CN102221537A - 一种全自动防雾测试机及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动防雾测试机，该测试机包括从上到下依次排列的激光源、分光镜、测试样本、水浴槽、位于水浴槽内的反射镜、与分光镜在同一水平面上光阑和光接收器及内部控制系统电路。激光源发出的激光经50%反射镜反射，穿过测试样本，进入充满饱和蒸气的水浴槽中，被激光专用高反射镜反射，透过测试样本，50%反射镜被照度计所接收，通过计算镜片刚放入时和镜片放入8秒后照度值之比值，判断镜片是否有防雾功能。本发明的测试方法在VB环境下开发配套软件，配合控制系统电路，全自动完成检测，避免因人为因素产生误差。测试过程简单、科学、客观、使测试结果具有高的重复性与准确性。

Description

一种全自动防雾测试机及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种光信号探测和蒸气发生领域的测试机，特别是涉及一种全自动防雾测试机及其测试方法。

背景技术

较热的气体遇较冷的材料会产生的液化现象，在表面凝结水雾。带着眼镜喝开水，或者进入温暖的室内时，镜片上通常会凝结一层雾气，阻挡视线，给生活带来不便，下车时甚至由于看不清过往车辆而产生危险。研究人员发现，通过在镜片上镀亲水膜，可以阻止雾气在镜片上凝结。随着镀膜技术的迅速发展，该项技术已得到普通推广。此外，防雾镜片还因其实用性强而广泛用于游泳、滑雪、登山、潜水、医护、劳保、科研生化、头盔、宇航服、光学仪器仪表等。随着全球制造行业的不断发展，镀膜技术的不断成熟，国内外市场对该种防雾镜片需求大幅度增加。国内由于没有检测设备，导致没有检测方法和规程，在一定程度上阻碍了整个产业的发展。一方面是由于难以开展市场监管工作，产品良莠不齐，消费纠纷事件屡有发生；另一方面，没有性能指标和检测设备，难以进行新产品和新工艺的研发，开拓新市场。

由于防雾测试过程中起雾状态难以控制，测试结果准确度要求较高，国内尚无镜片防雾功能检测设备。美国clots实验室研究人员采用计算水浴槽片上方镜片光通量值变化的方法检测防雾镜片。其过程是：将待测镜片置于充满水蒸气的水浴槽上方，激光器发射激光穿过待测镜片并通过反射镜反射至光度计，通过计算光度计中镜片刚放入时和8秒后透过镜片光通量变化，判断镜片是否具有防雾功能。该方法易受人为因素影响，比较繁琐且成本昂贵。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种全自动防雾测试机及其测试方法，具有友好的操作界面，减少人为操作界面，测试结果准确率高，且操作简单成本低。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种全自动防雾测试机，该测试机包括从上到下依次排列的激光源、分光镜、测试样本、水浴槽、位于水浴槽内的反射镜、与分光镜在同一水平面上光阑和光接收器及内部控制系统电路。所述的激光源位于测试机的顶端，为测试机提供稳定的激光光源；分光镜位于激光源与反射镜之间，且分光镜斜置，与水平面呈30～60度；在分光镜与激光源之间设置有透镜L1和L2；光阑和光接收器与分光镜在同一水平面，且在分光镜与光阑之间设置有透镜L3；分光镜下方设置有反射镜，反射镜安装于水浴槽内，反射镜为50%反射，且发射镜上设置有电热线对反射镜加热，使其在水蒸气的环境中，仍保有良好反射效果。水浴槽内设置有使水浴槽上方充满饱和的水蒸气的循环风扇，在水浴槽上方设置有出雾安置座，且出雾安置座内设有防止水蒸气外泄软塑胶环，测试样本放置在软塑胶环上方。测试过程中环境温度要求保持在温度23±5℃，水浴槽的温度保持在温度50±0.5℃。初始化时用玻璃片盖上测试口，在测试前循环风扇关掉，测试样本在测试口开放的状态2秒内放入。

传统的反射镜选择反射效果大于95%的激光专用平面镜，反射镜在水浴槽内，势必会受到水蒸汽的影响，使得反射效果不佳，本发明使用电热线，对反射镜加热，使其在水蒸气的环境中，仍保有良好反射效果，提高测试的准确性。

所述的控制系统电路包括微控制器U1，连接在U1的输入端的清零开关、模拟输出器J1及启动按钮SW0，连接在U1输出端的固态继电器SW1、SW2，固态继电器SW1的输出端与接口J2相连，接口J2与循环风扇相连，固态继电器SW2的输出端与接口J3相连，接口J3与激光源相连。

