一種基于積分球的材料鏡反射率和漫反射率同時測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光電測量領(lǐng)域，尤其涉及一種基于積分球的材料鏡反射率和漫反射率 同時測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以下對本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)背景進行說明，但這些說明并不一定構(gòu)成本發(fā)明的現(xiàn)有 技術(shù)。
[0003] 材料表面反射率作為表征材料輻射特性的物理量，是非常重要的參數(shù)。在航天領(lǐng) 域，由于外太空環(huán)境惡劣，太空中存在太陽輻射和其他輻射，所以航天飛行器表面的涂料， 衛(wèi)星等空間物體的外表包層等都要考慮其反射率，以防止太空輻射對其造成損害，延長其 使用壽命。在國防領(lǐng)域，準確測量材料反射率對于目標識別，空中防御，精確打擊敵對目標 以及隱身材料的性能評估都有很重要的作用。在民用領(lǐng)域，材料的反射率測量能促進鍍膜 工藝技術(shù)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。
[0004] 測量材料反射率有多種方法，其中最常用的是積分球法。不同材料的表面粗糙程 度不同，在反射光中鏡反射和漫反射的比例不同，以往的積分球法測的是鏡反射和漫反射 混雜在一起的全反射率，而不能單獨對鏡反射率和漫反射率進行測量。如圖1所示，常規(guī) 的積分球結(jié)構(gòu)包括光源、入射孔、樣品孔、擋屏、探測孔。
[0005] 對于材料的反射率測量技術(shù)方面，國內(nèi)外進行了一些研宄。1962年Dunkle等 人發(fā)明了熱腔反射計測量法來測量材料的反射率，1900年Ulbricht建造了世界上第一 個積分球，這在光度學發(fā)展史上是一件頗為重大的事件，后來此方法得到了廣泛應用，如 PerkinElmer公司的可見光測量設(shè)備和意大利頂GC的Righini以及哈工大范毅等人的脈沖 加熱裝置中都采用了積分球反射計。2000年上海技術(shù)物理所葉家福等人設(shè)計了一種近似積 分球反射計法的測量方法一橢球法。90年代美國國家標準科學研宄院提出了一種利用偏振 光測量棒狀樣品反射率發(fā)射率的方法。其中積分球方法由于簡單易用，應用廣泛，但是上述 采用基于積分球的方法不能利用一套積分球同時測量試樣的鏡反射率和漫反射率以及全 反射率。
[0006] 因此，現(xiàn)有技術(shù)中需要一種能夠解決一套積分球同時測量試樣的鏡反射率和漫反 射率及全反射率的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提出一種能夠利用一套積分球同時測量試樣的鏡反射率和漫 反射率以及全反射率的裝置及其測量方法。
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明提供一種可同時獲取材料鏡反射率、漫反射率和全反射 率的積分球，包括入射孔、樣品孔、擋屏和探測孔，其特征在于：還包括光阱，所述光阱用于 全部接收鏡面反射光束。
[0009] 較佳地，所述光阱8開口的直徑尺寸略大于試樣的鏡面反射光束5的直徑尺寸，使 得試樣的鏡面反射光束5完全進入光阱8內(nèi)。
[0010] 為達到上述目的，本發(fā)明還提供一種可同時獲取材料鏡反射率、漫反射率和全反 射率的測量方法，其特征在于包括如下步驟：
[0011] (a)在常規(guī)積分球上增加一個光阱裝置；
[0012] (b)測量已知反射率的標準板的基準信號Vst;
[0013] (c)測量樣品材料的全反射信號V ;
[0014] (d)測量樣品材料的漫反射信號Vd;
[0015] (e)數(shù)據(jù)處理，得到樣品的鏡面反射率P m、漫反射率P d以及全反射率P。
[0016] 較佳地，所述步驟（a)中，光阱8開口的直徑應略大于試樣的鏡面反射光束5的直 徑大小，以保證能夠讓試樣的鏡面反射光束5進入光阱8內(nèi)。
