專利名稱：一種材料表面漫反射特性的測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料表面漫反射特性測量的裝置，尤其是利用光纖激光和環(huán)形光電探測器陣列測量材料表面漫反射特性的裝置。
背景技術(shù)：
在激光參數(shù)測量中，材料表面的漫反射特性是設(shè)計漫反射屏及積分球等衰減取樣結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)。在激光輻照效應(yīng)研究中，材料表面的漫反射特性測量是獲得材料的激光耦合系數(shù)的重要手段，也是開展激光輻照效應(yīng)實驗研究的基本方法，對分析激光與物質(zhì)相互作用機(jī)理具有重要意義。目前，關(guān)于材料表面漫反射特性測量，通常采用積分球法或共軛橢球法。但是這兩種方法只能測量材料表面的總反射率而不是反射率在各個方向的分布。對于材料反射特性空間分布測量，通常采用的方法是將光源入射至材料表面，并通過空間移動掃描的光電探測器得到材料反射面在不同入射角度下的反射光強(qiáng)分布，再將待測量材料轉(zhuǎn)動某個角度范圍，進(jìn)而得到材料在不同角度入射條件下的漫反射特性。這種方法只采用一只探測器，成本低，但由于要測量不同角度下的空間點光強(qiáng)分布，故測量時間長，效率低。此外對于出光中運(yùn)行耗費(fèi)較高、且穩(wěn)定性欠佳的光源如DF電激勵激光器，在移動光電探測器的過程中，光源的強(qiáng)度變化將影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。雖然對光源進(jìn)行分光以實時監(jiān)測光強(qiáng)變化是一種可行的方法，但這樣做會增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，而且復(fù)雜的光路設(shè)計也會影響到系統(tǒng)的可靠性和測量結(jié)果的準(zhǔn)確性

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于環(huán)形光電探測器陣列的材料表面漫反射特性測量裝置，克服常規(guī)單只探測器掃描測量中存在的故測量時間長，效率低等不足，并具有結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高、使用方便、對光源的穩(wěn)定性要求不高等特點。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是—種材料表面漫反射特性測量裝置，其特殊之處在于包括準(zhǔn)直光源、旋轉(zhuǎn)臺、圓環(huán)固定架、若干只光電探測器和信號記錄設(shè)備，所述的若干只光電探測器布置在圓環(huán)固定架上，光電探測器的光敏元正對圓環(huán)固定架的圓心，起始探測器和圓環(huán)固定架圓心的連線構(gòu)成起始測量線，終止探測器和圓環(huán)固定架圓心的連線構(gòu)成終止測量線，且起始測量線和終止測量線之間的夾角為270° ;所述的準(zhǔn)直光源設(shè)置在圓環(huán)固定架上，出射光方向正對圓環(huán)固定架的圓心，且出射光方向與起始測量線之間的夾角為90° ;所述的旋轉(zhuǎn)臺設(shè)置在圓環(huán)固定架的中部，旋轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)軸穿過圓環(huán)固定架的圓心，并垂直于若干只光電探測器構(gòu)成的測量平面；所述的待測量材料固定在旋轉(zhuǎn)臺上，且待測量材料的反射面穿過旋轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)軸；所述的若干只光電探測器輸出端與信號記錄設(shè)備電聯(lián)接。上述的若干只光電探測器在起始測量線和終止測量線之間等角度間隔布置。上述的旋轉(zhuǎn)臺由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。
