CN105334025B - 一种自动变光焊接滤光镜漫射光约化亮度系数测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动变光焊接滤光镜漫射光约化亮度系数测量方法，在同一光轴上顺次布置光源、样品、复合光阑、成像透镜、光电探测器，步骤一，测量装置的建立和明态遮光号的设定；步骤二，同时获取设定遮光号下仪器的约化亮度系数和包括样品的仪器总约化亮度系数仪器；步骤三，按照下式计算出样品在此遮光号下的自身产生的亮度约化系数l^*，其表达式为：l^*＝l^*g‑l^*a；步骤四，通过样品的遮光号调节钮增加样品的遮光号，计算样品在各遮光号下的漫射光约化亮度系数。本发明的有益效果是去掉了更换光阑的环节，同时测量同一光阑的不同结构模式所形成的空间不同区域的光信号，减化了测量步骤、提高了测量精度。

Description

一种自动变光焊接滤光镜漫射光约化亮度系数测量方法

技术领域

本发明涉及一种用于焊接作业时的防护装备，特别涉及一种自动变光焊接滤光镜漫射光约化亮度系数的测量方法。

背景技术

在焊接作业时，会产生大量紫外线、红外线、强光伤害眼睛。因此人们研制出自动变光焊接滤光镜来保护焊工。自动变光焊接滤光镜由红外传感器、光阀、控制电路、电源、框架、内外保护片等组成，通过弧光的引发和熄灭来自动控制滤光镜的遮光号转换，实现明暗态转换，从而有效地提高对劳动者的保护以及工作效率。

如图1所示，当一束平行光正面照射自动变光焊接滤光镜时，方向改变的出射光称为漫射光。如果用LS表示漫射光的强度，E表示入射光的照度，l＝LS/E表示漫射的特性。由于l与透射比τV有关，为了直接表示漫射的特性，定义l*＝l/τV，称为漫射光的约化亮度系数。多数自动变光焊接滤光镜产生的漫射光相对光轴是对称的，因此通常测量与光轴夹角为α到Δα之间的漫射光强来表示约化亮度系数的平均水平。一般我们选择测量α＝1.5°到α+Δα＝2°之间的立体角之间的漫射光强。

目前，针对漫射光指标，我国在国家标准GB/T3609.2-2009中已提出一种测量方法。这种方法的步骤是：首先不放置光阑测量样品的非漫射光；其次，放置圆形光阑测量测量装置与样品总的漫射光；然后，放置环形光阑测量测量装置的漫射光，从而获得样品的漫射光；最后计算出样品的约化亮度系数。这种方法需要采用高压氙灯和面积较大的球面凹面镜，导致该测量方法结构复杂、体积较大，搭建和调试系统很不方便；同时因为要分别放置圆形和环形光阑，测量过程繁琐、测量时间长、非同时信号测量易引入测量误差。因此在实际应用中具有很大的局限性，这也导致了目前市场上的漫射光测量仪器很少。又如中国专利申请号为2013106384941公开的同一测试系统既采用圆形光阑又采用环形光阑的自动变光焊接滤光镜漫射光约化亮度系数测量方法，测试时需要反复更换，给实验人员带来操作上的不便，也影响测量的准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够简化测量步骤的测量自动变光焊接滤光镜漫射光约化亮度系数的一种新方法。

本发明所采用的技术方案是：一种自动变光焊接滤光镜漫射光约化亮度系数测量方法，步骤一，测量装置的建立和明态遮光号的设定；步骤二，同时获取设定遮光号下仪器的约化亮度系数和包括样品的仪器总约化亮度系数仪器；步骤三，按照下式计算出样品在此遮光号下的自身产生的亮度约化系数l*，其表达式为：l*＝l*g-l*a；步骤四，通过样品的遮光号调节钮增加样品的遮光号，重复步骤二到步骤三，计算样品在各遮光号下的漫射光约化亮度系数，当遮光号＞7时，样品的遮光号需要利用触发光源触发后才能设定。在本发明之前，实施实验时要实现复合光阑的作用，需要先使用圆形光阑，然后换下圆形光阑后换上环形光阑，要反复的安装/卸下圆形光阑/环形光阑，使用者一直通过繁琐的操作进行实验，非常不方便，且由于是不同时间进行测量，测量时间长，使整个系统容易受到噪声和温度漂移的影响，从而影响测量的准确性和测量精度。

所述步骤一，是在同一光轴上顺次布置光源、样品、复合光阑、第一成像透镜、第一光电探测器、第二成像透镜、第二光电探测器，第一成像透镜和第二成像透镜分别将样品上被激光照射的区域分光路同时成像在第一光电探测器和第二光电探测器上，触发光源对准样品的红外传感器，通过样品的遮光号调节钮设定样品的最小遮光号。本发明将圆形光阑和环形光阑设计成复合光阑、利用两个透镜和两个光电传感器同时测量，从测量原理上和系统装置结构上解决了长期以来困扰使用者繁琐操作的使用问题、提高了系统对噪声干扰和漂移的抑制能力。

