CN102023052B

CN102023052B - 一种反射光检测装置及其检测方法

Info

Publication number: CN102023052B
Application number: CN201010524198A
Authority: CN
Inventors: 王智森; 雷仁大; 张新顺; 国伟
Original assignee: Dalian Polytechnic University
Current assignee: DALIAN JINGUANLIN TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2030-10-27
Also published as: CN102023052A

Abstract

本发明公开了一种反射光检测装置及其检测方法，所述的装置包括探头和探测架，所述的探头包括探筒、传感器和嵌入式处理器，所述的探筒是可伸缩的内外嵌套式套筒，探筒的内壁涂敷有吸光涂层材料，探筒口处有可变光圈，所述的传感器和嵌入式处理器安装在套筒的底部；所述的探测架包括底盘、支撑滑杆、连杆和半圆形滑轨，所述的底盘底部带有活动滑轮。本发明能够有效的避免传统技术中使用人工记录检测数据和低效率处理所获得的采集数据带来的误差；本发明利用嵌入式处理器控制可伸缩式的传感器探头，精确实现从不同角度、不同距离对反射体周围的一次或多次合成反射光强度进行采集，同时记录测量的角度和距离。

Description

一种反射光检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及电子测控技术领域，特别是一种对反射光强度进行检测的反射光检测装置及其检测方法。

背景技术

随着人们对灯具照明和感官舒适度要求的不断提升，人们对室内、室外照明的关注程度越来越高，怎样给使用者提供一个满足其身心要求、舒适和温馨的照明环境成为了照明技术今后的发展目标。在日常生活中，人眼在一点感受的光强度是直射光源发出的直射光和直射光源发出的直射光经反射体一次、两次或多次反射的光波叠加形成的。目前，虽然各个国家都有众多的灯具测试人员或者灯具测试组织，但是其测试只是针对传统的光源发出的直射光进行的，而很少或者说基本没有考虑到对物体的反射光进行相应的测试和数据采集，而照射在物体上的反射光往往更能真实、贴切地反映出人们对物体的真实感觉。如果在今后的灯光设计中，开发人员能够合理引入这些被测试的反射光数据，那么必将掀起一场灯具改革的浪潮。

由于介质的存在，光在空间中传播其强度将不断的衰减，在经物体的反射特别是被黑色物体反射或吸光涂层材料反射后，其衰减将更大。因此，对于反射光的监测，只需考虑光源直射到天花板等物体上后经过的一次、二次这些低次反射光的合成光强度就可以了。传统的反射光检测仅仅是将某些特定环境下的反射光强度进行数据采集和分析，而且作为一种偶发的、非持续性的检测行为，在技术应用和数据处理分析上都有失其专业性。如果要通过传统技术获取大量反射光强度数据，不仅要耗费大量的人力、物力，而且由于检测的光强度是不连续性的、且有大量的直射光源不能屏蔽，从而导致大量数据失真，无法准确的反映出反射光强度的本质，使得所采集到的数据只能用于一般性的灯具模拟设计依据，而不能在灯具设计过程中有效的模拟人眼感观的舒适度和心灵可接受性，即无法真正实现以人为本的人文文化内涵。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种对反射光强度进行检测的反射光检测装置及其检测方法，以实现在检测过程中连续检测获取反射光的强度数据，以便能更准确的模拟人眼对反射光的感光舒适度，提供给灯具设计者一个可以有效依赖的数据基础。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种反射光检测装置，包括探头和探测架，所述的探头包括探筒、传感器和嵌入式处理器，所述的探筒是可伸缩的内外嵌套式套筒，探筒的内壁涂敷有吸光涂层材料，探筒口处有可变光圈，所述的传感器和嵌入式处理器安装在套筒的底部；所述的探测架包括底盘、支撑滑杆、连杆和半圆形滑轨，所述的底盘底部带有活动滑轮，所述的支撑滑杆垂直安装在底盘的中间、其上开有滑动槽，所述的半圆形滑轨通过连杆安装在支撑滑杆上；所述的探头通过连杆安装在半圆形滑轨的滑动轨道上。

