CN101614588B - 聚四氟乙烯大面积漫反射参考板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚四氟乙烯大面积漫反射参考板及其制造方法，其特征在于：包括金属框架，框架内侧壁上端固定安装有一圈金属固定托架，漫反射工作面、底板、托板从上到下依次排列安装在框架内；框架上端面安装有略宽于框架的边沿，框架下端面四边安装有固定条，固定条通过托板上的通孔与金属固定托架固定连接。本发明提供的聚四氟乙烯大面积漫反射参考板强度好、重量轻、操作方便、灵活；利用已有模具可制作不同尺寸聚四氟乙烯大面积漫反射参考板，不受模具限制。该板适于实验室和野外使用，可根据需要安装在不同的平台上以拓展使用范围。该板广泛应用于实验室、卫星上、场地替代辐射定标、野外地物光谱测量及激光捕获目标、导引武器命中、激光测距和激光能量检测等。

Description

聚四氟乙烯大面积漫反射参考板及其制造方法

技术领域：

本发明涉及光学实验设备领域，具体的说是聚四氟乙烯大面积漫反射参考板及其制造方法。

背景技术：

大面积漫反射参考板制作的目的是为了适应定量化遥感的要求，是测量光谱不可少的标准；经过标定的漫反射板，利用光谱分析仪对户外目标可见近-红外波段的光谱测量，可获得地面的总照度以及直射、漫射照度光谱信息；利用特定的辅助机械测量装置，可获得地面目标的BRDF(方向反射因子)光谱信息参数。是光学实验中必不可少的一种重要设备。

在波长0.3-2.5um范围内，物体的辐射特性主要是物体对太阳辐射的反射。这个光谱区是目前研究地球表面特性主要波段。F4大面积漫反射参考板给出的数据正是这一波段范围，这对了解物体表面的反射特性是很重要的。漫反射参考板设计原理是依据双向反射分布函数、双向反射率、双向反射比因子，下面简要的描述这三个物理量。

(1)双向反射分布函数

描述一个物体表面反射特性的最基本的参量是双向反射分布函数。它是均匀、各向同性面散射特性的物理量，由双向散射分布函数演变而来，反映了反射率空间分布规律。

图1给出了一个相对大的表面有准直光束照射时的情形。在(θ_i，Φ_i)立体角dw_i内，辐射通量如射至表面上，其中A_i表示总的照射面积，在面元dA上入射的通量用dΦ_i表示，在(θ_r，Φ_r)方向上由dΦ_i产生的辐射亮度为dLr则：

$f_r=\frac{\mathrm{dLr}({\mathrm{\θ}}_i,{\mathrm{\Φ}}_i;{\mathrm{\θ}}_r,{\mathrm{\Φ\φ}}_r)}{d{\mathrm{\Φ}}_i({\mathrm{\θ}}_i,{\mathrm{\Φ}}_i)/\mathrm{dA}}$

$=\frac{\mathrm{dLr}({\mathrm{\θ}}_i,{\mathrm{\Φ}}_i;{\mathrm{\θ}}_r,{\mathrm{\Φ}}_r)}{d{E}_i({\mathrm{\θ}}_i,{\mathrm{\Φ}}_i)}$

函数f_r称为双向分布函数，简称BRDF。对于一给定的入射角和反射角，BRDF表示在给定方向上每单位立体角内的反射率，取值从0到∞。作为入射和反射方向的函数，BRDF完全给出了反射空间分布规律。

(2)双向反射率

双向反射率是描述表面反射特性的量，其表达式为：

$\mathrm{dp}=\frac{\mathrm{dLr}({\mathrm{\θ}}_r,{\mathrm{\Φ}}_r)\cos {\mathrm{\θ}}_{r}d{w}_r}{L_i({\mathrm{\θ}}_i,{\mathrm{\Φ}}_i)/\cos {\mathrm{\θ}}_i{\mathrm{dw}}_i}$

$=f({\mathrm{\θ}}_i{\mathrm{\Φ}}_i;{\mathrm{\θ}}_r{\mathrm{\Φ}}_r)\cos {\mathrm{\θ}}_{r}d{w}_r$

它是一个经常被采用的物理量，它并不是反映样品固有特性的特征量，因为其数值与“辐射源-目标-测量仪器”之间的相对位置有关。由上式可知dp的数值与cosθ_rdw_r(即反射投影立体角)有关。入射辐射通量的大小是由辐射源的特性和入射辐射的立体角dw决定的，测量仪器在目标表面上半球内任一反向上所测得的反射辐射通量的大小则由dw_r(反射辐射亮度立体角)决定的，而dw_r与dw_i可能不一样。

