CN105891157A - 固体材料逆向反射特性测量装置 - Google Patents

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Abstract

固体材料逆向反射特性测量装置，涉及固体材料逆向反射特性的精确测量技术，目的是为了解决现有方法测量固体材料逆向反射特性测量结果误差大的问题。本发明的激光器发出的激光入射至光纤环形器的一号端口，从光纤环形器的二号端口出射的激光经光纤准直器准直后入射至待测固体材料的表面，经待测固体材料表面逆向反射的激光经光纤准直器准直后返回至光纤环形器的二号端口，从光纤环形器的三号端口出射的激光入射至光电探测器的探测面上，所述待测固体材料位于遮光筒内，遮光筒位于转盘上。本发明能够实现微立体角方向上的激光能量测量，测量精度高，且操作简单，适用于光学测量和激光主动探测。

Description

固体材料逆向反射特性测量装置
技术领域
本发明涉及光学测量技术和激光主动探测技术领域，具体涉及固体材料逆向反射特性的精确测量技术。
背景技术
固体表面的反射特性是进行表面相关辐射换热计算、辐射探测的基本参数，如进行锅炉炉膛的辐射换热分析计算、发动机引擎内辐射换热分析、太阳聚集系统性能分析、辐射加热干燥系统、辐射测温、地物目标遥感，都需要利用材料表面的反射特性参数，将表面反射特性参数直接用于换热分析，或以表面反射特性参数作为辐射场分析和求解的边界条件。对于材料反射率的测量一般可分为两种测量方法，直接测量法和相对测量法。直接测量法一般是直接利用固体激光发生器发出激光，再利用激光接收器接收反射激光并通过数值分析等手段直接测量出物体表面反射率的方法。而间接的测量方法主要以积分球法进行测量为主，其主要思想是利用反射率近似为1的标准白板和所需要测量物体在同一条件下进行比较从而得出物体反射率的一种方法。逆向反射特性作为材料反射特性的一部分，是卫星遥感、侦察与制导、激光主动探测等技术中的关键物性数据。但不管是利用直接测量还是间接测量的方法，由于仪器相互遮挡和逆向反射能量微弱等因素，逆向反射光线的测量都是极其困难的。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有方法由于仪器相互遮挡以及逆向反射能量微弱的原因，导致测量固体材料逆向反射特性测量结果误差大的问题，提供一种精确的固体材料逆向反射特性测量装置。
本发明所述的固体材料逆向反射特性测量装置包括激光器1、光电探测器2、光纤环形器3、光纤准直器4和遮光筒6；
所述激光器1发出的激光入射至光纤环形器3的一号端口3-1，从光纤环形器3的二号端口3-2出射的激光经光纤准直器4准直后入射至待测固体材料5的表面，经待测固体材料5表面逆向反射的激光经光纤准直器4准直后返回至光纤环形器3的二号端口3-2，从光纤环形器3的三号端口3-3出射的激光入射至光电探测器2的探测面上，所述待测固体材料5位于遮光筒6内。
光纤准直器使从光纤环形器3的二号端口3-2发出的激光变为近似平行光，使入射到待测固体材料5表面的光线保持平行，然后入射光线的逆向反射光线以极小立体角进入光纤准直器4，再通过光纤环形器3的三号端口3-3被光电探测器2接收并测量。本发明能够实现微立体角方向上的激光能量测量，测量精度高，且操作简单，适用于光学测量和激光主动探测领域。
附图说明
图1是背景技术中材料逆向反射的原理示意图，其中8表示入射光，9表示逆向反射光，10表示镜向反射光，11表示法线；
图2是本发明所述的固体材料逆向反射特性测量装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的固体材料逆向反射特性测量装置，包括激光器1、光电探测器2、光纤环形器3、光纤准直器4和遮光筒6；
所述激光器1发出的激光入射至光纤环形器3的一号端口3-1，从光纤环形器3的二号端口3-2出射的激光经光纤准直器4准直后入射至待测固体材料5的表面，经待测固体材料5表面逆向反射的激光经光纤准直器4准直后返回至光纤环形器3的二号端口3-2，从光纤环形器3的三号端口3-3出射的激光入射至光电探测器2的探测面上，所述待测固体材料5位于遮光筒6内。
如图2所示，本实施方式中的光纤环形器3采用三端口光纤环形器，从光纤环形器3的一号端口3-1入射的激光从二号端口3-2出射，经过光纤准直器4准直，然后入射到待测固体材料5的表面，产生的逆向反射光沿入射光原路返回至二号端口3-2，从二号端口3-2入射的激光从三号端口3-3出射，并进入光电探测器2，光电探测器2感应光信号并对光信号进行测量，从而获得材料的逆向反射率。遮光筒6能够遮挡杂光，避免对目标光线(即逆向反射光)的干扰。
光纤准直器4由两个共轴且距离可调的凸透镜组成，两个凸透镜位于金属套管内，两个凸透镜的距离取决于激光波长。光纤准直器4能够使发散的激光光束平行入射到待测固体材料5的表面，并且光斑直径在百微米级以下，然后搜集能量非常微弱且发散的逆向反射光，使逆向反射回的发散光束平行进入光纤环形器3。光纤准直器4与待测固体材料5之间的距离在0.01m～0.1m之间可调。光纤准直器4与光纤环形器3配合能够测量的逆向反射光的方位立体角精度为10-6～10-3球面度。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的固体材料逆向反射特性测量装置的进一步限定，本实施方式中，所述装置还包括旋转支座，所述旋转支座包括刻度盘7-2和可旋转的转盘7-1，遮光筒6位于转盘7-1上，刻度盘7-2用于显示转盘7-1的转动角度。
当调整转盘7-1进行旋转时，可以根据刻度盘7-2读出旋转的角度，进行待测固体材料5不同角度入射的逆向反射率的测量，转盘7-1的旋转范围是0度～180度，测试方向可以实现0度至180度半球空间全覆盖，激光入射/反射角度可以在半球空间任意方位上。材料逆向反射率的方向精度达到10-6～10-3球面度。本实施方式能够简单高效地获得任意方向的材料逆向光谱反射率，减小测量误差和小角度偏差的发生。
具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式二所述的固体材料逆向反射特性测量装置的进一步限定，本实施方式中，所述的转盘7-1上设置有滑轨，且遮光筒6能够沿滑轨移动。
根据实际环境调整遮光筒6的位置，能够更好的遮挡杂光。
具体实施方式四：本实施方式是对实施方式一所述的固体材料逆向反射特性测量装置的进一步限定，本实施方式中，所述激光器1包括蝶形光纤激光器和激光二极管，且蝶形光纤激光器和激光二极管的输出端均与光纤环形器3的一号端口3-1相连接。
本实施方式中，采蝶形光纤激光器和激光二极管配合使用，实现不同波长激光的转换，波长范围0.4微米～3微米。
具体实施方式五：本实施方式是对实施方式四所述的固体材料逆向反射特性测量装置的进一步限定，本实施方式中，所述光纤环形器3为Y型线状光纤。
Y型线状光纤能够根据激光器1波长的变化实施更换，实现不同光谱辐射能量的传输。