本发明所述的探头安放在垂直于半圆形滑轨切线的方向上，并可在半圆形滑轨上自由移动。

本发明所述的探筒包括内套筒和外套筒，内套筒和外套筒相互嵌套，在内套筒和外套筒之间安装有控制其伸缩和定位的卡槽，所述的内套筒和外套筒的外壁上均有刻度，所述的内套筒出口处安装有可变光圈。

一种反射光检测装置的检测方法，包括以下步骤：

A、首先，将探测架固定在被测体旁，使探头背对光源，以保证进入到探筒的光是光源发出的经过天花板或其它物体的一次反射或多次反射到被测体上的合成光，通过支撑滑杆的滑动槽调整半圆形滑轨的高度，当探头达到一定的高度时，固定半圆形滑轨和支撑滑杆，然后在垂直方向上调整半圆形滑轨的角度，使半圆形滑轨和被测体始终处于同一平面内；

B、控制探头在半圆形滑轨上匀速移动，在移动的过程中，始终保证传感器对准被测体，这样就可以从不同的位置和不同的角度对被测体周围的反射光进行检测；如果需要检测某一点上从不同方向射来的反射光强度，则可控制探头停留在半圆形滑轨所处的某一高度的某一点处，并且探头在半圆形滑轨此点上做绕半圆形滑轨的球面旋转，检测此点不同方向的反射光强度；

C、在确定被测体位置、探头位置和半圆形滑轨位置固定不变的情况下，可通过调整内外套筒和探头口处可变光圈的位置，以改变被测体与传感器的距离和入射光的范围，从而在新的位置上控制探头对被测体的反射光的强度进行采集；通过改变半圆形滑轨的角度来改变探头垂直方向上的角度，重复以上动作，获取不同角度上的反射光强度；

D、测完某点同一高度的所有角度的反射光后，可调整半圆形滑轨的高度，重复步骤C；

E、检测完某一个被测体到探头的距离上的所有数据后，移动检测设备到另一个新的检测距离上，重复步骤A、B、C、D，检测新距离上的反射光强度，直到达到检测要求为止。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明是内置了传感器和嵌入式处理器的反射光检测装置，与传统检测装置相比，它是一种集成了传感器技术和嵌入式技术的现地实时反射光强度检测装置，能够有效的避免传统技术中使用人工记录检测数据和低效率处理所获得的采集数据带来的误差；本发明利用嵌入式处理器控制可伸缩式的传感器探头，精确实现从不同角度、不同距离对反射体周围的一次或多次合成反射光强度进行采集，同时记录测量的角度和距离，并通过嵌入式处理器对这些采集来的数据进行整合处理，避免了传统技术中无法精确做到的同角度多点检测的困境和多维数据无法实时处理困难的局面。

2、本发明的探头用于对被测体的反射光强度进行检测，探筒底部的传感器和嵌入式处理器用来采集被测体的反射光，并对采集来的数据加以处理。探筒内壁均匀地涂上吸光涂层材料，用来消除照在探筒内壁上的反射光或非被测点光直射在探筒壁引起的反射光干扰，有效避免了传统反射光检测过程中直射光源所造成的干扰；当被测体和测试仪位置固定时，可通过调节可伸缩的内外套筒来改变探筒底部传感器到被测体之间的距离，从而进行变距测量，而其距离的改变可以由内外筒上的刻度读出，使得内外嵌套探筒也可以有效规避像传统技术那样在改变检测距离过程当中由于检测距离的误差而引起的不必要的测量误差；探测口处的可变光圈可以调节不同距离时接收到的反射光的范围，以达到每次采集到的反射光强度的数据都是从固定大小的反射面积上所反射光强度，屏蔽非检测点的干扰光的目的，保证采集的数据能准确的反映不同角度方向上相同大小的被测面积上反射光强度的实际情况。另外，探头安放在垂直于半圆形滑轨切线的方向，并可在滑轨上匀速自由移动，这样测试人员就可以改变探筒在滑轨上的位置来从不同角度不同距离对被测体进行反射光的采集，可以有效避免传统技术上在弧度线上等距测量时造成的距离误差。