(3)双向反射比因子

BRDF虽然能完善地描写一个表面的反射特性，但在实际应用中很难测量。因此，实际测量中经常采用描写表面反射特性另一种物理量(BRF)。BRF不仅容易测量，而且在一定条件下还可以和BRDF联系起来。测量BRF的基本方法是利用一个全反射的理想漫射表面作为参考面。双向反射比因子是在一定辐照和观测条件下，目标的反射辐射通量与处于同一辐照和观测条件的标准参考面的反射辐射通量之比。所谓“理想漫散射面”即为反射性质各向同性的表面，这种理想漫散射体有时称为朗伯反射体，对于理想漫散射体，则可推出比较容易测定的BRF和BRDF的关系式(下表T表示目标)：

R(θ_iΦ_i；θ_rΦ_r)＝πf_T(θ_iΦ_i；θ_rΦ_r)

目前我们制作的标准参考板使用聚四氟乙烯制作的，在θ_r≤45°时，其性能接近理想的漫散射体。测量得到标准漫反射板面的双向反射比因子R’(θ_iΦ_i；θ_rΦ_r)则目标BRF可由下式求出：

R(θ_iΦ_i；θ_rΦ_r)＝p_sR’(θ_iΦ_i；θ_rΦ_r)

其中p_s为标准参考板的已知光谱反射率。大面积漫反射参考板依据以上三个物理量通过检测并给出方向-半球反射比和反射比因子数据，它对测量野外地物光谱特性，获得地面目标的BRDF(方向反射因子)光谱信息参数是很重要的。

目前世界上其他国家使用的大面积漫反射参考板(指面积为：1米X1米以上)，多为在板材上喷涂特殊材料制成，由于喷涂材料中必须含有一定量的胶才能附着在板上，而胶的化学稳定性大都不佳，故其使用一段时间后有易变色，易脱落的缺点。

随着我国空间光学传感器的快速发展，对实验室、卫星上和场地替代辐射定标要求越来越高，以往小面积的漫反射参考板已经不能够满足实验的需要。为了满足实验要求，特提供一种聚四氟乙烯大面积漫反射参考板，它具有良好的漫射特性和光谱平坦特性，是测量反射光谱必不可少的标准。主要用于实验室仪器的定标、测量野外地物光谱、标定机载或星载光学遥感仪器以及颜色研究；另外，伴随激光武器的发展推动防真技术在此领域的发展，利用聚四氟乙烯大面积漫反射的激光捕获目标，导引武器命中、利用聚四氟乙烯大面积漫反射板进行激光测距、激光能量的检测等均应用到此聚四氟乙烯大面积漫反射参考板，这些实验为各领域的发展起到非常重要的作用。

发明内容：

本发明提供的聚四氟乙烯大面积漫反射参考板及其制造方法，是将悬浮聚四氟乙烯材料压制成板型，再与其他配件经过一系列程序加工而成为一套整体板型。

本发明采用的技术方案：

聚四氟乙烯大面积漫反射参考板，其特征在于：包括金属框架，框架内侧壁上端固定安装有一圈金属固定托架，漫反射工作面、底板、托板从上到下依次排列安装在框架内；框架上端面安装有略宽于框架的边沿，框架下端面四边安装有固定条，固定条通过托板上的通孔与金属固定托架固定连接。

所述的漫反射工作面是由聚四氟乙烯材料压制成板型，所述的底板为光滑的铝塑板，所述的托板为具有一定强度的蜂窝板，所述的金属框架、金属固定托架、边沿、固定条均为铝合金制成。

所述的金属框架侧边还安装有若干把手。

聚四氟乙烯大面积漫反射参考板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)清洗液压机工作台面和模具，并将模具安装于液压机工作台面适当位置处，所述模具为四条可活动金属挡板构成；

(2)将第一块铝塑板除油洗净，擦干后放置于模具内；在铝塑板上下均放置好一块平整的布，把铝塑板包裹在布内；

(3)根据密度计算出所需要的聚四氟乙烯粉重量，往模具内填加入所需重量的聚四氟乙烯粉，将聚四氟乙烯粉上端面用刮板刮平；

(4)将第二块铝塑板表面用粗砂纸打毛，涂上胶后撒上聚四氟乙烯粉阴干；将第二块铝塑板放在模具中的聚四氟乙烯粉上；使用液压机上模压铝塑板，下降速度保持为缓慢下行，压力保持为28-30kg/cm²，保压10分钟以上；