上述的信號記錄設(shè)備為示波器或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 上述的準(zhǔn)直光源為激光器。上述的激光器為光纖激光器,且光纖激光器的輸出端設(shè)置有準(zhǔn)直透鏡。上述的圓環(huán)固定架表面經(jīng)過氧化發(fā)黑處理。本發(fā)明的有益效果如下:1、本發(fā)明采用沿圓弧布置的探測器線陣，實現(xiàn)了反射材料在同一光入射角度下不同位置處漫反射光強(qiáng)的同時測量，并通過旋轉(zhuǎn)反射材料，實現(xiàn)了不同光入射角度下材料漫反射特性的測量，具有測量效率高、時間短等特點，并降低了對光源的穩(wěn)定性的要求。2、本發(fā)明采用圓環(huán)固定架布置探測器和準(zhǔn)直光源，并采用步進(jìn)電機(jī)帶動設(shè)置在圓環(huán)固定架中部的旋轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，具有結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便和可靠性高的特點。3、本發(fā)明的探測器線陣僅僅設(shè)置在起始測量線和終止測量線之間270°的夾角范圍內(nèi)，并可滿足0-90°激光入射角范圍內(nèi)材料表面反射率的測量，在一定程度上節(jié)約了探測器數(shù)量。


圖1是本發(fā)明材料表面漫反射特性測量裝置示意圖；圖2是利用本發(fā)明測量裝置測量得到的石墨標(biāo)準(zhǔn)漫反射片的反射率參數(shù)結(jié)果；其中:1 一待測量材料；2—旋轉(zhuǎn)臺；3—準(zhǔn)直光源；4一圓環(huán)固定架；5—彳目號記錄設(shè)備；6—電連接線；7—光電探測器。
具體實施例方式如圖1所示，材料表面漫反射特性測量裝置包括準(zhǔn)直光源3、旋轉(zhuǎn)臺2、若干只光電探測器7組成的線陣和信號記錄設(shè)備5，光電探測器布置在圓環(huán)固定架4的架體上，探測器的光敏元正對圓環(huán)固定架4的圓心,起始探測器和圓環(huán)固定架圓心構(gòu)成的起始測量線以及終止探測器和圓環(huán)固定架圓心構(gòu)成的終止測量線之間的夾角為270° ;準(zhǔn)直光源3設(shè)置在圓環(huán)固定架的架體上，出射光方向正對圓環(huán)固定架的圓心，且出射光方向與起始測量線之間的夾角為90° ;旋轉(zhuǎn)臺2設(shè)置在圓環(huán)固定架4的中部，旋轉(zhuǎn)臺2轉(zhuǎn)軸穿過圓環(huán)固定架4的圓心，并垂直于若干只探測器7構(gòu)成的測量平面；待測量材料I固定在旋轉(zhuǎn)臺2上，且待測量材料I的反射面穿過旋轉(zhuǎn)臺2轉(zhuǎn)軸，并可以使得旋轉(zhuǎn)臺2帶動待測量材料I旋轉(zhuǎn)至不同光入射角度時，材料漫反射光可以入射至光電探測器7的光敏面上。圖1中的實施例中包含27只光電探測器7，光電探測器按照10°角間隔分布在270°范圍的圓周上。因為待測材料I的轉(zhuǎn)動角度最大只要求90°，故27只光電探測器即可滿足測量需求。安裝時，環(huán)形光電探測器陣列的圓心應(yīng)與轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動軸重合。為了防止裝置內(nèi)部二次反射對測量結(jié)果造成影響，裝置內(nèi)部及環(huán)形光電探測器陣列的支架均進(jìn)行氧化發(fā)黑處理。通過轉(zhuǎn)動光學(xué)旋轉(zhuǎn)臺2調(diào)整激光入射角，入射的光纖激光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后，輻照到待測材料I表面，光電探測器7接收材料表面散射光并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，電信號通過信號傳輸線6傳給數(shù)據(jù)記錄設(shè)備5進(jìn)行記錄。根據(jù)電壓信號的幅值和光電探測器的響應(yīng)率即可計算出散射光的功率，而根據(jù)待測材料I的位置，可以計算出不同光電探測器與材料表面法線之間的夾角，從而得到散射光在各個方向的強(qiáng)度分布。采用本測量方法具有結(jié)構(gòu)緊湊、測量效率高、可靠性高等特點，且對光源穩(wěn)定度的依賴性不高，提高了測量準(zhǔn)確度。圖2給出了采用本發(fā)明裝置測量得到的激光垂直入射至石墨標(biāo)準(zhǔn)漫反射片時，不同角度的探測器記錄的反射光強(qiáng)系數(shù)(相對值)結(jié)果，激光器采用波長1064nm光纖激光器。實驗結(jié)果顯示石墨標(biāo)準(zhǔn)漫反射片周圍散射光的一維強(qiáng)度分布符合余弦分布特征，這是漫反射表面的典型特征，表明測量裝置給出的測量結(jié)果是可信的，說明了該測量方法和裝置可有效用于材料表面漫反射特性的測量。
