透射系数的极值（接近零或接近1），其中不同的参考标准要求在各个波长上的光谱精度（大约10nm）。
进行这种类型的光谱测量的装置被称为分光光度计。
1987年6月2日公开的美国专利US4669873描述了一种分光光度计，其用于测量在至少一个目标或层上透射、反射或者辐射的光。该光穿过由纤维基质形成的玻璃纤维线缆从测量点到达分光光度计。本专利的目标是基于单一的测量以及单一的分析***可以有多个彼此独立的测量点或者目标物，保持测量的精度。该***使用它的光谱光散射装置，所以每个光纤中的光在其波长上在不同的点上借助CCD（电荷耦合器件）被散射，例如，每个光纤有不同的角度，并且由此有不同的CCD。由此在探测过程中具有一个光纤阵列，其用于对由使用的不同光纤所收集的不同采样点进行单独以及同步的光谱研究，其中每个光纤具有属于自己的CCD。
1990年5月公开的美国专利US4921351描绘了一种分光光度计，其使用脉冲管氙灯发出的光测量目标物的反射系数以在测量时间内发射数个闪光并且通过高通滤波器过滤环境光。
1998年9月公开的美国专利US5815254描绘了一种具有两个测量模式的设备，一个用于测量透射系数并且另一个用于测量反射系数。该设备包括两个光通道，每个光通道均有对直接光和参考光进行测量的探测器。仅使用两个通道的优点在于它使我们得以现场使用小型装置。光通道优选由光纤构成，并且还可以由透镜和镜子构成。光仅仅通过光纤被注入以实现对透射系数的测量。对于反射系数的测量，目标物被数个光纤照亮，全部的光纤布置成一个圆周并且以45°角被引入，所以全部光纤的反射都收集在一个单一光纤中以将信号带到探测器。
2003年5月公开的美国专利US6559941描述了一种UV-VIS分光光度计，其具有脉冲氙灯光源和固态探测器。探测器的动态范围通过修改光源脉冲中发射的功率以及单色仪入口处的缝隙宽度而缩小。该专利涉及由灯产生的脉冲的空间不均匀性，其在采用固态探测器取代光电倍增管进行探测的设计中必须被考虑。
2009年8月公开的美国专利US2009/0213371A1描述了一种具有两个探测器的分光光度计，两个探测器不同的光谱范围相互重叠以覆盖比每个探测器单独使用时的光谱范围大的光谱范围。该专利描述了包含有光生成和光探测电子器件和光学器件的主模块、以及测量或测试模块，二者通过两个光纤连接。主模块可以通过USB连接到PC。测量模块可以根据每个不同目标物的形状而定制，并且进行更换。其仅用于将光投射到样品上并且收集反射的光，反射的光返回到主模块用于通过光纤对其进行探测。其使用光纤束。衍射网络置于主模块的探测部分，所以探测器布置在不同的位置以收集与衍射网络的出射角相对应的光谱，也就是说，两个探测器被使用但是光束并没有被拆分（以避免损失能量）；相反，光谱随着衍射网络的出射角在空间上分开。
前述装置或其它类似的任一装置都因为范围、灵敏度、和/或机械结构而无法满足太阳能集热器的吸收管对自动表征的必要需求。
发明内容
光具架、分光光度计、以及用于在管的任一点对反射系数和透射系数进行同步以及自动表征的太阳能集热器的吸收管的表征方法。
本发明考虑到了设计的具体特征，满足诸如适当自动化、精确性、测量进行速度、灵敏度以及动态范围这样的需求。
本装置对外玻璃管的透射系数和内金属管的反射系数进行测量。本装置对由单色仪确定的不同波长进行测量，单色仪在光谱上过滤从白光灯获得的光束。测量可以在管的任一点自动地进行。
为了自动实现对管的任一点表征的过程，本装置结合有管旋转***，其使管可以至少旋转±180°，以及线性位移***，其使测量模块可以沿着管的整个长度并且在管的长度之外移动还使分光光度计得以基于框架进行校准。
为了以同步和独立的方式对透射和反射进行测量，本装置生成两个光束，一个用于透射并且另一个用于反射，这两个光束从相同光源获取并且在不同频率上标记以在探测时能正确区分。这两个光束在主模块中生成，主模块保持固定在测量架上以使光源更稳定和耐久。这两个光束通过两个多模光纤到达测量模块，在测量模块中进行测量并且测量模块通过线性位移***沿着管的长度移位。
