成像法測量玻璃微珠折射率的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出成像法測量玻璃微珠折射率。其解決方案是首先在測量裝置中，顯示器1及規(guī)則成像物體2、平行光管3、玻璃微珠4、顯微鏡5、圖像采集設(shè)備6、計(jì)算機(jī)7組成共軸光路系統(tǒng)。然后在顯示器1上顯示規(guī)則成像物體2，同時(shí)顯示器1也作為光源，將其置于平行光管3前焦平面上。用顯微鏡5放大物體經(jīng)玻璃微珠4所成的倒立縮小像，并使成像清晰。之后連接圖像采集設(shè)備6，拍攝放大的物體的像，并保存在計(jì)算機(jī)7中。最后測量物距和計(jì)算像高，代入由垂軸放大率得到的化簡公式，得到玻璃微珠焦距，根據(jù)厚透鏡焦距公式反演計(jì)算玻璃微珠折射率。成像法可測量任意尺寸和折射率的玻璃微珠，測量過程易于操作、安全性高，測量結(jié)果精度也較高。
【專利說明】成像法測量玻璃微珠折射率
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及玻璃微珠折射率的直接測量技術(shù)，屬于測量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]玻璃微珠是直徑為微米量級(jí)的透明球形小玻璃珠，一定折射率的玻璃微珠具有回歸反射性，即光線入射到玻璃微珠，出射光線沿入射光線原路返回，因此玻璃微珠常用于反光材料的制作。這種反光材料具有重量較輕、強(qiáng)度高、理化性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)低、摩擦力小等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于交通、航空、工業(yè)自動(dòng)化、軍事等領(lǐng)域。影響玻璃微珠回歸反射性能的因素主要有三個(gè):粒徑、材料的光學(xué)特性、周圍環(huán)境，折射率是影響玻璃微珠光學(xué)特性的主要參數(shù)。測量制作玻璃微珠塊狀樣品材料的方法有最小偏向角法、全反射臨界角法、V棱鏡法等，但經(jīng)過高溫熔融、冷卻加工過程后，制成的玻璃微珠折射率會(huì)發(fā)生一定變化，這些測量方法具有一定的局限性。對(duì)玻璃微珠成品測量方法有彩虹法、球透鏡聚焦測量法、油浸法等。測量玻璃微珠折射率的彩虹法及其測量儀的研制本實(shí)驗(yàn)室已做詳細(xì)研究并有相關(guān)專利，如專利CN 102175646B和專利CN 2581980Y ;成像法是將玻璃微珠看作球透鏡，對(duì)規(guī)則物體成像，還沒有相關(guān)專利用成像法測量玻璃微珠折射率，有文獻(xiàn)直接測量玻璃微珠焦距和直徑，焦距則為玻璃微珠中心到像平面的距離，由于玻璃微珠尺寸較小，這種測量結(jié)果誤差較大；油浸法在測量高折射率玻璃微珠時(shí)，需匹配一定折射率的溶液，測量過程麻煩，安全性低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于上述問題，本發(fā)明通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)研究提出了成像法測量玻璃微珠折射率。與其它測量方法相比，這種測量方法的優(yōu)點(diǎn)首先是直接對(duì)玻璃微珠成品測量，消除了塊狀玻璃樣品制作玻璃微珠過程對(duì)其折射率的影響。其次，無需匹配折射率較高的溶液，提高了測量過程的安全性。此外，根據(jù)球透鏡聚焦原理，測量量為物距和像高，通過采集成像圖片，以像素為單位換算得到像高，精度較高。同時(shí)這種方法操作簡單、可重復(fù)測量，適用于不同折射率和不同粒徑范圍的玻璃微珠。
[0004]本發(fā)明特征是以下述原理為基礎(chǔ):對(duì)于不同尺寸的玻璃微珠，可以將成像法分為放大率法和透鏡成像法。放大率法在光路中加入光線準(zhǔn)直元器件，如平行光管，光能在傳播過程中損失較大，適于測量尺寸較大的玻璃微珠；透鏡成像法不加光線準(zhǔn)直器件，由于玻璃微珠尺寸較小，光源到玻璃微珠的距離較大，像平面和焦平面近似重合，即近似看作平行光入射，光能損失較小，適于任何尺寸的玻璃微珠測量。
