CN108152251A - 一种超黑材料反射比测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超黑材料反射比测量装置及测量方法。所述装置包括：光源、声光调制器、透镜、U型光陷阱、积分球、探测器、宽动态范围信号采集器和计算机，其中：所述U型光陷阱放置于所述透镜和所述积分球之间，由一个反射镜和一个反向的U型吸光筒组成，用于吸收所述光源发出的光。本发明提供的反射比测量装置及方法实现超低反射比的准确测量。

Description

一种超黑材料反射比测量装置及方法

技术领域

本发明涉及激光测量技术领域，具体涉及一种超黑材料反射比测量装置及方法。

背景技术

材料反射比特性是材料的基础特性，反映了材料对光的调制能力。材料反射比的测量装置和方法虽然经过近百年的发展，但是其结构几乎一直是以溴钨灯(或者钨丝灯)为光源，光栅为分光器件，积分球为光收集部件的测量模式。其缺点在于，溴钨灯虽然光谱较宽，但是发光强度弱，分光后，单色辐射较弱，故测量下限受限，对于超黑材料的反射比测量无能为力。少数采用激光器为光源的设备，虽然光源较强，可以测量超低反射比，但是存在波段范围过窄，环境杂光干扰大等问题，测量结果准确度难以保证。

因此，如何提出一种方法，能够实现超低反射比的准确测量，成为亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种超黑材料反射比测量装置及方法。

第一方面，本发明提供一种超黑材料反射比测量装置，包括：光源、声光调制器、透镜、U型光陷阱、积分球、探测器、宽动态范围信号采集器和计算机，其中：所述U型光陷阱放置于所述透镜和所述积分球之间，由一个反射镜和一个反向的U型吸光筒组成，用于吸收所述光源发出的光。

第二方面，本发明提供一种超黑材料反射比测量方法，包括：

获取标准白板的***信号S1、待测样品的***信号S2和加入U型光陷阱的***信号S3；

计算所述待测样品的反射比为x＝(S2-S3)*R/(S1-S3)，其中R为所述标准白板的反射比值。

本发明提供的超黑材料反射比测量装置及方法，以超连续谱光源作为宽光谱超低反射比测量装置的光源，用声光调制器作为***分光器件，以超低发射比的光阑作为***零点，高漫射比白板作为***的量值基准点，实现超低反射比的准确测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的超黑材料反射比测量装置的结构示意图；

图2为本发明又一实施例提供的超黑材料反射比测量装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的U型光陷阱的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的超黑材料反射比测量方法的流程示意图。

附图标记说明：

01—光源； 02—声光调制器； 03—透镜；

04—U型光陷阱； 05—积分球； 06—被测样品；

07—探测器； 08—宽动态范围信号采集器；09—计算机；

10—积分球开口； 11—透镜平移台； 12—挡光光阑；

13—杂光屏蔽罩； 14—参比样品； 15—光阑；

31—光陷阱开口； 32—平面反射镜； 33—吸光筒开口；

34—吸光筒。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的超黑材料反射比测量装置的结构示意图，如图1所示，所述装置包括：光源01、声光调制器02、透镜03、U型光陷阱04、积分球05、探测器07、宽动态范围信号采集器08和计算机09，其中：所述U型光陷阱04放置于所述透镜03和所述积分球04之间，由一个反射镜32和一个反向的U型吸光筒34组成，用于吸收所述光源发出的光。

具体地，图2为本发明又一实施例提供的超黑材料反射比测量装置的结构示意图，如图2所示，所述装置包括：光源01、声光调制器02、透镜03、U型光陷阱04、积分球05、探测器07、宽动态范围信号采集器08和计算机09，还包括光阑15，杂光屏蔽罩13，其中透镜03为高纯石英透镜；

光源01发出的光入射到声光调制器22中，声光调制器02调整到合适的频率，使得输出为某波长的单色光，该单色光经过光阑15整形后，经过杂光屏蔽罩13的开口，入射到杂光屏蔽罩13的内部，经过透镜03进一步整形，入射到积分球05内部。

经过调制的单色光经过积分球05内部的漫反射，由探测器07检测到积分球05中的光信号，从而传输到宽动态范围信号采集器08，将光信号转化成***信号即电信号，进而传输到计算机09，由计算机09进行计算。

其中，探测器07检测的光信号包括被测样品06的反射信号、参比样品14的反射信号和***中增加U型光陷阱的光信号。

图3为本发明实施例提供的U型光陷阱的结构示意图，如图3所示，在检测增加U型光陷阱04的时候，U型光陷阱04必须安置在透镜03和积分球05之间。U型光陷阱04由一个反射镜32和一个反向的U型吸光筒34组成。

入射光线通过开口入射到U型光陷阱04内部，经过一个平面反射镜32反射到一端封闭的U型吸光筒中34，且必须保证入射光束的直径约等于U型吸光筒开口33的直径的一半，且全部入射到U型吸光筒34中。

U型光陷阱的总反射比原则上应当比被测样品的反射比低2个数量级，以使得***有足够高测量动态范围，保障测量的准确度。

本发明提供的超黑材料反射比测量装置，实现了宽波段范围内，超黑材料超低反射比的量值准确测量，利用该装置可以实现400nm-2500nm波段范围内的超黑材料反射比的高精度测量，量值测量下限可以达到0.001％的水平。

可选地，所述光源为超连续谱光源。

在上述实施例的基础上，所述光源为超连续谱光源，本发明实施例将超连续谱光源作为宽光谱超低反射比测量装置的光源，可以根据不用的需求，对超连续谱光源进行分光，适合用于各种不同波长的单色光。