为了获取具有波长分辨率的***，管的照明采用单色仪和覆盖能够获得期望特性的波长范围的白光组成的***执行，该波长范围优选地位于300nm到2,500nm（紫外到接近红外）之间，其分辨率由收集光束的光纤的尺寸确定。本装置可以测量所期望的尽量多的波长，根据每种情况中可应用的参考标准，波长增量或步长的范围可以从1nm到几十纳米。为了获取覆盖紫外到接近红外的光谱范围，本装置设置两个光电探测器，它们在不同的测量点具有不同的重叠光谱响应，光信号通过光束拆分器同时抵达。数据处理***将确定对于每个波长要处理的来自每个探测器的信号。
为了在光源功率发生变化并且用在分光光度计中的多模光纤的模式发生变化以将光引向管的情况下获取稳定的测量，本装置同步地对被测管的每个点的透射系数和反射系数进行测量，同时对于它们中的每一个还以同步的方式进行直接光（透射的和反射的）的测量以及对应的参考测量。
由于测量模块从一个点移动到另一个点时模式的分配将根据光纤的位置改变而变化，并且为了在多模光纤的传播模式之间光功率的分布发生变化时获取稳定的测量，测量透射和反射的光学***包括光圈，其对于直接光和参考光的测量是相同的。
为了确保通过管的全部光都被直接透射光探测器所测量，光学***包括直径是光束在光线收集点处尺寸的至少两倍的透镜，以保证在光线轨迹发生变化时光线在测量探测器上正确聚焦。
为了确保被管反射的全部光线都被直接反射光探测器所测量，光学***包括直径是光束在光线收集点处的尺寸的至少两倍的透镜，以保证在光线轨迹发生变化时光线在测量探测器上正确聚焦。
光反射和透射***的目标物和成像的焦距与距离比，在直接光测量和参考测量两种情况下，能够使探测器中聚焦的光束的尺寸小于对探测器敏感的区域的尺寸。
为了获取能够使反射和透射系数的值非常小或者非常接近于1准确的高灵敏度测量，采集***需要具有足够高的信噪比。假设背景光信号主要来自环境光，环境光可以是高亮度的，那么对所述信号执行某种类型的能够获得高信噪比的处理是必须的。在这种情况下，最适合的处理就是通过应用某些提取算法的数字信号处理，提取算法例如同步检波或锁定。为了执行这种类型的处理，要被测量的信号需要容易地从背景噪声中区分出来，这通常通过采用某种类型的调制而实现。本***采用旋转螺旋或斩波器***将用作透射通道的光信号以及用作反射通道的光信号调制到不同频率上。
这种类型的装置的另一个必不可少的特征在于能够以舒适且灵活的方式管理和控制个人电脑。在本发明中，该特征通过采用USB端口进行通信而得以解决。
测量装置的大体结构如下：
-作为支撑管、主模块、测量模块、框架或基座、管旋转***、以及测量模块的线性位移***的光具架的外形结构。
-在主模块中生成测量透射和反射的两个光束，主模块由如下各部分形成：
■白光源，优选为氙灯或卤素灯
■覆盖期望被表征的光谱范围的单色仪，光谱范围优选地从300nm到2,500nm。
■生成两个测量光通道的光学***，两个测量光通道优选地采用斩波器技术在不同频率上调制并且具有多模光纤输出。
-光学连接主模块的两个多模光纤，主模块保持固定到测量模块，测量模块沿着管长度和基座或框架移动。
-在测量模块中实现对管的照明以及对光信号的测量，其中光信号对表征管的透射系数和反射系数是必需的，测量模块由如下各部分形成：
■执行透射测量的光学***，由诸如透镜、光束拆分器、以及光圈等元件组成，还有用于正确表征玻璃管的透射所必需的机械和电子器件。
■执行反射测量的光学***，由诸如透镜、光束拆分器、以及光圈等元件组成，还有用于正确表征金属管的反射所必需的机械和电子器件。
■执行目标信号的采集和模拟/数字转换功能的数字电路。
-在主模块和测量模块之间用于传递所测量的电子信号和数据的连接，优选地为USB连接。
-使测量单元得以沿着管的长度和框架或基座移动的线性滑块。
-用于管且使管能够以控制器方式至少旋转±180°的机械支撑***。
-与任一具有合适的测量软件的个人计算机通信的通信***，在优选的实施例中，通过USB端口进行通信。
-控制***整体运行的中央处理单元，其选取与每个时刻使用的通道相对应的电子元件并且控制内部和外部通信。
-安装在与本装置一起使用的计算机中的软件，其对于执行与计算机之间的通信以及随后对获取信息进行的处理都是必需的。该处理包括对信号进行处理以消除噪音并且存储以合适的格式获取的数据。
本发明的优点和先进之处之一在于本***能够以自动方式在选取的任意一个或多个点上对管的透射系数和反射系数进行测量，具有高的光谱分辨率并且光谱范围能够以简单的方式配置且调节为与每种情形相适用的规则。
附图说明