權(quán)利要求
1.一種材料表面漫反射特性測量裝置，其特征在于:包括準(zhǔn)直光源(3)、旋轉(zhuǎn)臺(2)、圓環(huán)固定架(4)、若干只光電探測器(7)和信號記錄設(shè)備(5)，所述的若干只光電探測器(7)布置在圓環(huán)固定架(4)上，光電探測器(7)的光敏元正對圓環(huán)固定架(4)的圓心，起始探測器和圓環(huán)固定架(4)圓心的連線構(gòu)成起始測量線，終止探測器和圓環(huán)固定架(4)圓心的連線構(gòu)成終止測量線，且起始測量線和終止測量線之間的夾角為270° ;所述的準(zhǔn)直光源(3)設(shè)置在圓環(huán)固定架(4)上，出射光方向正對圓環(huán)固定架(4)的圓心，且出射光方向與起始測量線之間的夾角為90° ;所述的旋轉(zhuǎn)臺(2)設(shè)置在圓環(huán)固定架(4)的中部，旋轉(zhuǎn)臺(2)轉(zhuǎn)軸穿過圓環(huán)固定架(4)的圓心，并垂直于若干只光電探測器(7)構(gòu)成的測量平面；所述的待測量材料(I)固定在旋轉(zhuǎn)臺(2)上，且待測量材料(I)的反射面穿過旋轉(zhuǎn)臺(2)的轉(zhuǎn)軸；所述的若干只光電探測器(7)輸出端與信號記錄設(shè)備(5)電聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料表面漫反射特性測量裝置，其特征在于:所述的若干只光電探測器(7)在起始測量線和終止測量線之間等角度間隔布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的材料表面漫反射特性測量裝置，其特征在于:所述的旋轉(zhuǎn)臺(2)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的材料表面漫反射特性測量裝置，其特征在于:所述的信號記錄設(shè)備(5)為示波器或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的材料表面漫反射特性測量裝置，其特征在于:所述的準(zhǔn)直光源(3)為激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的材料表面漫反射特性測量裝置，其特征在于:所述的激光器為光纖激光器，且光纖激光器的輸出端設(shè)置有準(zhǔn)直透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的材料表面漫反射特性測量裝置，其特征在于:所述的圓環(huán)固定架(4)表面經(jīng)過氧化發(fā)黑處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于環(huán)形光電探測器陣列用于測量材料表面漫反射特征的測量裝置，包括準(zhǔn)直光源、旋轉(zhuǎn)臺、若干只光電探測器和信號記錄設(shè)備，若干只光電探測器布置在一只圓環(huán)固定架的架體上，起始測量線和終止測量線之間的夾角為270°；準(zhǔn)直光源設(shè)置在圓環(huán)固定架的架體上，出射光方向正對圓環(huán)固定架的圓心，且出射光方向與起始測量線之間的夾角為90°；旋轉(zhuǎn)臺設(shè)置在圓環(huán)固定架的中部，并可帶動待測量材料繞旋轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動角度。該裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高、使用方便、對光源的穩(wěn)定性要求不高等特點。
文檔編號G01N21/47GK103076305SQ20121059100
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者馮剛, 楊鵬翎, 王振寶, 陳紹武, 邵碧波, 馮國斌, 王平, 宇文璀蕾 申請人:西北核技術(shù)研究所