Claims (5)

1.固体材料逆向反射特性测量装置，其特征在于，所述装置包括激光器(1)、光电探测器(2)、光纤环形器(3)、光纤准直器(4)和遮光筒(6)；
所述激光器(1)发出的激光入射至光纤环形器(3)的一号端口(3-1)，从光纤环形器(3)的二号端口(3-2)出射的激光经光纤准直器(4)准直后入射至待测固体材料(5)的表面，经待测固体材料(5)表面逆向反射的激光经光纤准直器(4)准直后返回至光纤环形器(3)的二号端口(3-2)，从光纤环形器(3)的三号端口(3-3)出射的激光入射至光电探测器(2)的探测面上，所述待测固体材料(5)位于遮光筒(6)内。
2.根据权利要求1所述的固体材料逆向反射特性测量装置，其特征在于，所述装置还包括旋转支座，所述旋转支座包括刻度盘(7-2)和可旋转的转盘(7-1)，遮光筒(6)位于转盘(7-1)上，刻度盘(7-2)用于显示转盘(7-1)的转动角度。
3.根据权利要求2所述的固体材料逆向反射特性测量装置，其特征在于，所述的转盘(7-1)上设置有滑轨，且遮光筒(6)能够沿滑轨移动。
4.根据权利要求1所述的固体材料逆向反射特性测量装置，其特征在于，所述激光器(1)包括蝶形光纤激光器和激光二极管，且蝶形光纤激光器和激光二极管的输出端均与光纤环形器(3)的一号端口(3-1)相连接。
5.根据权利要求4所述的固体材料逆向反射特性测量装置，其特征在于，所述光纤环形器(3)为Y型线状光纤。
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