一种利用上述全自动防雾测试机的测试方法，其步骤如下：

步骤1、开启电源，并开启加热器电源及控制箱电源；

步骤2、启动循环风扇，并由光接收器读取初始照度值，循环风扇停止转动；

步骤3、放置测试样本，且激光源自动开启；

步骤4、等激光源稳定后，判断测试机是否按下开始测试按钮；

步骤5、未按下开始按钮则重新判断，按下开始按钮则启动循环风扇，并读取测试样本起雾前后的照度值；

步骤6、循环风扇停止运转，并由测试机计算光散射光传导率；

步骤7、判断散射光传导率是否为80%～100%；

步骤8、为80%～100%，则测试样本合格，否则测试样本不合格；

步骤9、测试程序停止，输出测试结果，并由测试者按重启按钮，测试下一个测试样本。

所述的80%～100%为测试样本的散射光传导率的合格值，根据不同的测试样本散射光传导率的合格值不同。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）在控制系统电路设计上由于需要控制激光电源及风扇电源两个元件，则在元件选择上采用固态继电器，利用零触发的技术原理让微控制器能安全地输出使用，防止因机械开关瞬间造成跳火现象，避免跳火现象影响微机控制器的稳定运作；

2）一般的测试机选择反射效果大于95%的激光专用平面镜，反射镜在水浴槽内，势必会受到水蒸汽的影响，使得反射效果不佳，本发明使用电热线，对反射镜加热，使其在水蒸气的环境中，仍保有良好反射效果，提高测试的准确性；

3）配合控制系统电路，在VB环境下开发配套软件，在VB环境下编制软件进行数据采集，基于VB和MATLAB的自动控制镜片防雾测试过程，全自动完成检测，避免因人为因素产生误差，测试过程科学、客观、提高重复性与准确性；

4）光接收器输出结果以光通量为单位，光通量可使用光度计，然而光度计价格较高，光通量值等于照度值乘以光照面积，因此可用照度计配合面积固定的光阑也可达到测试要求，降低设备生产成本，便于产品的推广与销售，此外，光接受器封闭于一黑暗的箱内，消除环境光源的影响。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的控制系统电路原理图；图3为本发明的测试流程图。

具体实施方式

本发明的主旨在于克服现有技术的不足，提供一种全自动防雾测试机及其测试方法，测试机没有使用常用的反射镜，而是使用激光专用高反射反射镜。此外，采用了电加热反射镜的方法消除水蒸气对反射效果的影响，增加测试的准确性。上述测试机的人工测试过程不同，测试机使用AD/DA卡的A/I和D/O功能，加上电路和软件设计完成自动化测试，将电路配置设计成由电脑程序自动操作，全自动完成整个检测过程，减少人为操作误差。

下面结合实施例参照附图进行详细说明，以便对本发明的技术特征及优点进行更深入的诠释。

本发明的结构示意图如图1所示，一种全自动防雾测试机，该测试机包括从上到下依次排列的激光源4、分光镜5、测试样本8、水浴槽10、位于水浴槽10内的反射镜1、与分光镜5在同一水平面上光阑6和光接收器7及内部控制系统电路。所述的激光源4位于测试机的顶端，为测试机提供稳定的激光光源；分光镜5位于激光源4与反射镜1之间，且分光镜5斜置，与水平面呈30～60度；在分光镜5与激光源4之间设置有透镜L1和L2；光阑6和光接收器7与分光镜5在同一水平面，且在分光镜5与光阑6之间设置有透镜L3；分光镜5下方设置有反射镜1，反射镜1安装于水浴槽10内，反射镜1为50%反射，且发射镜1上设置有电热线对反射镜1加热，使其在水蒸气的环境中，仍保有良好反射效果。水浴槽10内设置有使水浴槽10上方充满饱和的水蒸气的循环风扇9，在水浴槽10上方设置有出雾安置座2，且出雾安置座2内设有防止水蒸气外泄软塑胶环3，测试样本8放置在软塑胶环3上方。测试过程中环境温度要求保持在温度23±5℃，水浴槽10的温度保持在温度50±0.5℃。初始化时用玻璃片盖上测试口，在测试前循环风扇9关掉，测试样本8在测试口开放的状态2秒内放入。

反射镜1选择反射效果大于95%的激光专用平面镜，反射镜1在水浴槽10内，势必会受到水蒸汽的影响，使得反射效果不佳，本发明使用电热线，对反射镜1加热，使其在水蒸气的环境中，仍保有良好反射效果，提高测试的准确性。

光接收器7输出结果以光通量为单位，光通量可使用光度计，然而光度计价格较高。光通量值等于照度值乘以光照面积，因此可用照度计配合面积固定的光阑也可达到测试要求，降低设备生产成本，便于产品的推广与销售。此外，光接受器7应封闭于一黑暗的箱内，以免受环境光源影响。