本发明提供的超黑材料反射比测量装置，以超连续谱光源作为宽光谱超低反射比测量装置的光源，用声光调制器作为***分光器件，以超低发射比的光阑作为***零点，高漫射比白板作为***的量值基准点，实现超低反射比的准确测量。

可选地，所述装置还包括透镜平移台，用于承载所述透镜，使得光束在所述积分球的开口处的光斑最小。

在上述实施例的基础上，所述装置还包括透镜位移台6，使得透镜03可以左右移动，直至光束在积分球05开口处光斑最小，且在积分球出口10处，光斑直径小于出口直径，且光束中心和积分球入射，积分球出口的中心同心。

可选地，所述装置还包括挡光光阑，安装与所述积分球内部，用于避免样品的反射光没有经过积分球匀化直接入射到所述探测器上。

在上述实施例的基础上，所述装置还包括挡光光阑12，放置于所述积分球05内部，避免样品的反射光没有经过积分球匀化就直接入射到探测器07上，造成测量误差。挡光光阑12需要和积分球05内壁喷涂空间反射分布函数(Bidirectional ReflectanceDistribution Function，BRDF)一致的聚四氟乙烯PTFE材料。

可选地，所述积分球还包括：积分球出口，用于放置样品，所述样品法线方向与入射光束成一定角度。

可选地，所述样品法线方向与入射光束成8°夹角。

在上述实施例的基础上，所述积分球还包括积分球出口10，为一斜向切平面，用于放置被测样品06和参比样品14，保证平面样品安装后，样品法线方向与入射光束的成8度夹角。其目的在于，大部分样品(假设为镜面样品)的反射光的最大光强位于其样品镜面反射处，如果样品法线和入射光重合，则会有不可忽略的一部分能量由于反射从积分球入口处泄露，造成测量误差。

本发明提供的超黑材料反射比测量装置，以超连续谱光源作为宽光谱超低反射比测量装置的光源，用声光调制器作为***分光器件，以超低发射比的光阑作为***零点，高漫射比白板作为***的量值基准点，实现超低反射比的准确测量。

可选地，所述U型光陷阱内壁喷涂高吸光材料，其中所述U型吸光筒为多壁碳纳米管。

在上述实施例的基础上，所述U型吸光筒内壁喷涂高吸光材料，多壁碳纳米管。光线经过透镜03入射到U型光陷阱内后，在其内部被多次反复吸收，使得无法泄露出来。U型光陷阱内壁也需喷涂常规的高吸收涂层，避免光线的外泄。U型光陷阱用于排除测量过程中杂散光对测量的影响。

本发明提供的超黑材料反射比测量装置，以超连续谱光源作为宽光谱超低反射比测量装置的光源，用声光调制器作为***分光器件，以超低发射比的光阑作为***零点，高漫射比白板作为***的量值基准点，实现超低反射比的准确测量。

图4为本发明实施例提供的超黑材料反射比测量方法的流程示意图，如图4所示，所述方法包括：

S101、获取标准白板的***信号S1、待测样品的***信号S2和加入U型光陷阱的***信号S3；

S102、计算所述待测样品的反射比为x＝(S2-S3)*R/(S1-S3)，其中R为所述标准白板的反射比值。

本发明实施例提供的超黑材料反射比测量方法，基于本发明实施例提供的测量装置，在测量之前，需要将参比样品即标准白板的反射比值R测量出来，可以采用现有技术来进行测量，并对宽动态信号范围采集器进行标定，例如标定采集器的电压值和/或电流值；

通过对装置中的声光调制器进行调节，确定要测量的波长，待***稳定后，将已知反射比值R的标准白板安装在积分球出口处，记录此时宽动态信号范围采集器采集到的***信号S1；

移除标准白板，将待测量样品即超黑材料放入到积分球出口处，记录此时宽动态信号范围采集器采集到的***信号S2；

将U型光陷阱放入到透镜和积分球之间，记录此时宽动态信号范围采集器采集到的***信号S3；

将上述数据上传给计算机，计算被测样品的反射比x＝(S2-S3)*R/(S1-S3)，其中R为所述标准白板的反射比值。

本发明提供的超黑材料反射比测量方法，以超连续谱光源作为宽光谱超低反射比测量装置的光源，用声光调制器作为***分光器件，以超低发射比的光阑作为***零点，高漫射比白板作为***的量值基准点，实现超低反射比的准确测量。

以上所描述的装置以及***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

Claims (8)

1.一种超黑材料反射比测量装置，其特征在于，包括：光源、声光调制器、透镜、U型光陷阱、积分球、探测器、宽动态范围信号采集器和计算机，其中：所述U型光陷阱放置于所述透镜和所述积分球之间，由一个反射镜和一个反向的U型吸光筒组成，用于吸收所述光源发出的光。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源为超连续谱光源。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括透镜平移台，用于承载所述透镜，使得光束在所述积分球的开口处的光斑最小。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括挡光光阑，安装与所述积分球内部，用于避免样品的反射光没有经过积分球匀化直接入射到所述探测器上。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述积分球还包括：积分球出口，用于放置样品，所述样品法线方向与入射光束成一定角度。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述样品法线方向与入射光束成8°夹角。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述U型光陷阱内壁喷涂高吸光材料，其中所述U型吸光筒为多壁碳纳米管。

8.一种超黑材料反射比测量方法，其特征在于，包括：

获取标准白板的***信号S1、待测样品的***信号S2和加入U型光陷阱的***信号S3；

计算所述待测样品的反射比为x＝(S2-S3)*R/(S1-S3)，其中R为所述标准白板的反射比值。