[0017] 較佳地，所述步驟（b)中測量已知反射率的標準板的基準信號Vst的具體方法為： 將光阱開關(guān)9處于關(guān)閉狀態(tài)，將已知反射率為P st的標準板放置在樣品孔處，將入射光束 2以合適的角度入射在標準板上，光線經(jīng)過多次反射在積分球內(nèi)均勻分布，探測器獲得基準 信號Vst。
[0018] 較佳地，所述步驟（C)中測量樣品材料的全反射信號V的具體方法為：將光阱開關(guān) 9處于關(guān)閉狀態(tài)，此時由試樣反射光源的能量中既包括散射光3又包括鏡面反射光束5,在 積分球內(nèi)經(jīng)過多次反射后最終達到均勻分布狀態(tài)，探測器獲得全反射信號V。
[0019] 較佳地，所述步驟（d)中測量樣品材料的漫反射信號Vd的具體方法為：將光阱開 關(guān)9處于打開狀態(tài)，鏡面反射光束5進入光阱8中被全部吸收，從而在積分球內(nèi)剩下的是樣 品表面漫反射的能量，在積分球內(nèi)經(jīng)多次反射后最終達到均勻分布狀態(tài)，探測器獲得漫反 射信號V d。
[0020] 較佳地，所述步驟（e)的具體步驟為：步驟（C)中得到的信號V減去步驟（d)中得 到的信號1即為樣品鏡面反射所應該得到的信號，即V m= V-V d;根據(jù)積分球的原理可獲得 鏡面反射率= Ai 漫反射率= 以及全反射率P = St , St , Vst Ο
[0021] 本申請人提出了一種基于積分球的可同時獲取材料鏡反射率、漫反射率以及全反 射率的測量方法，該方法可以快速、方便準確地獲取材料的鏡反射率和漫反射率以及全反 射率，采用該方法進行反射率測量時，需要在傳統(tǒng)的積分球裝置上增加一個光阱設(shè)計，然后 分別在打開和關(guān)閉光阱時進行測量，進行數(shù)據(jù)處理得到材料的鏡反射率和漫反射率以及全 反射率。
【附圖說明】
[0022] 通過以下參照附圖而提供的【具體實施方式】部分，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將變得更加 容易理解，在附圖中：
[0023] 圖1是常規(guī)積分球結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明的積分球結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 1.光源；2.入射光束；3.散射光；4.樣品孔；5.鏡面反射光束；6擋屏；7.探測器； 8.光講；9.光講開關(guān)。
【具體實施方式】
[0026] 下面參照附圖對本發(fā)明的示例性實施方式進行詳細描述。對示例性實施方式的描 述僅僅是出于示范目的，而絕不是對本發(fā)明及其應用或用法的限制。
[0027] 本發(fā)明提供的基于積分球的測量樣品鏡反射率和漫反射率以及全反射率的方法， 包括以下步驟：
[0028] (1)在常規(guī)積分球上增加一個光阱裝置
[0029] 在常規(guī)積分球上合適的位置增加一個光阱設(shè)計，如圖2中光阱8所示。合適的位 置是指以樣品孔為反射點，以樣品平面法線為對稱軸，與入射孔對應的積分球上的位置。光 阱8開口的直徑應略大于試樣的鏡面反射光束5的直徑大小，以保證能夠讓試樣的鏡面反 射光束5進入光阱8內(nèi)。
[0030] (2)測量已知反射率的標準板的基準信號Vst
[0031] 當光阱開關(guān)9處于關(guān)閉狀態(tài)，將已知反射率為P st的標準板放置在樣品孔處，將入 射光束2入射在標準板上，光線經(jīng)過多次反射在積分球內(nèi)均勻分布，探測器獲得基準信號 Vst〇
[0032] (3)關(guān)閉光講，測量樣品材料的全反射信號V
[0033] 當光阱開關(guān)9處于關(guān)閉狀態(tài)，此時由試樣反射光源的能量中既包括散射光3又包 括鏡面反射光束5,在積分球內(nèi)經(jīng)過多次反射后最終達到均勻分布狀態(tài)，探測器獲得全反射 信號V。
[0034] (4)打開光阱，測量樣品材料的漫反射信號Vd
[0035] 當光阱開關(guān)9處于打開狀態(tài)，鏡面反射光束5進入光阱8中被全部吸收，從而在 積分球內(nèi)剩下的是樣品表面漫反射的能量，在積分球內(nèi)經(jīng)多次反射后最終達到均勻分布狀 態(tài)，探測器獲得漫反射信號V d。
[0036] (5)經(jīng)數(shù)據(jù)處理，得到樣品的鏡面反射率P m、漫反射率P d以及全反射率P。
