一种固体材料双向反射分布函数测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种固体材料双向反射分布函数测量装置，属于材料辐射特性测量技术领域。所述装置包括样品座、测量孔、光纤匹配套管、分路反射探测光纤束、激光器控制台、光功率计、光纤、紧定螺钉、球形罩壳、升降螺栓和电脑。所述固体材料双向反射分布函数测量装置具有结构简单、操作方便等特点。

A device for measuring bidirectional reflectance distribution function of solid materials

The invention provides a bidirectional reflection distribution function measuring device for solid materials, which belongs to the technical field of material radiation characteristics measurement. The device comprises a sample holder, a measuring hole, an optical fiber matching sleeve, a shunt reflection detection optical fiber bundle, a laser console, an optical power meter, an optical fiber, a fastening screw, a spherical housing, a lifting bolt and a computer. The measuring device of bidirectional reflectance distribution function of solid material has the characteristics of simple structure and convenient operation.

【技术实现步骤摘要】
一种固体材料双向反射分布函数测量装置
本专利技术涉及一种固体材料双向反射分布函数测量装置，属于材料辐射特性测量

技术介绍
双向反射分布函数(BRDF)最早是由美国学者Nicodemus于1970年提出，用以描述各种不同表面的空间反射分布特性，主要由材料表面的粗糙度、材料的介电常数、入射光的波长以及入射光的偏振特性等因素共同决定。双向反射分布函数广泛应用于航空航天、遥感探测、计算机图像处理、自然灾害及气候研究等诸多领域，除此之外，双向反射分布函数的测量结果也可以用于得到一些目标材料的发射率及吸收率。在激光主动探测、道路交通安全等领域更需要与入射光逆向的反射特性—后向反射特性。目前，常见的BRDF测量装置都着眼于与入射光方向不同的其他方向的反射量，较少涉及后向反射。少有的几种针对后向反射的测量装置都具有光路复杂、调节困难的缺点，很难实现对含后向反射的BRDF的快速、简便的测量。
技术实现思路
本专利技术为了解决当前含后向反射的BRDF的测量装置测量相应速度慢，结构复杂的问题，提供了一种简便快速、全方向的样品双向反射分布函数的测量装置，所采取的技术方案如下：一种固体材料双向反射分布函数测量装置，所述装置包括样品座1、测量孔3、光纤匹配套管4、分路反射探测光纤束5、激光器控制台6、光功率计7、光纤8、紧定螺钉9、球形罩壳10、升降螺栓11和电脑12；所述样品座1通过升降螺栓11安装于所述球形罩壳10内部；所述样品座1上设有左右对称的两个紧定螺钉9；所述测量孔3均匀分布于所述球形罩壳10上；所述球形罩壳10的壳体上设有两个光纤匹配套管4；一个所述光纤匹配套管4通过分路反射探测光纤束5与所述激光器控制台和光功率计7进行信号传输；另一个所述光纤匹配套管4通过光纤8与光功率计7进行信号传输；所述光功率计7的信号输出端与所述电脑12的信号输入端相连。进一步地，所述装置检测的样品通过紧定螺钉9设置于所述样品座1上表面的中心位置；所述样品座1的高度和水平度通过所述升降螺栓11调节使样品2上表面与球形罩壳10的半球底面共面。进一步地，所述样片2厚度<30mm，直径范围为45mm-90mm。进一步地，所述固体材料双向反射分布函数测量装置的测量步骤如下：步骤一、在测量进行之前，连接光路并对光纤进行固定；启动激光器控制台6，设定发射功率及温度，打开激光器控制台温度控制，将温度控制在25℃；步骤二、安装标准白板到样品座上，使用紧定螺钉对所述标准白板位置固定，并调整样品座高度及水平度，使标准白板上表面与球形罩壳的半球底面共面；步骤三、用光纤匹配套管4更改分路探测光纤束5或光纤8在球形罩壳10上的位置，测量标准白板的各个方向的反射功率并记为P白板；步骤四、将标准白板更换为待测样品，重复步骤二、步骤三、步骤四，测得数据记为P样品；步骤五、然后根据步骤三和步骤四分别获得的数据P白板和p样品，通过测得白板功率的值与样品功率的比较计算间接测得固体材料双向反射分布函数的值；进一步地，步骤五所述固体材料双向反射分布函数间接测量计算方法的模型中，以标准白板作为参考标准，并将其反射视作比较理想的漫射体，其各方向双向反射分布函数值均为用同方向样品反射得到的功率值与白板反射得到的功率值进行比较，即可测得样品的在该方向的双向反射分布函数值，其具体计算模型如下：其中：f——固体材料双向反射分布函数的值；P样品——测得的样品的反射光功率；P白板——测得的白板的反射光功率；θi——入射光线的天顶角；——入射光线的方向角；θr——反射光线的天顶角；——反射光线的方向角；λ——入射光波长；ρ——标准白板的反射率。