为了帮助更好地理解本发明的特性，一组仅仅起指示作用而非限制作用的附图与说明书一起如下：
图1表示测量装置的图像，包括光学测量架、***的光学模块、控制该装置的外部计算机、以及在装置和计算机之间进行通信的通信***。
图2表示的是给出的实施例的测量装置的示意图，包括光学***和电子器件，还有执行信号的模拟/数字转换功能以及与PC通信的数据采集卡。
图3表示聚焦以及测量模块的反射架的参考测量面的视图。
图4表示测量模块的反射架的直接测量面的视图。
图5表示测量模块的透射架的视图。
图6表示测量模块的透射和反射架的视图，包括对用于测量透射和反射的光束进行图示。
附图中所用到的参考标记：
（1）测量架
（2）被测管
（3）框架或标准管
（4）测量模块
（5）主模块
（6）具有模拟/数字转换器的数字采集电子***
（7）数据处理和控制计算机
（8）通信***
（9）管旋转机械***
（10）线性位移单元
（11）光滤波器组
（12）测量透射系数的光通道
（13）外部玻璃管
（14）测量反射系数的光通道
（15）内部金属管
（16）单色仪
（17）白光源
（18）采用斩波器的光信号调制***
（19）光缆槽链
（20）准直透镜，透射通道
（21）获取参考的透射光束拆分器
（22）用于对透射通道进行直接测量的聚光透镜
（23）用于透射通道进行直接测量的铟镓砷探测器
（24）用于透射通道的直接测量的硅探测器
（25）用于直接测量的透射光束拆分器
（26）用于透射通道的参考测量的聚光透镜
（27）用于参考测量的透射光束拆分器
（28）用于透射通道的参考测量的铟镓砷探测器
（29）用于透射通道的参考测量的硅探测器
（30）用于反射通道的聚焦透镜
（31）用于反射通道的直接测量的聚光透镜
（32）用于直接测量的反射光束拆分器
（33）用于反射通道的直接测量的铟镓砷探测器
（34）用于反射通道的直接测量的硅探测器
（35）用于反射通道的参考测量的聚光透镜
（36）用于参考测量的反射光束拆分器
（37）用于反射通道的参考测量的铟镓砷探测器
（38）用于反射通道的参考测量的硅探测器
（39）调制信号
（40）测量到的模拟电信号
（41）采用数字输出的控制
（42）反射架
（43）透射架
（44）反射光束通道的窗口
（45）测量透射的光束
（46）测量反射的光束
（47）命令
（48）数据
（49）光束拆分器
（50）光圈
具体实施方式
根据优选实施例，本发明的装置包括测量架（1），被测管（2）放置在其上；以及分光光度计，其由如下模块所组成：测量反射和透射系数的测量模块（4），为反射和透射这两个光通道生成光束的主模块（5）；具有模拟/数字转换器（6）的数据采集和处理电子***；以及外部计算机（7）、以及位于本装置和所述计算机之间的通信***（8），优选地按照图1的详细描绘进行布置。
被测管（2）以如下的方式放置在测量架（1）上，即其末端固定到使被测管得以旋转至少180°角的轴承和旋转***（9）上。线性位移单元（10）以如下的方式支撑测量模块（4）在管（2）的下部，即测量模块（4）可以沿着被测管（2）的长度方向移位并且还能够到达测量架（1）放置框架管（3）的区域，框架管（3）使测量得以正确的校准。根据测量模块（4）的位置和被测管（2）的旋转位置，本装置可以以自动的方式对管（2）上的任意一个点或多个点的反射和透射系数进行测量。
光学***是本装置的关键部分，因为它必须能够以要求的精度和舒适度对管的透射和反射进行同步的测量。为了实现后面的内容，给出一个根据图2的优选实施例，其详细地描绘了分光光度计的原理设计图。
分光光度计在主模块（5）内包括两个光通道，第一通道测量外部玻璃管（13）的透射系数（12），并且第二通道测量内部金属管（15）的反射系数（14）。这两个光通道由单色仪的输出光束生成，其中单色仪选择来自单个白光源（17）的光信号的期望波长，白光源可以是氙灯或卤素灯。用于转换的滤波器组（11）确保在单色仪的输入端消除测量的光谱范围内的谐波。
为了在测量信号时获得高的信噪比，最恰当的过程是采用提取算法程序处理信号，提取算法例如同步检波或锁相。为了执行这种类型的处理，要测量的信号需要容易地从背景噪声中被辨别出来，这通常通过采用某种类型的调制来实现。为了实现前述内容，每个光通道（12，14）通过斩波器（18）在不同的低调制频率（39）上进行调制强度，使得每个通道均实现同步检波或单独锁相。因为这种方式，反射和透射系数的测量是同步的并且不受环境光的影响。该过程在计算机（7）中以数字形式执行，为此必需采用采集卡（6）进行在先的模拟信号转换。