(5)拆去四边的模具，拖动第一铝塑板下面的布将铝塑板移至工作台边缘，并用刀沿第二铝塑板边沿裁去多余的聚四氟乙烯板；

(6)将裁好的聚四氟乙烯板和第一、第二铝塑板构成的整体放入事先定制好的金属框架中，通过螺孔安装好蜂窝板、把手、固定条；将组装好的整体放入电烘箱烘烤，烘烤温度为150℃±2°，时间30分钟，再取出使其自然冷却；

(7)待冷却后安装好边沿，并用螺钉将边沿与金属框架固定为一整体，拆掉把手、固定条，将蜂窝板取出，在蜂窝板四角和中间涂上AB胶，再将蜂窝板、固定条、把手全部装好。

本发明的优点：

本发明提供的聚四氟乙烯大面积漫反射参考板强度好、重量轻、操作方便、灵活；利用已有模具可制作不同尺寸聚四氟乙烯大面积漫反射参考板，不受模具限制。该板适于实验室和野外使用，可根据需要安装在不同的平台上以拓展使用范围。该板广泛应用于实验室、星上场地替代辐射定标、野外地物光谱测量及激光捕获目标、导引武器命中、激光测距和激光能量检测等。

附图说明：

图1为本发明的剖视图；

图2为本发明设计原理中，入射与反射光束的几何状态示意图；

图3为本发明正视图；

图4为本发明侧视图；

具体实施方式：

聚四氟乙烯大面积漫反射参考板，其特征在于：包括金属框架1，框架1内侧壁上端固定安装有一圈金属固定托架2，漫反射工作面3、底板4、托板5从上到下依次排列安装在框架1内；框架1上端面安装有略宽于框架的边沿6，框架1下端面四边安装有固定条7，固定条7通过托板5上的通孔与金属固定托架2固定连接。

所述的漫反射工作面3是由聚四氟乙烯材料压制成板型，所述的底板4为光滑的铝塑板，所述的托板5为具有一定强度的蜂窝板，所述的金属框架1、金属固定托架2、边沿6、固定条7均为铝合金制成。

所述的金属框架1侧边还安装有若干把手8。

聚四氟乙烯大面积漫反射参考板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)清洗液压机工作台面和模具，并将模具安装于液压机工作台面适当位置处，所述模具为四条可活动金属挡板构成；

(2)将第一块铝塑板除油洗净，擦干后放置于模具内；在铝塑板上下均放置好一块平整的布，把铝塑板包裹在布内；

(3)根据密度计算出所需要的聚四氟乙烯粉重量，往模具内填加入所需重量的聚四氟乙烯粉，将聚四氟乙烯粉上端面用刮板刮平；

(4)将第二块铝塑板表面用粗砂纸打毛，涂上胶后撒上聚四氟乙烯粉阴干；将第二块铝塑板放在模具中的聚四氟乙烯粉上；使用液压机上模压铝塑板，下降速度保持为缓慢下行，压力保持为28-30kg/cm²，保压10分钟以上；

(5)拆去四边的模具，拖动第一铝塑板下面的布将铝塑板移至工作台边缘，并用刀沿第二铝塑板边沿裁去多余的聚四氟乙烯板；

(6)将裁好的聚四氟乙烯板和第一、第二铝塑板构成的整体放入事先定制好的金属框架中，通过螺孔安装好蜂窝板、把手、固定条；将组装好的整体放入电烘箱烘烤，烘烤温度为150℃±2°，时间30分钟，再取出使其自然冷却；

(7)待冷却后安装好边沿，并用螺钉将边沿与金属框架固定为一整体，拆掉把手、固定条，将蜂窝板取出，在蜂窝板四角和中间涂上AB胶，再将蜂窝板、固定条、把手全部装好。

Claims (2)

1.聚四氟乙烯1米×1米以上大面积漫反射参考板，其特征在于：包括金属框架，框架内侧壁上端固定安装有一圈金属固定托架，漫反射工作面、底板、托板从上到下依次排列安装在框架内，漫反射工作面、底板位于金属固定托架围成的空腔内；框架上端面安装有略宽于框架的边沿，所述的边沿遮盖于漫反射工作面四周，框架下端面四边安装有固定条，固定条通过托板上的通孔与金属固定托架固定连接；所述的漫反射工作面是由聚四氟乙烯材料压制成板，所述的底板为光滑的铝塑板，所述的托板为具有一定强度的托板，所述的金属框架、金属固定托架、边沿、固定条均为铝合金制成。

2.根据权利要求1所述的大面积漫反射参考板，其特征在于：所述的金属框架侧边还安装有若干把手。

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