[0037] 步驟（2)中得到的信號減去步驟（3)中得到的信號即為樣品鏡面反射所應該得 V-Vd 到的信號，即Vm= V-Vd。根據(jù)積分球的原理可知鏡面反射率A1 漫反射率 Vd V A=Arf以及全反射率P 將得到的信號數(shù)據(jù)進行處理，便可同時測量出試 ? O 樣的鏡反射率、漫反射率以及全反射率。
[0038] 雖然參照示例性實施方式對本發(fā)明進行了描述，但是應當理解，本發(fā)明并不局限 于文中詳細描述和示出的【具體實施方式】，在不偏離權(quán)利要求書所限定的范圍的情況下，本 領(lǐng)域技術(shù)人員可以對所述示例性實施方式做出各種改變。
【主權(quán)項】
1. 一種可同時獲取材料鏡反射率、漫反射率和全反射率的積分球，包括入射孔、樣品 孔、擋屏和探測孔，其特征在于：還包括光阱，所述光阱用于全部接收鏡面反射光束。
2. 如權(quán)利要求1所述的積分球，其特征在于：所述光阱（8)開口的直徑尺寸略大于試 樣的鏡面反射光束（5)的直徑尺寸，使得試樣的鏡面反射光束（5)完全進入光阱（8)內(nèi)。
3. -種可同時獲取材料鏡反射率、漫反射率和全反射率的測量方法，其特征在于包括 如下步驟： (a) 在常規(guī)積分球上增加一個光阱裝置； (b) 測量已知反射率的標準板的基準信號Vst; (c) 測量樣品材料的全反射信號V ; (d) 測量樣品材料的漫反射信號Vd; (e) 數(shù)據(jù)處理，得到樣品的鏡面反射率Pm、漫反射率Pd以及全反射率P。
4. 如權(quán)利要求3所述的測量方法，其特征在于：所述步驟（a)中，光阱（8)開口的直徑 應略大于試樣的鏡面反射光束（5)的直徑大小，以保證能夠讓試樣的鏡面反射光束（5)進 入光阱⑶內(nèi)。
5. 如權(quán)利要求3所述的測量方法，其特征在于所述步驟（b)中測量已知反射率的標準 板的基準信號Vst的具體方法為：將光阱開關(guān)（9)處于關(guān)閉狀態(tài)，將已知反射率為P st的標 準板放置在樣品孔處，將入射光束（2)入射在標準板上，光線經(jīng)過多次反射在積分球內(nèi)均 勻分布，探測器獲得基準信號V st。
6. 如權(quán)利要求3所述的測量方法，其特征在于所述步驟（c)中測量樣品材料的全反射 信號V的具體方法為：將光阱開關(guān)（9)處于關(guān)閉狀態(tài)，此時由試樣反射光源的能量中既包括 散射光（3)又包括鏡面反射光束（5)，在積分球內(nèi)經(jīng)過多次反射后最終達到均勻分布狀態(tài)， 探測器獲得全反射信號V。
7. 如權(quán)利要求3所述的測量方法，其特征在于所述步驟（d)中測量樣品材料的漫反射 信號Vd的具體方法為：將光阱開關(guān)（9)處于打開狀態(tài)，鏡面反射光束（5)進入光阱（8)中 被全部吸收，從而在積分球內(nèi)剩下的是樣品表面漫反射的能量，在積分球內(nèi)經(jīng)多次反射后 最終達到均勻分布狀態(tài)，探測器獲得漫反射信號V d。
8. 如權(quán)利要求3所述的測量方法，其特征在于所述步驟（e)的具體步驟為：步驟（c)中 得到的信號V減去步驟（d)中得到的信號％即為樣品鏡面反射所應該得到的信號，即V m = V-V V V-VdJg據(jù)積分球的原理可獲得鏡面反射率漫反射率A/=Arf以及全 K ^ st ^ V 反射率P
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于積分球的可同時獲取材料鏡反射率、漫反射率以及全反射率的測量方法，該方法可以快速、方便準確地獲取材料的鏡反射率和漫反射率以及全反射率，采用該方法進行反射率測量時，需要在傳統(tǒng)的積分球裝置上增加一個光阱設(shè)計，然后分別在打開和關(guān)閉光阱時進行測量，進行數(shù)據(jù)處理得到材料的鏡反射率和漫反射率以及全反射率。
【IPC分類】G01N21-55, G01N21-47
【公開號】CN104833656
【申請?zhí)枴緾N201510219835
【發(fā)明人】張小龍, 張廣, 陳大鵬, 董雁冰
【申請人】北京環(huán)境特性研究所
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月30日