这两个调制后的光通道（12，14）被两个大面积多模光纤通过光缆槽链（19，图1）引到测量模块（4）。
对于每个光通道（12，14），分光光度计同时包括两个测量，一个是直接信号测量，根据通道通过外管（13）或内管（15）透射，以及第二个测量，反射信号的测量。对于每个测量，分光光度计均采用两个探测器（23-24，33-34），它们以如下的方式响应光谱重叠，即探测器组覆盖的光谱范围大于每个单独的探测器所覆盖的光谱范围。
在透射测量通道（12），多模光纤出口的光束通过光学透镜（20）在工作频率范围之内被校准，并且被光束拆分器（21）所拆分以生成用于直接测量的光束和用于参照测量的光束。该透镜（20）用作光学***的光圈以确保在光纤模式分配变化时进行稳定的透射测量。一方面，直接测量光学信号被引导通过被测玻璃管（13），并且接着被第二透镜（22）所收集，第二透镜的直径大于***的光圈，以确保当光束穿过曲面玻璃管（13）发生光束偏离时仍能在整体上实现对光束的捕获。第二透镜（22）将光学信号通过光束拆分器（25）之后聚焦在两个大面积探测器（23）和（24）上，光束在光束拆分器（25）被拆分并被指引朝向所述探测器。这两个探测器其中之一为硅探测器并且另一个为铟镓砷探测器以覆盖从300nm到2,500nm的光频范围。另一方面，参考测量光学信号被透镜（26）所收集，该透镜的直径大于***（20）的光圈以确保捕获整个光束。该第二透镜（26）将光信号通过光束拆分器（27）后聚焦在两个大面积探测器（29）和（29）上，光束在光束拆分器（27）被拆分并被指引朝向所述探测器。这两个探测器其中之一为硅探测器并且另一个为铟镓砷探测器。
在反射测量通道（14），多模光纤出口处的光束被光束拆分器（49）拆分以生成直接测量光束和参考测量光束。光圈（50）放置在光束拆分器的前面以确保对光纤模式分配的变化进行稳定的反射测量。另一方面，直接测量光束通过光学透镜（30）被聚焦在金属管（15）的表面上，并且在金属管（15）中反射的光束被第二透镜（31）收集，第二透镜的直径大于光束在该点的尺寸；由此，确保了光束在曲面金属管上进行反射而发生偏离时捕获整个光束。该第二透镜（31）将光束通过光束拆分器（32）后聚焦在两个大面积探测器（33）和（34）上，光束在光束拆分器（32）被拆分并被引向所述探测器。这两个探测器其中之一为硅探测器并且另一个为铟镓砷探测器以覆盖从300nm到2,500nm的光频范围。另一方面，参考测量光信号被透镜（35）所收集，该透镜的直径大于光束在该点的直径以确保捕获全部的光束。该第二透镜将光信号通过光束拆分器（36）后聚焦在两个大面积探测器（37）和（38）上，光束在光束拆分器（36）被拆分并被指引朝向所述探测器。这两个探测器其中之一为硅探测器并且另一个为铟镓砷探测器。
在测量模块（4）的探测器中探测或测量到的模拟电信号（40）在电子数据采集***（6）中通过模拟/数字转换器被转换成数字信号，并且被送入计算机（7）进行处理。
测量模块中光学***各元件的布置是关键，因为无论是以一定角度入射还是在对测量进行修正的情况下都必须能够在管的相同部位上正确测量透射和反射系数。我们建议图3、4、5和6所示的实施例作为实现前述内容的优选实施例。
测量反射系数的光学***放置在反射架（42，图3）上，反射架为一个楔形基座，使得光束在金属管上的入射角为15°。如图3所示，形成反射光束（49，50，30）的聚焦***的光学器件与测量反射参考信号（35，36）的光学和电子***一起设置在该基座的一侧上，该基座位于金属管的表面。用于探测金属管反射的光束的探测器（33,34）中的聚光和聚焦光学元件以及测量直接反射信号（31，32）的电子元件设置在基座的另一侧（图4）。
测量透射系数的光学***设置在透射架(43)上，其为一个平面基座，如图5所示。形成透射光束（20，21）的准直***的光学器件与测量透射参考信号的光学和电子***（26，27，28，29）一起设置在基座的一侧上，该基座顺着玻璃管（13）的方向。对穿过玻璃管（13）的光束进行探测的探测器的聚光和聚焦光学元件（23，24，25）以及测量直接透射信号的电子元件设置在基座的另一侧上。被测管（2）以及使偶然反射的光束以及由金属管（15）反射的光束得以通过的窗口（44）设置在这两个光学***之间。
