一種便攜式太陽吸收比檢測儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測試儀器，特別是一種便攜式太陽吸收比檢測儀，主要用于航天、 航空、武器裝備、建筑涂料等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽吸收比為材料吸收與入射的太陽輻射能通量之比，由北京衛(wèi)星制造廠申請的 專利號為200810075894. 4的名稱為《太陽吸收比檢測儀》的專利公開了一種物體表面太陽 吸收比的測試儀器，其原理是將波長范圍380-2500nm的多個發(fā)光器集成在一個步進電機 控制的轉(zhuǎn)動盤上，通過電機轉(zhuǎn)動控制不同波長光源射入積分球內(nèi)壁，通過分別測試全吸收 標準試樣、全反射標準試樣和待測樣品的光強度信號，計算得到待測樣品的太陽吸收比。但 是該發(fā)明沒有覆蓋380nm以下的紫外區(qū)間，并且對步進機構(gòu)的對位精度要求高，如果對位 尺寸產(chǎn)生偏差會導(dǎo)致光路泄漏，進而對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，內(nèi)壁材料氧化鎂反射的光照度 強度較弱，影響了測量精度，另外此外該發(fā)明設(shè)備只能測量標準尺寸樣品，不能進行大面積 復(fù)雜形狀產(chǎn)品的現(xiàn)場檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種操作簡單、光譜范圍 寬、測量精度高的便攜式太陽吸收比檢測儀器。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種便攜式太陽吸收比檢測儀，包括控制系統(tǒng)、恒流驅(qū) 動源、LED太陽模擬光源、積分球、探測器，其中
[0005] 控制系統(tǒng)，從外部獲取探測指令后，控制恒流驅(qū)動源驅(qū)動LED太陽模擬光源；接收 光照度輸出信號Φη，得到并輸出待測樣品在當(dāng)前波長λ下的太陽吸收比 α；3λ為
[0007] 其中，P ^為全反射標準試樣在波長λ下的太陽反射比，φ sA為待測樣品在波 長λ下的光照度輸出信號，φωλ為全反射標準試樣在波長λ下的光照度輸出信號，φ & 為全吸收標準試樣在波長λ下的光照度輸出信號，Es(X) △ λ為波長λ占太陽總輻射照 度的百分數(shù)；
[0008] 恒流驅(qū)動源，驅(qū)動LED太陽模擬光源產(chǎn)生設(shè)定波段光源；所述的設(shè)定波段光源包 括 200nm-240nm、240nm-380nm、380nm-480nm、480nm-550nm、550nm-640nm、640nm-780nm、 780nm-l 100nm、1100nm-2500nm 波段光源；
[0009] LED太陽模擬光源，內(nèi)嵌在積分球的光源孔，產(chǎn)生設(shè)定波段光源并輸出；
[0010] 積分球，包括上半球、下半球；上半球設(shè)有樣品孔、探測器孔，待測樣品放置在樣品 孔并將樣品孔完全遮擋，下半球設(shè)有光源孔，積分球內(nèi)壁壓制涂料，對送至積分球內(nèi)壁的設(shè) 定波段光源進行漫反射；
[0011] 探測器，包括光伏探測器和光敏電阻探測器，放置在積分球的探測器孔并將探測 器孔完全遮擋，當(dāng)光源波長λ為200~IlOOnm時，光伏探測器探測積分球內(nèi)壁的漫反射 光，產(chǎn)生光照度輸出信號Φη，并送至控制系統(tǒng)，當(dāng)光源波長λ為1100~2500nm時，光敏 電阻探測器探測積分球內(nèi)壁的漫反射光，產(chǎn)生光照度輸出信號Φ 3λ，并送至控制系統(tǒng)。
[0012] 所述的積分球的開孔率為1. 7 %。
[0013] 所述的涂料的反射比不小于0· 98。
[0014] 所述的涂料壓制到積分球內(nèi)壁的溫度為50°C -100°C。
[0015] 所述的涂料壓制到積分球內(nèi)壁的壓力為2000N-5000N。
[0016] 所述的涂料為聚四氟乙烯。
[0017] 所述的涂料壓制到積分球內(nèi)壁的溫度為75°C。
[0018] 所述的全吸收標準試樣為圓柱狀，內(nèi)部為空腔結(jié)構(gòu)，上端為設(shè)有入射孔的上蓋，上 蓋下端為反射錐面，空腔內(nèi)壁開槽并發(fā)黑處理。
[0019] 所述的全吸收標準試樣對可見光吸收比為0. 99,全光段吸收比為0. 98。
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[0021] (1)本發(fā)明通過使用覆蓋200nm-380nm波段光源的發(fā)光器件與探測器、大尺寸積 分球，避免了現(xiàn)有太陽吸收比檢測儀的光譜范圍窄的缺點，具有光譜范圍寬，結(jié)構(gòu)緊湊，擬 合太陽光譜特性好的優(yōu)點；
[0022] (2)本發(fā)明克服了現(xiàn)有的太陽吸收比檢測儀對步進機構(gòu)的對位精度要求高，當(dāng)對 位尺寸產(chǎn)生偏差時，光路泄漏，測量結(jié)果有偏差的缺陷，通過在積分球外壁安裝探測器或發(fā) 光器件，產(chǎn)生光源并探測的工作過程，有結(jié)構(gòu)緊湊、測量精度高的優(yōu)點；
[0023] (3)本發(fā)明克服了現(xiàn)有的太陽吸收比檢測儀內(nèi)壁材料氧化鎂反射的光照度強度較 弱，影響測量精度的缺陷，通過在積分球內(nèi)壁壓制漫反射高的聚四氟乙烯材料，增大了光照 度強度，進而提升了測量精度；