所述步骤二，打开光源，激光经过样品照射到复合光阑上，复合光阑所形成的不同空间区域的光经第一成像透镜和第二成像透镜分别汇聚到第一光电探测器和第二光电探测器上，第一光电探测器和第二光电探测器同时分别测得非漫射光的光强φ_1L和漫射光的光强φ_1R，遮光号下的样品总的漫射光的约化亮度系数l*g，其表达式为：l*g＝(1/ω)*(φ_1R/φ_1L)，其中：ω为由环形光阑决定的立体角，取α＝1.5°到α+△α＝2°之间的立体角。

所述步骤三，去掉样品，可同时测量该仪器的非漫射光强φ_2L和漫射光强φ_2R，遮光号下的仪器的漫射光的约化亮度系数l*a，其表达式为：l*a＝(1/ω)*(φ_2R/φ_2L)。

所述步骤四，触发光源正对样品上面的弧光传感器设置，发出脉冲红外光线，使样品处于暗态。

所述样品距离复合光阑为400±2mm；圆形光阑的通光直径为10mm；环形光阑内环直径21.0±0.1mm；外环直径28.0±0.1mm。

所述光源为激光光源，波长范围为600±70nm，发散角小于1mrad，光斑直径为2-3mm；所述光源经过半导体制冷系统实现稳功率输出。所述光源经过半导体致冷器(TEC)和负温度系数热敏电阻传感器(NTC)组成光源温控系统实现测量光源光功率的稳功率输出。

所述触发光源为调制红外光源，打开触发光源可以使样品处于暗态遮光号下，使用红外LED。

本发明的有益效果是：采用复合光阑，以及增加了光电探测器，去掉了更换光阑的环节，同时测量同一光阑的不同结构模式所形成的空间不同区域的光信号，减化了测量步骤、减少了测量用时、降低了外界干扰对测量结果的影响，提高了测量自动变光焊接滤光镜的漫射光的亮度约化系数的测量精度。

附图说明

图1为通过自动变光焊接滤光镜的散射光示意图；

图2为本发明的测量装置结构示意图；

图3为本发明的测量系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图2所示，系统包括光源1，触发光源2，样品3，复合光阑5，第一成像透镜8、第二成像透镜13和第一光电探测器9、第二光电探测器14，沿同一光轴依次设置；第一成像透镜8、第二成像透镜13分别将样品3上被激光照射的区域的透射光分空间区域分别同时成像在第一光电探测器9、第二光电探测器14上；触发光源2正对样品3上面的红外传感器，发出脉冲红外光线，使样品3处于暗态。

当选择测量α＝1.5°到α+Δα＝2°之间的立体角之间的漫射光时，样品3距离复合光阑5为400mm±2；复合光阑中间圆形结构的通光直径为10mm，环形结构的内环直径21.0±0.1mm，外环直径28.0±0.1mm，不确定度不超过0.01mm；由此可以测量α＝1.5°到α+Δα＝2°之间的立体角之间的漫射光强。

激光光源1波长范围为600±70nm，发散角小于1mrad，光斑直径为2-3mm。激光光源1经过半导体致冷器(TEC)和负温度系数热敏电阻传感器(NTC)组成光源温控系统实现测量光源光功率的稳功率输出。

触发光源2为调制红外光源，打开触发光源2可以使样品3处于暗态遮光号下，可以使用红外LED。

图3是本发明的自动变光焊接滤光镜漫射光测试系统结构图，如图所示，系统包括：顺次沿光轴设置的测量光源1、触发光源2、带有夹持架4的样品3、带有光阑支架7的复合光阑5、成像透镜8、第一光电探测器9、第一成像透镜13、第二光电探测器14，采集控制电路10，嵌入式计算机11，装置底板12和箱体15。其中，激光光源1，样品3，复合光阑5，成像透镜8、13，第一光电探测器9、第二光电探测器14分别由其支架固定在装置底板12上，处于同一光轴上；样品3由样品夹持架4夹持；触发光源2压在样品3自身带的红外传感器上，发出的脉冲红外光线能使样品3处于暗态。所述测量光源1包括激光器1-1、支架1-2、电源1-3，所用激光器1-1为532nm半导体激光器，出射光斑为2.5mm，发散角小于1mrad,功率为6mw，所用电源1-3为5V电源，激光器1-1固定在支架1-2上，支架1-2通过螺钉固定在装置底板12上；复合光阑5为中间圆形透光区域和周边环形透光区域的结构；第一成像透镜8、第二成像透镜13将样品3上被激光照射后透射出的空间不同区域分光路成像在第一光电探测器9、第二光电探测器14上；第一光电探测器9、第二光电探测器14的输出信号由计算机11经数据采集控制电路10采集；触发光源2由计算机11经数据采集控制电路10触发。