如图6所示，测量透射系数和反射系数的***相对于彼此以这样的方式设置，即它们测量的玻璃管（13）与金属管（15）上的各个点位于管相同的纵向位置上。光学透射***以如下方式放置，即其光学入射轴（45）横向于管的轴线，并且光学反射***位于其下方以如下方式放置，即其光学入射轴（46）纵向于管的轴线。依此，确保对金属管（15）的位置变化具有更大的容忍度，并且也在光线在玻璃管（13）里面沿着相同路径来回移动发生衰减时对测量的反射系数能够进行正确的修正。
玻璃管（13）的透射系数测量值基于直接测量光束以及参考测量光束中测量的光信号而得出，由于玻璃管（13）的弯曲，所以考虑对透射系数进行修正。
金属管（15）的反射系数测量值基于直接测量光束以及参考测量光束中测量的光信号而得出，由于在金属管（15）反射系数的测量中金属管（15）对其有衰减，所以考虑对反射系数进行修正。
透射系数和反射系数的测量同步进行。
根据波长，光滤波器（11）设置在装置中用于消除探测器中的谐波和增益以使每个探测器接收到的信号的水平适应每个探测器的测量范围。光探测器之后有两级放大，其增益取决于所包含的电阻的值。这些电阻中的一个可以是数字电位计，其值可以通过软件控制并且可以在任意时间使用模拟/数字转换***（6）的数字输出（41）来调节每个通道的增益。
安装在控制计算机（7）中的程序可以使用编制在数据采集和处理电子***（6）中的命令（47）执行在测量过程中所有必需的功能，包括选取单色仪（16）中的测量波长，选取设置在单色仪的输入端的滤波器（11），选取探测器中的增益，选取测量头沿着管的长度所处的位置以及管的旋转位置，以及为了后续处理和储存而读取所获得的数据（48）。
本装置的运行方法，包括下面的步骤以获取管的反射和透射系数：
1．将管（2）放置在架（1）上。
2．打开本装置的白光灯（17）。
3．选取管的测量点以及***的测量波长。
4．本装置将依次使管旋转到位并使测量模块（4）位于各个所配置的测量点。单色仪（16）在这些点的每一个上执行选取光谱的扫描。在透射和反射探测器中获取的关于每个波长的数据使用其参考测量来归一化。根据波长，光滤波器（11）设置在本装置中用于消除探测器中的谐波和增益以使每个探测器接收到的信号水平适应在每个探测器的测量范围。
5．然后关于每个波长的管的透射系数和反射系数通过测量得到；系数的这个最终值也可以通过参考已知的框架而获得。
6．对应于框架（3）的值存储在本装置中并且事先通过校准过程获得，校准过程需要使用具有已知透射和反射系数的管（3）。该校准遵照上述程序中的步骤2到4执行。
由此，本装置的工业应用是对安装在太阳能集热器中的吸收管类型表面的表征，吸收管通常包括两个同心管：一个内金属管，关注的是其反射系数，以及一个外部玻璃管，关注的是其透射系数。即使它的设计对于这种类型的表面是特定的，它还可以用于具有类似特征的任何类型的应用中。
Claims (25)
1.用于由内部金属管（15）和外部玻璃管（13）形成的太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于该分光光度计放置在测量架（1）上，要被表征的管（2）放置在测量架中，该分光光度计包括：
-主模块，其产生测量外部玻璃管（13）的透射和内部金属管（15）的反射的光束；
-测量模块（4），其以自动的方式沿着管（2）的长度放置并且在每个点上对内管（15）的反射系数和外管（13）的透射系数进行测量；
-具有模拟/数字转换器（6）的数据采集和处理电子***；
-用于控制该装置并且对所测量的数据（48）进行处理的外部计算机（7）；
-位于该装置和计算机（7）之间的通信***（8）以及该装置的其余部分。
2.根据权利要求1所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于测量架（1）包括用于管（2）旋转的机械***以及用于沿着管（2）的长度移动测量模块（4）的线性位移单元（10）。