3、本发明的探测架用于固定传感器探头和改变测量方位。底盘用于稳定整个检测仪，利用其下的活动滑轮可灵活的将检测仪移动到待观测的区域，避免传统技术中改变检测点时移动装置的不方便性，避免长距离转场时的装置必须拆卸的麻烦，节省采集数据过程中的设备调试时间；支撑滑杆用来支撑固定连接于其上的连杆和半圆形滑轨，在连杆的带动下，半圆形滑轨可在支撑滑杆的滑道内自由移动，方便地改变探测高度。同时测试人员可以通过连杆自由地改变半圆形滑轨的俯角和仰角，从而方便地改变探头的探测角度。

4、本发明针对现有的室内、室外光源检测技术无法满足人们对照明舒适度需求的缺陷，开发出一套适合室内、室外反射光强度检测的方法和装置，解决了在传统技术条件下灯具开发和灯饰布置的过程中人们无法对灯具的反射光强度进行检测的问题。采集来的数据，在经过计算机分析处理后，可以用做人眼对物体反射光感应的模拟实验，方便我们在照明中对人眼舒适度和照明视觉心理学的研究。因此，本发明的研究对整个照明产业乃至世界人文文化艺术的提高具有无可替代的推动作用。

5、本发明可以方便、灵活的对空间中各点的反射光进行采集和数据整合处理，并可为室外照明、城市景观照明、桥体照明的设计试验提供数据支持，填补了反射光测试的空白。

附图说明

本发明共有附图6张，其中：

图1是光反射原理图。

图2是探头设计示意图。

图3是测量实施参数图。

图4是内套高度和可变光圈改变量计算示意图。

图5是可变光圈改变量仿真图。

图6是反射光检测装置结构示意图。

图中，1、光源，2、被测体，3、活动滑轮，4、底盘，5、滑动槽，6、支撑滑杆，7、嵌入式处理器，8、传感器，9、探筒，10、半圆形滑轨，11、探头，12、天花板，13、可变光圈，14、刻度，15、外套筒，16、内套筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-6所示，一种反射光检测装置，包括探头11和探测架，所述的探头11包括探筒9、传感器8和嵌入式处理器7，所述的探筒9是可伸缩的内外嵌套式套筒，探筒9的内壁涂敷有吸光涂层材料，探筒9口处有可变光圈13，所述的传感器8和嵌入式处理器7安装在套筒的底部；所述的探测架包括底盘4、支撑滑杆6、连杆和半圆形滑轨10，所述的底盘4底部带有活动滑轮3，所述的支撑滑杆6垂直安装在底盘4的中间、其上开有滑动槽5，所述的半圆形滑轨10通过连杆安装在支撑滑杆6上；所述的探头11通过连杆安装在半圆形滑轨10的滑动轨道上。

本发明所述的探头11安放在垂直于半圆形滑轨10切线的方向上，并可在半圆形滑轨10上自由移动。

本发明所述的探筒9包括内套筒16和外套筒15，内套筒16和外套筒15相互嵌套，在内套筒16和外套筒15之间安装有控制其伸缩和定位的卡槽，所述的内套筒16和外套筒15的外壁上均有刻度14，所述的内套筒16出口处安装有可变光圈13。

一种反射光检测装置的检测方法，包括以下步骤：

A、首先，将探测架固定在被测体2旁，使探头背对光源1，以保证进入到探筒9的光是光源1发出的经过天花板12或其它物体的一次反射或多次反射到被测体2上的合成光，通过支撑滑杆6的滑动槽5调整半圆形滑轨10的高度，当探头11达到一定的高度时，固定半圆形滑轨10和支撑滑杆6，然后在垂直方向上调整半圆形滑轨10的角度，使半圆形滑轨10和被测体2始终处于同一平面内；