步骤一，测量装置的建立和明态遮光号的设定：通电后，触发光源2对准样品3的红外传感器，通过样品3的遮光号调节钮设定样品3的遮光号。步骤二：同时获取设定遮光号下仪器的约化亮度系数和包括样品的仪器总约化亮度系数仪器：打开激光光源1，激光经过样品3，其透射光照射到复合光阑5上，不同空间区域的透射光经第一成像透镜8、第二成像透镜13分别汇聚到第一光电探测器9、第二光电探测器14上，第一光电探测器9测得的光强即为非漫射光强φ_1L，第二光电探测器14接收的光强即为漫射光强φ_1R，按照式l*g＝(1/ω)*(φ_1R/φ_1L)计算该遮光号下的样品总的漫射光的约化亮度系数l*g，其中：ω为由环形光阑决定的立体角，一般取α＝1.5°到α+△α＝2°之间的立体角。步骤三：去掉样品3，同时测量该仪器的非漫射光强φ_2L和漫射光强φ_2R，计算该遮光号下的仪器的漫射光的约化亮度系数l*a，其表达式为：l*a＝(1/ω)*(φ_2R/φ_2L)，按照式l*＝l*g-l*a，计算出样品3在此遮光号下的自身产生的亮度约化系数l*。步骤四：重复步骤二到步骤三，计算样品在各遮光号下的漫射光约化亮度系数，通过样品3的遮光号调节钮增加样品3的遮光号，当遮光号＞7时，样品的遮光号需要利用触发光源2触发后才能设定。

Claims (6)

1.一种自动变光焊接滤光镜漫射光约化亮度系数测量方法，其特征在于：

步骤一，测量装置的建立和明态遮光号的设定；

步骤二，同时获取设定遮光号下仪器的约化亮度系数和包括样品的仪器总约化亮度系数；

步骤三，按照下式计算出样品在此遮光号下的自身产生的亮度约化系数l*，其表达式为：l*＝l*g-l*a；

步骤四，通过样品的遮光号调节钮增加样品的遮光号，重复步骤二到步骤三，计算样品在各遮光号下的漫射光约化亮度系数，当遮光号＞7时，样品的遮光号需要利用触发光源触发后才能设定；

所述步骤二，打开光源，激光经过样品(3)照射到复合光阑(5)上，复合光阑所形成的不同空间区域的光经第一成像透镜(8)和第二成像透镜(13)分别汇聚到第一光电探测器(9)和第二光电探测器(14)上，第一光电探测器(9)和第二光电探测器(14)同时分别测得非漫射光的光强φ_1L和漫射光的光强φ_1R，遮光号下的样品总的漫射光的约化亮度系数l*g，其表达式为：l*g＝(1/ω)*(φ_1R/φ_1L)，其中：ω为由环形光阑决定的立体角，取α＝1.5°到α+Δα＝2°之间的立体角；所述步骤二，去掉样品(3)，可同时测量该仪器的非漫射光强φ_2L和漫射光强φ_2R，遮光号下的仪器的漫射光的约化亮度系数l*a，其表达式为：l*a＝(1/ω)*(φ_2R/φ_2L)。

2.根据权利要求1所述的自动变光焊接滤光镜漫射光约化亮度系数测量方法，其特征在于：所述步骤一，是在同一光轴上顺次布置光源(1)、样品(3)、复合光阑(5)、第一成像透镜(8)、第一光电探测器(9)、第二成像透镜(13)、第二光电探测器(14)，第一成像透镜(8)和第二成像透镜(13)分别将样品(3)上被激光照射的区域分光路同时成像在第一光电探测器(9)和第二光电探测器(14)上，触发光源(2)对准样品(3)的红外传感器，通过样品(3)的遮光号调节钮设定样品(3)的最小遮光号。

3.根据权利要求1所述的自动变光焊接滤光镜漫射光约化亮度系数测量方法，其特征在于：所述步骤四，触发光源(2)正对样品(3)上面的弧光传感器设置，发出脉冲红外光线，使样品(3)处于暗态。

4.根据权利要求1至3任一项所述的自动变光焊接滤光镜漫射光约化亮度系数测量方法，其特征在于：所述样品(3)距离复合光阑(5)为400±2mm；圆形光阑(4)的通光直径为10mm；环形光阑(5)内环直径21.0±0.1mm；外环直径28.0±0.1mm。

5.根据权利要求4所述的自动变光焊接滤光镜漫射光约化亮度系数测量方法，其特征在于：所述光源(1)为激光光源，波长范围为600±70nm，发散角小于1mrad，光斑直径为2-3mm；所述光源(1)经过半导体制冷系统实现稳功率输出。

6.根据权利要求2或3所述的自动变光焊接滤光镜漫射光约化亮度系数测量方法，其特征在于：所述触发光源(2)为调制红外光源，打开触发光源(2)可以使样品(3)处于暗态遮光号下，使用红外LED。