本发明的控制系统电路原理图如图2所示所述的控制系统电路包括微控制器U1，连接在U1的输入端的清零开关、模拟输出器J1及启动按钮SW0，连接在U1输出端的固态继电器SW1、SW2，固态继电器SW1的输出端与接口J2相连，接口J2与循环风扇9相连，固态继电器SW2的输出端与接口J3相连，接口J3与激光源4相连。

在控制系统设计上由于需要控制激光源4及循环风扇9的电源两个元件，则在元件选择上采用固态继电器SW1、SW2，利用零触发的技术原理让微控制器U1能安全地输出使用，防止因机械开关瞬间造成跳火现象，避免跳火现象影响微机控制器的稳定运作。

全自动防雾测试机的测试过程如下：测试样本8经过预处理后摆放在水浴槽10上方的出雾安置座2上，出雾安置座2内有软塑胶环3以防水气外泄。测试过程中环境温度要求保持在温度23±5℃，水浴槽10的温度保持在温度50±0.5℃，水浴槽上方空气使用循环风扇9使水浴槽10上方为饱和的水蒸气。初始化时用玻璃片盖上测试口，在测试前循环风扇9关掉，测试样本8在测试口开放的状态2秒内放入。

激光源4经过透镜L1、L2、分光镜5、测试样本8，并经反射镜1反射后，再经过测试样本8、分光镜5、透镜L3投射至光阑6，并到达光接受器7，以测试样本8起雾前后光通量的变化，由下面公式计算散射光传导率τ：

其中测试过程中光束通过测试样本两次，故所得光传导率为

，

为测试样本在起雾后的光通量数值，为测试物体在起雾前的光通量数值。此时测量8秒时散射光是否减小到初始散射值80% 。照度指物体被照亮的程度，采用单位面积所接受的光通量来表示，表示单位为勒克斯，照度是以垂直面所接受的光通量为标准，若倾斜照射则照度下降。照度计或称勒克斯计是一种专门测量光度、亮度的仪器仪表。测量光照强度或照度是物体被照明的程度，也即物体表面所得到的光通量与被照面积之比。照度计通常是由硒光电池或硅光电池和微安表组成。

全自动完成检测，避免因人为因素产生误差，测试过程科学、客观、提高重复性与准确性。基于VB的数据采集，基于VB和MATLAB的自动控制镜片防雾测试过程，自动开启机器、自动测量、创建文件夹程序的软件包，全自动完成检测，避免因人为因素产生误差，测试过程科学、客观、提高重复性与准确性。普通用户和管理员有权使用新建文件夹、被测样品合格/失败设定、镜片和批量数据的存储以及利用Excel表格进行数据分析等，测量证书、测量数据保存和统计计算系列软件长期保留的标准特征。

一种利用全自动防雾测试机的测试方法的测试流程图如图3所示，其步骤如下：

步骤1、开启电源，并开启加热器电源及控制箱电源；

步骤2、启动循环风扇，并由光接收器读取初始照度值，循环风扇停止转动；

步骤3、放置测试样本，且激光源自动开启；

步骤4、等激光源稳定后，判断测试机是否按下开始测试按钮；

步骤5、未按下开始按钮则重新判断，按下开始按钮则启动循环风扇，并读取测试样本起雾前后的照度值；

步骤6、循环风扇停止运转，并由测试机计算光散射光传导率；

步骤7、判断散射光传导率是否为80%～100%；

步骤8、为80%～100%，则测试样本合格，否则测试样本不合格；

步骤9、测试程序停止，输出测试结果，并由测试者按重启按钮，测试下一个测试样本。

所述的80%～100%为测试样本的散射光传导率的合格值，根据不同的测试样本散射光传导率的合格值不同。

在本发明中，全自动防雾测试机的详细步骤如下：

步骤一、开启电源，并开启加热器电源及控制箱电源；

接上电源，分别开启加热器电源及控制箱电源，水浴槽10内的水在久置后的第一次测试时需先等待2～3分钟，由水温控制系统加热水温至测试温度范围50±0.5℃；

步骤二、启动循环风扇，并读取环境照度值后停止风扇运转；

随着控制箱电源开启之后，系统启动空气循环风扇9运转使得水浴槽10内的空气维持饱合水蒸气，同时照度计亦随即读取环境照度值10秒钟，得到环境照度值最后提供测试机台在计算中扣除其影响；

读取环境照度值，随着控制箱电源开启后，系统启动空气循环风扇9运转让水浴槽10内的空气维持饱和水蒸气，同时照度计也随即读取环境照度值10秒钟，得到的环境照度值最后提供测试机台在计算中扣除其影响；

步骤三、放置测试样品，系统自动开启激光源；

完成读取环境照度值后，显示器上显示操作人员可将测试样品放置于出雾安置座2，此时注意出雾口仍需关闭以避免防雾涂料预先吸收水气而影响实验结果，摆放时要注意测试样品8的球形镜片的菱镜效应，镜片需摆放在球形镜片中心点位置才不会造成反射光束的角度偏差；接着雷射电源自动开启并延续100秒的功率稳定时间，稳定时间过后，测试应注意水温是否达到测试50±0.5℃温度范围，稳定后可正式开始准备进行实际起雾测试；