B、控制探头11在半圆形滑轨10上匀速移动，在移动的过程中，始终保证传感器8对准被测体2，这样就可以从不同的位置和不同的角度对被测体2周围的反射光进行检测；如果需要检测某一点上从不同方向射来的反射光强度，则可控制探头11停留在半圆形滑轨10所处的某一高度的某一点处，并且探头11在半圆形滑轨10此点上做绕半圆形滑轨10的球面旋转，检测此点不同方向的反射光强度；

C、在确定被测体2位置、探头11位置和半圆形滑轨10位置固定不变的情况下，可通过调整内外套筒15和探头11口处可变光圈13的位置，以改变被测体2与传感器8的距离和入射光的范围，从而在新的位置上控制探头11对被测体2的反射光的强度进行采集；通过改变半圆形滑轨10的角度来改变探头11垂直方向上的角度，重复以上动作，获取不同角度上的反射光强度；

D、测完某点同一高度的所有角度的反射光后，可调整半圆形滑轨10的高度，重复步骤C；

E、检测完某一个被测体2到探头11的距离上的所有数据后，移动检测设备到另一个新的检测距离上，重复步骤A、B、C、D，检测新距离上的反射光强度，直到达到检测要求为止。

本发明可以根据下述计算来设置采样点和采样频率。如附图3所示，当探筒9在位置a时，被测体2相当于处于半圆形滑轨10的圆心，设其与探筒9底部的传感器8距离为R，探筒9半径为r，探筒9高度为d，这时探筒9可以接收到的被测体2的反射光线的有效范围如图阴影部分，R与探筒9可接收光线的边缘形成的夹角为α，α在直角三角形中可以用探筒9半径r，探筒9高度d和R表示：

\tan α = \frac{r}{R - d}

α为：

α = \arctan \frac{r}{R - d}

θ为探筒9可接收的范围角：

θ = 2 α = 2 \arctan \frac{r}{R - d}

当探头11移动θ角到达b点时其移动的弧长为l＝Rθ，就可以接收到相邻两点之间物体的全部反射光，接着在半圆形滑轨10上面重复上述过程，就可以实现对被测体2等距离的全方位测试。这样可确定传感器8的采样频率为f：

f＝v/l

可变光圈13的作用：探头11可以调节探头11口处的可变光圈13来确保探头11在不同距离接收到相等面积的被测体2的反射光，这样就可以在不同距离以上面所述的频率来对反射光进行采集。

如图4所示，在用探筒9对物体反射光进行采集的时候，传感器8可接收到的物体反射光的最大范围与探筒9底面积相同，这时探头11口处光圈半径为最大，其大小等于探筒9底圆半径r，设探筒9底端的传感器8与被测量体的距离为d₂，这个距离是人在正常情况下看物体时候的统计平均距离。探筒9高度为d₁，在这种情况下，依据下式可计算出：

\frac{d_{2}}{2 r} = \frac{d_{2} - d_{1}}{r}

d_{1} = \frac{1}{2} d_{2}

即探筒9的高度的选取为最佳视距的一半。

下面改变传感器8与被测体2之间的距离来分析探头11口处可变光圈13的调节，分两种情况：A当被测体2与传感器8底部探头11之间距离小于d₂时，传感器8口处可变光圈13应保持最大r才能接收到与探筒9底部面积相同的反射光。B当被测体2与传感器8底部探头11之间距离大于d₂时，设距离为L，这样依据图4计算光圈的实时半径：