进一步地，所述球形罩壳9上按5°天顶角间距，60°方向角间距均匀分布有103个圆形的测量孔3，所述测量孔3分别通过光纤匹配套管4与分路反射探测光纤束5或光纤8相连接，实现对半球空间内103个方向进行测量。进一步地，所述分路反射探测光纤束5由七根光纤组成；其中，所述七根光纤中的一根光纤为入射光纤，所述入射光纤耦合从激光器控制台6中出射的光并发射到样品上；另外六根光纤为一组，围绕在入射光纤周围，接受反射光并传递至光功率计7。进一步地，所述分路反射探测光纤束5用于提供入射光并对后向反射的光的分量进行近似测量；所述光纤8用于接收除了后向之外其他一个方向的反射光。本专利技术有益效果：本专利技术所述装置利用球形罩壳形成一个暗室环境，并提供测量孔用于挂载光纤。激光器发射出的光经由光纤传播照射到样品表面并发生反射，反射光被光纤或反射探头接收、传播至光功率计进行反射功率测量。将样品的方向反射功率分布与标准白板方向反射功率分布进行对比得到BRDF值。本专利技术提出的固体材料双向反射分布函数测量装置结构简单、操作方便，不需要对光路进行复杂的调节，可以简便快速地测量出包括后向反射在内的样品表面的反射分布特性。本专利技术能够快速高效地对待测样片表面的反射特性分布进行测量，同时具有较高的可扩展性，通过对反射探头、光纤、激光器与光功率计的调整和匹配可以在一个较宽光谱范围内进行测量，同时，将测量的不确定度降低到6％左右。附图说明图1是本专利技术所述测量装置的结构示意图。图2是漫射白板30°入射时，所测得其他各方向的功率分布的测量结果图。图3是漫射白板各个方向后向反射的功率分布的测量结果图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不受实施例的限制。实施例1：结合图1说明本实施例，本实施例提出一种固体材料双向反射分布函数测量装置，它包括样品座1、样品2、测量孔3、光纤匹配套管4、分路反射探测光纤束5、激光器控制台6、光功率计7、光纤8、紧定螺钉9、球形罩壳10、升降螺栓11、电脑12。所述样品座1通过升降螺栓11安装于所述球形罩壳10内部；所述样品座1上设有左右对称的两个紧定螺钉9；所述测量孔3均匀分布与所述球形罩壳10上；所述球形罩壳10的的壳体上设有两个光纤匹配套管4；一个所述光纤匹配套管4通过分路反射探测光纤束5与所述激光器控制台6和光功率计7进行信号传输；另一个所述光纤匹配套管4通过光纤8与光功率计7进行信号传输；所述光功率计7的信号输出端与所述电脑12的信号输入端相连。样品2放在样品座1上，通过紧定螺钉9固定在样品座1中央。升降螺栓11可以调节样品座1的高度和水平度，从而使样品2上表面与球形罩壳10的半球底面共面。其中，所述样片2厚度<30mm，直径范围为45mm-90mm。分路反射探测光纤束5及光纤8借助光纤匹配套管4，通过球形罩壳10上均布的测量孔3进行定位。某特定波长的激光从激光器控制台6中产生，通过分路反射探测光纤束5传递至球面，出射后在空气中传播，经过样2上表面的反射后，其某方向的反射光线被光纤8接收，并传递到光功率计7测量。对于平行于入射光线的后向反射分量，经过样品2上表面的后向反射光被分路反射探测光纤束5接收，并传递到光功率计7测量。所述球形罩壳9上按5°天顶角间距，60°方向角间距均匀分布有103个圆形的测量孔3，所述测量孔3分别通过光纤匹配套管4与分路反射探测光纤束5或光纤8相连接，实现对半球空间内103个方向进行测量。所述分路反射探测光纤束5由七根光纤组成；其中，所述七根光纤中的一根光纤为入射光纤，所述入射光纤耦合从激光器控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体材料双向反射分布函数测量装置，其特征在于，所述装置包括样品座(1)、测量孔(3)、光纤匹配套管(4)、分路反射探测光纤束(5)、激光器控制台(6)、光功率计(7)、光纤(8)、紧定螺钉(9)、球形罩壳(10)、升降螺栓(11)和电脑(12)；所述样品座(1)通过升降螺栓(11)安装于所述球形罩壳(10)内部；所述样品座(1)上设有左右对称的两个紧定螺钉(9)；所述测量孔(3)均匀分布于所述球形罩壳(10)上；所述球形罩壳(10)的壳体上设有两个光纤匹配套管(4)；一个所述光纤匹配套管(4)通过分路反射探测光纤束(5)与所述激光器控制台(6)和光功率计(7)进行信号传输；另一个所述光纤匹配套管(4)通过光纤(8)与光功率计(7)进行信号传输；所述光功率计(7)的信号输出端与所述电脑(12)的信号输入端相连。