3.根据权利要求1所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于主模块（5）包括白光源（17）；位于光源（17）出口的一组滤波器（11），确保位于测量的光谱范围内的谐波消除；位于这些滤波器出口的单色仪（16）选取光信号的期望波长，位于单色仪（16）出口的生成两个光通道（12，14）的两个多模光纤以及通过斩波器（18）对两个通道（12，14）中的光信号进行调制的调制***。
4.根据权利要求1所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于主模块（5）和测量模块（4）采用放置在光缆槽链（19）中的两个大面积多模光纤进行连接。
5.根据权利要求4所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于测量模块（4）同步进行两个测量，用于测量透射或透射系数以及用于测量反射或反射系数：一个直接信号测量以及第二个参考信号测量，其中直接信号经外部玻璃管（13）透射或者被内部金属管（15）反射。
6.根据权利要求5所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于在工作频率范围内安装光学透镜（20）以对位于多模光纤出口的光束进行校准并且在测量透射系数（12）中用作位于多模光纤出口后方的***的光圈。接着，安装有光束拆分器（21）以生成用于直接测量的光束和用于参考测量的光束。
7.根据权利要求6所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于安装有用于直接测量的直径大于***光圈（20）直径的第二透镜（22），第二透镜捕获通过管（13）的玻璃曲面的全部光束并且在透镜（22）后方安装有将光信号拆分并聚焦在两个大面积探测器（23）和（24）上的光束拆分器（25）。
8.根据权利要求6所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于安装有用于参考测量的直径大于***光圈的直径的透镜（26），该透镜将光信号通过光束拆分器（27）后聚焦在两个大面积探测器（28，29）上，光信号在拆分器（27）被拆分并且被引向所述探测器（28，29）。
9.根据权利要求5所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于在测量反射系数时光圈（50）放置在多模光纤出口的后方，以确保对反射系数的稳定测量。接着，安装有光束拆分器（49）以生成用于直接测量的光束和用于参考测量的光束。
10.根据权利要求9所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于安装有将光束聚焦在金属管（15）的表面上光学透镜（30），并且在其后方设有直径大于光束在该点的尺寸的第二透镜（31）。该第二透镜（31）将光束通过光束拆分器（32）之后聚焦在两个大面积探测器（33，34）上，光束在该光束拆分器上被拆分并被引向所述探测器。
11.根据权利要求9所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于安装有用于参考测量的直径大于***的光圈的直径的透镜（35），其将光信号通过光束拆分器（36）之后聚焦在两个大面积探测器（37，38）上，光束在该光束拆分器上被拆分并被引向所述探测器（37，38）。
12.根据权利要求7、8、10和11中任一项所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于使用的探测器（23-24，28-29，33-34，37-38）具有以如下方式重叠的响应光谱，即探测器组所覆盖的光谱范围大于单独使用每个探测器所覆盖的光谱范围。
13.根据权利要求12所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于在每对探测器中，一个探测器为硅探测器并且另一个为铟镓砷探测器以覆盖从300nm到2,500nm的光学频率范围。
14.根据权利要求12所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于光探测器之后具有基于电阻的两级放大。