[0005]放大率法測量玻璃微珠折射率原理如圖1所示，已知高為A的規(guī)則成像物體I置于平行光管2前焦平面上，光線經(jīng)平行光管后產(chǎn)生平行光束，邊緣物點(diǎn)J發(fā)出的兩條光線:通過平行光管中心，經(jīng)玻璃微珠折射后交于邊緣像點(diǎn)的光線；經(jīng)平行光管透鏡準(zhǔn)直，通過玻璃微珠3中心交于邊緣像點(diǎn)的光線。玻璃微珠后焦平面上所成像高為V ,調(diào)節(jié)顯微鏡4使成像清晰，用(XD相機(jī)5進(jìn)行拍攝。[0006]邊緣物點(diǎn)發(fā)出的兩條光線經(jīng)準(zhǔn)直透鏡后相互平行，球透鏡的主點(diǎn)和球心重合，?為通過準(zhǔn)直透鏡中心的光線與光軸的夾角
【權(quán)利要求】
1.成像法測量玻璃微珠折射率，其特征在于首先將測量玻璃微珠折射率所用到的元器件，如顯示器1、光線準(zhǔn)直器件3、玻璃微珠4、顯微鏡5、圖像采集設(shè)備6置于共軸光路系統(tǒng)中；其次，顯示器I上顯示規(guī)則成像物體2，將玻璃微珠4看作球透鏡，顯微鏡5對(duì)規(guī)則物體2經(jīng)玻璃微珠4所成的像放大，用成像設(shè)備6拍攝記錄放大的物體的像，并保存在計(jì)算機(jī)7中，測量物距和計(jì)算像高，代入由垂軸放大率得到的化簡公式得到玻璃微珠焦距，根據(jù)厚透鏡焦距公式計(jì)算玻璃微珠折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于:顯示器I可以為IXD、LED，用來顯示規(guī)則成像物體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于:規(guī)則成像物體2可以是黑白光柵條紋，也可以是黑白相間圓環(huán)，其占空比，即一個(gè)光柵周期內(nèi)不透明部分和透明部分可以取不同比值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于:圖像采集設(shè)備6可以為CCD攝像機(jī)，也可以為CMOS攝像機(jī)，主要是拍攝物體所成的像。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于:若圖像采集設(shè)備6靶面像素與拍攝到的圖片像素的不一致，需要經(jīng)過換算得到圖片上物體所成的像高；設(shè)CXD靶面像素為mXn，拍攝的照片像素為sXt，靶面的每個(gè)像素的尺寸為aXb (查看CXD使用說明書可知)，以水平方向像素的大小為準(zhǔn)，則拍攝圖片的像高計(jì)算公式為X=, sf為CCD拍攝的物體所成的像的水平方向的像素個(gè)數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于:顯微鏡5的作用是對(duì)規(guī)則成像物體經(jīng)玻璃微珠所成的像放大，其物鏡的放大倍數(shù)不限；設(shè)顯微鏡放大倍數(shù)為#，則實(shí)際經(jīng)過玻璃微珠4所成的像的大小為紀(jì)=|。
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7.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于:放大率法中測量像高計(jì)算玻璃微珠焦距公式為/ = ^Z0，Z0為準(zhǔn)直元件前焦距；透鏡成像法測量像高和物距計(jì)算玻璃微珠焦距公式為
ηr=~i, I為成像物體到玻璃微珠的距離。
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【文檔編號(hào)】G01N21/41GK103983608SQ201410233777
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】李大海, 張充, 李水艷, 秦雙, 王瓊?cè)A 申請(qǐng)人:四川大學(xué)