[0024] (4)本發(fā)明克服了現(xiàn)有的太陽吸收比檢測儀尺寸大，只能測量標準尺寸樣品，不能 進行大面積復(fù)雜形狀產(chǎn)品現(xiàn)場檢測的缺陷，通過將設(shè)備小型化，具有便于攜帶、快速檢測大 面積復(fù)雜形狀產(chǎn)品的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明一種便攜式太陽吸收比檢測儀結(jié)構(gòu)原理圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明一種便攜式太陽吸收比檢測儀中積分球整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖3為本發(fā)明一種便攜式太陽吸收比檢測儀中全吸收標準黑體結(jié)構(gòu)圖；
[0028] 圖4為本發(fā)明一種便攜式太陽吸收比檢測儀中LED太陽模擬光源結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 本發(fā)明提出一種便攜式太陽吸收比檢測儀，包括控制系統(tǒng)，恒流驅(qū)動源，探測器， 積分球，LED太陽模擬光源；本發(fā)明太陽吸收比檢測儀對太陽反射比測量采用積分球，當(dāng)光 束投到積分球內(nèi)壁并經(jīng)過多次反射后，由于積分球內(nèi)壁各點具有光照度相同的特性，根據(jù) 積分球原理，當(dāng)有一束能量為F的光束投射到積分球內(nèi)壁S時，假定球的內(nèi)壁是理想的漫反 射體，光束在S處各個方向反射，積分球內(nèi)壁任一點的照度E是由S處反射光的直射照度E。 和多次漫反射的附加照度En疊加而成的，為
[0030] E = E〇+En
[0031] 直射照度E。、多次漫反射附加照度En分別為
[0034] 所以積分球內(nèi)壁任意一點的總照度E為：
[0036] 式中，F(xiàn)。為投射到積分球內(nèi)壁的光通量，R為積分球半徑，P w為積分球內(nèi)壁涂層的 太陽反射率，根據(jù)以上公式，當(dāng)光束F。投射到標準試樣R后，積分球內(nèi)壁任意一點的光照度 Er為
[0038] 當(dāng)光束F。投射到待測樣品S時，積分球內(nèi)壁任意一點的光照度E 5為
[0040] 綜上得出待測樣品太陽反射比的表示式為
[0042] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明，如圖1所示本發(fā)明太陽吸收比檢測 儀，包括控制系統(tǒng)，恒流驅(qū)動源，探測器，積分球，其中，LED太陽模擬光源的波長范圍為 200_2500nm，由鑲嵌在積分球內(nèi)壁的多個LED發(fā)光器件組成，積分球由上下兩個半球組成， 上半球留有樣品孔和探測器孔，分別放置測試樣品和探測器，積分球的下半球上留有光源 孔，LED發(fā)光器件內(nèi)嵌在積分球光源孔內(nèi)，控制系統(tǒng)負責(zé)控制多個恒流驅(qū)動源驅(qū)動發(fā)光單 元。標準樣品分別為全吸收標準試樣和全反射標準試樣；本發(fā)明太陽吸收比檢測儀在工作 時，探測器分別接收標準樣品和待測樣品在不同光源下的光照度信號，并根據(jù)光照度信號 計算得到待測樣品的太陽吸收比。
[0043] 其中，積分球直徑為120mm，積分球內(nèi)壁壓制一層聚四氟乙烯，其太陽反射比不小 于0. 98 ;樣品孔直徑為15_ ;第一探測器直徑為8_，探測器為高速光伏探測器，用于探測 波長范圍200-1100nm內(nèi)光照度信號，第二探測器直徑為5mm，探測器為PbS光敏電阻探測 器，用于探測波長范圍1100-2500nm內(nèi)光照度信號。所述的壓制設(shè)定涂料的工作過程包括 如下步驟：
[0044] (1)將聚四氟乙烯樹脂粉末涂抹在積分球球壁并壓實；（2)將外積分球模具包覆 積分球的上半球或下半球外壁，將內(nèi)積分球模具填充積分球的上半球或下半球內(nèi)腔，然后 將積分球球壁、積分球模具放入烘箱內(nèi)保溫并令粉末軟化；所述的積分球模具包括內(nèi)積分 球模具、外積分球模具；（3)利用力學(xué)性能試驗機在設(shè)定壓力下壓制內(nèi)積分球模具。
[0045] 發(fā)光器件有8個，包括波長范圍為深紫外200-240nm，紫外240-380nm，紫 380-480nm，綠 480-550nm，黃 550-640nm，紅 640-780nm，近紅外 I 段 780-1 lOOnm，近紅外 II 段 1100-2500nm。
[0046] 所述的控制器計算待測樣品太陽吸收比的公式為
[0048] 式中，P ^為全反射標準試樣在波長λ下的太陽反射比，φ sA為待測樣品在波 長λ下的光照度輸出信號，φωλ為全反射標準試樣在波長λ下的光照度輸出信號，φ & 為全吸收標準試樣在波長λ下的光照度輸出信號，Es(X) △ λ為在波長λ范圍內(nèi)占太陽 總輻射照度的百分數(shù)，P ωλ、Φωλ、Φμ為通過測量標準試樣件得到。
[0049] 本發(fā)明檢測儀結(jié)構(gòu)通過控制系統(tǒng)驅(qū)動各個恒流驅(qū)動源，控制LED模擬光源的各波 段光源依次輸出，第一和第二探測器分別獲得積分球內(nèi)壁涂層接收到的光照度輸出信號， 反饋至控制器計算得到試樣的太陽吸收比。
[0050] 積分球整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。整體采用5A06鋁合金加工而成，內(nèi)壁壓制漫反射 高的聚四氟乙烯材料，在積分球上開有孔洞，內(nèi)嵌入LE