【技术特征摘要】
1.一种固体材料双向反射分布函数测量装置，其特征在于，所述装置包括样品座(1)、测量孔(3)、光纤匹配套管(4)、分路反射探测光纤束(5)、激光器控制台(6)、光功率计(7)、光纤(8)、紧定螺钉(9)、球形罩壳(10)、升降螺栓(11)和电脑(12)；所述样品座(1)通过升降螺栓(11)安装于所述球形罩壳(10)内部；所述样品座(1)上设有左右对称的两个紧定螺钉(9)；所述测量孔(3)均匀分布于所述球形罩壳(10)上；所述球形罩壳(10)的壳体上设有两个光纤匹配套管(4)；一个所述光纤匹配套管(4)通过分路反射探测光纤束(5)与所述激光器控制台(6)和光功率计(7)进行信号传输；另一个所述光纤匹配套管(4)通过光纤(8)与光功率计(7)进行信号传输；所述光功率计(7)的信号输出端与所述电脑(12)的信号输入端相连。2.根据权利要求1所述固体材料双向反射分布函数测量装置，其特征在于，所述装置检测的样品通过紧定螺钉(9)设置于所述样品座(1)上表面的中心位置；所述样品座(1)的高度和水平度通过所述升降螺栓(11)调节使样品(2)上表面与球形罩壳(10)的半球底面共面。3.根据权利要求2所述的固体材料双向反射分布函数测量装置，其特征在于，所述样片(2)厚度<30mm，直径范围为45mm-90mm。4.根据权利要求1所述固体材料双向反射分布函数测量装置，其特征在于，所述固体材料双向反射分布函数测量装置的测量步骤如下：步骤一、在测量进行之前，连接光路并对光纤进行固定；启动激光器控制台(6)，设定发射功率及温度，打开激光器控制台温度控制，将温度控制在25℃；步骤二、安装标准白板到样品座上，使用紧定螺钉对所述标准白板位置固定，并调整样品座高度及水平度，使标准白板上表面与球形罩壳的半球底面共面；步骤三、用光纤匹配套管(4)更改分路探测光纤束(5)或光纤(8)在球形罩壳(10)上的位置，测量标准白板...

【专利技术属性】
技术研发人员：帅永，田思哲，郭延铭，谈和平，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23