\frac{r^{'}}{2 r} = \frac{{L - d}_{1}}{L}

r^{'} = 2 r \frac{L - d_{1}}{L}

Δr＝2r-r′＝2r-r′

对所得的公式进行仿真结果如附图5。可以看出，随着检测距离的增加，光圈的半径逐渐变大。

其次，被测体2的反射光被传感器8采集后，所采集来的非电量被转换成相对应的电信号，并经过A/D转换后成为相应的数字信号。这些具有多维性的数据包括各采集点位置信息、采集时间、各点光强度被送入到嵌入式处理器7进行相应的控制和处理，并将处理后的数据存入到指定的存储器内保存，这样用户就可以利用第三方开发出来的应用软件及时调用被移动式反射光检测仪所采集来的数据对反射体周围的反射光进行分析和研究。

Claims

1.一种反射光检测装置，包括探头(11)和探测架，其特征在于：所述的探头(11)包括探筒(9)、传感器(8)和嵌入式处理器(7)，所述的探筒(9)是可伸缩的内外嵌套式套筒，探筒(9)的内壁涂敷有吸光涂层材料，探筒(9)口处有可变光圈(13)，所述的传感器(8)和嵌入式处理器(7)安装在套筒的底部；所述的探测架包括底盘(4)、支撑滑杆(6)、连杆和半圆形滑轨(10)，所述的底盘(4)底部带有活动滑轮(3)，所述的支撑滑杆(6)垂直安装在底盘(4)的中间、其上开有滑动槽(5)，所述的半圆形滑轨(10)通过连杆安装在支撑滑杆(6)上；所述的探头(11)通过连杆安装在半圆形滑轨(10)的滑动轨道上。

2.根据权利要求1所述的一种反射光检测装置，其特征在于：所述的探头(11)安放在垂直于半圆形滑轨(10)切线的方向上，并可在半圆形滑轨(10)上自由移动。

3.根据权利要求1所述的一种反射光检测装置，其特征在于：所述的探筒(9)包括内套筒(16)和外套筒(15)，内套筒(16)和外套筒(15)相互嵌套，在内套筒(16)和外套筒(15)之间安装有控制其伸缩和定位的卡槽，所述的内套筒(16)和外套筒(15)的外壁上均有刻度(14)，所述的内套筒(16)出口处安装有可变光圈(13)。

4.一种如权利要求1所述的反射光检测装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、首先，将探测架固定在被测体(2)旁，使探头背对光源(1)，以保证进入到探筒(9)的光是光源(1)发出的经过天花板(12)或其它物体的一次反射或多次反射到被测体(2)上的合成光，通过支撑滑杆(6)的滑动槽(5)调整半圆形滑轨(10)的高度，当探头(11)达到一定的高度时，固定半圆形滑轨(10)和支撑滑杆(6)，然后在垂直方向上调整半圆形滑轨(10)的角度，使半圆形滑轨(10)和被测体(2)始终处于同一平面内；

B、控制探头(11)在半圆形滑轨(10)上匀速移动，在移动的过程中，始终保证传感器(8)对准被测体(2)，这样就可以从不同的位置和不同的角度对被测体(2)周围的反射光进行检测；如果需要检测某一点上从不同方向射来的反射光强度，则可控制探头(11)停留在半圆形滑轨(10)所处的某一高度的某一点处，并且探头(11)在半圆形滑轨(10)此点上做绕半圆形滑轨(10)的球面旋转，检测此点不同方向的反射光强度；

C、在确定被测体(2)位置、探头(11)位置和半圆形滑轨(10)位置固定不变的情况下，可通过调整内外套筒(15)和探头(11)口处可变光圈(13)的位置，以改变被测体(2)与传感器(8)的距离和入射光的范围，从而在新的位置上控制探头(11)对被测体(2)的反射光的强度进行采集；通过改变半圆形滑轨(10)的角度来改变探头(11)垂直方向上的角度，重复以上动作，获取不同角度上的反射光强度；

D、测完某点同一高度的所有角度的反射光后，可调整半圆形滑轨(10)的高度，重复步骤C；

E、检测完某一个被测体(2)到探头(11)的距离上的所有数据后，移动检测设备到另一个新的检测距离上，重复步骤A、B、C、D，检测新距离上的反射光强度，直到达到检测要求为止。