15.根据权利要求14所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于电阻可以是数字电位计，其值可以由软件控制。
16.根据权利要求1所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于测量反射系数的光学***放置在反射架（42）上，反射架为楔形基座。
17.根据权利要求16所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于楔形使得光束在金属管上的入射角为15°。
18.根据权利要求16所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于形成对金属管表面反射光束进行聚焦的聚焦***的各光学元件与用于测量参考反射信号的光学和电子***一起放置在反射架（42）的一侧，并且对金属管反射的光束进行探测的探测器中的各光学聚光和聚焦元件以及用于测量直接反射信号的电子元件放置在架（42）的另一侧。
19.根据权利要求1所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于测量透射系数的光学***放置在透射基座（43）上，透射基座为平面基座。
20.根据权利要求19所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于形成通过玻璃管的透射光束的准直***的各光学元件与测量参考透射信号的光学和电子***一起放置在透射架（43）的一侧，并且对通过玻璃管的光束进行探测的探测器中的各光学聚光和聚焦元件以及测量直接透射信号的电子元件放置在另一侧。
21.根据权利要求16和19所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于被测管（2）和使伴随反射的光束以及由金属管反射的光束得以通过的窗口（44）放置在这两个光学***之间。
22.根据权利要求21所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于光学透射***以如下方式放置，即入射光束的轴（45）横向于管（2）的轴线，并且光学反射***位于光学透射***下方，以如下的方式放置，即入射光束的轴（46）纵向于管的轴线。
23.根据权利要求1所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学表征的分光光度计，其特征在于数据采集和处理电子***（6）具有模拟/数字转换器，其接收（40）在测量模块（4）中探测到的模拟电信号并且将它们送入到计算机（7）中对它们进行处理。
24.根据权利要求1所述用于太阳能集热器管（2）的自动光学特性的分光光度计，其特征在于控制（47）对所测量的数据进行处理的处理***的外部计算机（7）具有安装在控制计算机（7）中的程序，该程序可以使用（47）编制在数据采集和处理电子***（6）中的命令以在测量过程中执行所有必要的功能，包括选取单色仪（16）的测量波长，选取放置在单色仪入口处的滤波器（11），选取探测器的增益，选取测量头沿着管的长度所在的位置以及管的旋转位置，并且读取获得的数据（48）用于它们的后续处理和存储。
25.操作前面的权利要求中所述的分光光度计的方法，其包括如下的步骤以获取管的反射和透射系数：
1．将管（2）定位在架（1）上。
2．打开该装置的白光灯（17）。
3．选取管的测量点以及***的测量波长。
4．该装置将以连续的方式使管定位在旋转位置以及使测量模块（4）定位在每个所配置的测量点。单色仪（16）在这些点的每一个上执行所选取的光谱扫描。在透射和反射探测器中获得的对于每个波长的数据利用它们的参考测量来归一化。根据波长，光滤波器（11）设于本装置中用于消除探测器中的谐波和增益以使在每个探测器中接收的信号水平适应于每个探测器的测量范围。
5．然后获取管对应于每个测量波长的透射和反射系数；系数的这个最终值还可以通过参考已知的框架而获得。
6．与框架（3）对应的值存储在该装置中并且事先采用校准过程获得，校准过程需要使用具有已知的透射和反射系数的管（3）。该校准遵照该程序中的步骤2到4执行。
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