步骤四、待激光源稳定后读取测试样本起雾前的照度值；

程序在完成前述程序后持续维持等待状态，当操作者按下开始钮后随即开始抓取信号；测试开始后风扇先维持运转20秒以抓取信号，20秒为平均初始照度值，待初始值抓取完毕后风扇自动停止开始计算起雾时间；

步骤五、读取测试样本起雾后的照度值；

测试机台的微电脑控制系统以每0.5秒的频率连续读取照度计数值，最后以初始照度值为基准比对其散射光传导率百分比是否为80%～100%、其即时数据资料，散射百分比、起雾时间可从荧幕上读取；

步骤六、输出起雾时间，计算散射光传导率，并判断测试样本是否合格；

若连续10组数据的散射光传导率百分比皆小于80%的标准后，测试机台微电脑程式立刻停止测试，输出风扇停止后的起雾时间，程式终止时间扣除累积10组数据的时间；

步骤七、输出显示本次测试结果，并准备下次测试；

若需重复进行下一次测试，则按下系统重置钮让程式再度重新执行，并回到步骤二的环境照度值读取的测试阶段开始同样的测试程序。

尽管本发明通过具体实例对如何实现对测试样本进行精确的测试作出了清晰而完成的描述，但是本发明不仅仅限于所述实施例，通过简单的改变结构来达到相同目的是可能发生的并且都包括在本发明之中。

Claims (10)

1.一种全自动防雾测试机，其特征在于：该测试机包括从上到下依次排列的激光源（4）、分光镜（5）、测试样本（8）、水浴槽（10）、位于水浴槽（10）内的反射镜（1）、与分光镜（5）在同一水平面上光阑（6）和光接收器（7）及内部控制系统电路。

2.根据权利要求1所述的全自动防雾测试机，其特征在于：所述的为测试机提供稳定的激光光源的激光源（4）位于测试机的顶端。

3.根据权利要求2所述的全自动防雾测试机，其特征在于：所述的激光源（4）与反射镜（1）之间设置有分光镜（5），且分光镜（5）斜置，与水平面呈30～60度。

4.根据权利要求3所述的全自动防雾测试机，其特征在于：所述的分光镜（5）与激光源（4）之间设置有透镜L1和L2；所述的分光镜（5）与光阑（6）之间设置有透镜L3。

5.根据权利要求1所述的全自动防雾测试机，其特征在于：所述的水浴槽（10）内设置有使水浴槽（10）上方充满饱和的水蒸气的循环风扇（9）。

6.根据权利要求5所述的全自动防雾测试机，其特征在于：所述的水浴槽（10）上方设置有出雾安置座（2），且出雾安置座（2）内设有防止水蒸气外泄软塑胶环（3），测试样本（8）放置在软塑胶环（3）上方。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的全自动防雾测试机，其特征在于：所述的控制系统电路包括微控制器U1，连接在U1的输入端的清零开关、模拟输出器J1及启动按钮SW0，连接在U1输出端的固态继电器SW1、SW2，固态继电器SW1的输出端与接口J2相连，固态继电器SW2的输出端与接口J3相连，接口J2连接循环风扇（9），接口J3连接激光源（4）。

8.一种利用权利要求7所述的全自动防雾测试机的测试方法，其步骤如下：

步骤1、开启电源，并开启加热器电源及控制箱电源；

步骤2、启动循环风扇，并由光接收器读取初始照度值，循环风扇停止转动；

步骤3、放置测试样本，且激光源自动开启；

步骤4、等激光源稳定后，判断测试机是否按下开始测试按钮；

步骤5、未按下开始按钮则重新判断，按下开始按钮则启动循环风扇，并读取测试样本起雾前后的照度值；

步骤6、循环风扇停止运转，并由测试机计算光散射光传导率；

步骤7、判断散射光传导率是否为80%～100%；

步骤8、为80%～100%，则测试样本合格，否则测试样本不合格；

步骤9、测试程序停止，输出测试结果，并由测试者按重启按钮，测试下一个测试样本。

9.根据权利要求8所述的全自动防雾测试机的测试方法，其特征在于：所述的80%～100%为测试样本的散射光传导率的合格值，根据不同的测试样本散射光传导率的合格值不同。

10.根据权利要求9所述的全自动防雾测试机的测试方法，其特征在于：所述的散射光传导率τ计算公式为 

其中测试过程中光束通过测试样本两次，故所得光传导率为

，

为测试样本在起雾后的光通量数值，

为测试物体在起雾前的光通量数值。

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