CN106353282A - 微区反射率测试系统及其测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微区反射率测试系统及基于此系统的测试方法，微区反射率测试系统用于检测微区样品的反射率，其包括光处理模块、标定模块、控制模块及积分球，所述光处理模块提供入射光以对微区样品进行加热处理，所述标定模块检测微区样品产生的反射光是否存在以标定所述反射光的角度及其范围，控制模块根据标定的反射光的角度及其范围确定积分球的开口大小及其位置，所述积分球检测所述微区样品上发出的反射光的功率得到反射率。所述微区反射率测试系统可准确确定需要设置积分球的开口大小及位置，从而可以快速检测并采集需要热处理的微区样品的反射光的反射功率，且操作简便快捷。

Description

微区反射率测试系统及其测试方法
【技术领域】
本发明涉及材料性能检测领域，尤其涉及一种微区反射率测试系统及其测试方法。
【背景技术】
材料相图是材料结构-成分-热学条件的关联图，通过绘制材料相图可以研究各成分在不同温度下的成相情况、热性能、力学性质及光学性能等特点。其中，微区样品的反射率是非常重要的性质。目前，主要采用光谱仪表征微区样品反射率，设备庞大，测试样品时，需要操作程序繁琐，因此无法实现快速对样品进行测试，且测试成本高，不利于新材料的研究。
【发明内容】
为克服现有微区样品反射率检测操作工艺复杂的问题，本发明提供一种微区反射率测试系统及其测试方法。
本发明解决技术问题的技术方案是提供一种微区反射率测试系统，用于检测微区样品的反射率，其包括光处理模块、标定模块、控制模块及积分球，所述光处理模块提供入射光以对微区样品进行加热处理，所述标定模块检测微区样品产生的反射光是否存在以标定所述反射光的角度及其范围，控制模块根据标定的反射光的角度及其范围确定积分球的开口大小及其位置，所述积分球检测所述微区样品上发出的反射光的功率得到反射率。
优选地，所述标定模块进一步包括光功率计及可移动的位移台，所述可移动位移台连接带动所述光功率计移动，移动所述光功率计以检测微区样品发出的反射光的功率来确定反射光的是否存在从而标定反射光的角度及其范围。
优选地，所述微区反射率测试系统还包括光谱分析机构，所述积分球接收来自所述微区样品产生的反射光功率获得功率数据信号并传送至所述光谱分析机构进行分析处理，所述光谱分析机构依据所述功率数据信号获得反射率数据信号。
优选地，所述微区反射率测试系统进一步包括数据采集件以及上位机，所述数据采集件对所述光谱分析机构产生的反射率数据信号进行数据采集，所述上位机接收来自光谱分析仪或数据采集件的反射率数据信号，以形成反射率光谱图。
优选地，所述光处理模块包括可变换功率的光源，当标定模块工作时，所述光源发出功率恒定的入射光，当积分球检测微区样品的反射光时，所述光源发射功率逐步变化的入射光对微区样品进行加热处理，直至微区样品发生物相变化时停止继续对微区样品加热处理。
本发明解决技术问题的技术方案是提供一种微区反射率测试方法，其包括以下步骤：提供入射光对微区样品进行加热处理，检测微区样品发出的反射光是否存在以标定反射光的角度及其范围；根据标定的反射光的角度及其范围，检测所述微区样品上发出的反射光功率得到反射率。
优选地，所述标定反射光的角度及其范围的具体步骤为：提供恒定功率的入射光对微区样品进行加热处理；检测微区样品产生的反射光功率来确定反射光是否存在以标定反射光的角度及其范围。
优选地，所述标定反射光的角度及其范围的具体步骤还包括当检测的反射光功率占反射总功率的90％以上范围时，检测完毕。
优选地，所述根据标定的反射光的角度及其范围，检测所述微区样品上发出的反射光功率得到反射率具体步骤包括：提供功率逐步变化的入射光对微区样品进行加热处理，接收来自所述微区样品产生的反射光功率得到反射率。
优选地，根据标定的反射光的角度及其范围，检测所述微区样品上发出的反射光功率得到反射率具体步骤进一步包括当反射率发生突变也即微区样品发生相变时，停止对微区样品进行加热。
与现有技术相比，本发明一种微区反射率测试系统及其测试方法具有以下优点：
(1)采用所述标定模块检测微区样品的反射光是否存在以标定所述反射光的角度及其范围，控制模块根据反射光的角度及反射光的范围可准确确定积分球的开口大小及位置，从而可以快速检测并采集需要热处理的微区样品的反射光的反射功率，且操作简便快捷。
(2)所述位移台可带动所述光功率计移动，以完成微区样品发出的反射光的总功率的检测，以准确标定反射光的角度及其范围。
(3)所述积分球接收来自所述微区样品产生的反射光获得功率数据信号，以分析处理获得反射率数据信号，并采用数据采集件快速采集反射率数据信号，传送至上位机，以实现对积分球检测微区样品的信号传送。
(4)所述光源发出入射光，以对微区样品进行逐次加热处理，所述积分球检测反射光的功率数据信号，经过光谱分析仪分析处理获得反射率数据信号，并传送至上位机，可以对需要进行热处理的微区样品进行反射率测试。
(5)所述微区反射率测试方法通过移动光功率计，获得反射光的功率，并标定反射光的角度及其范围，使控制模块能够确定积分球的开口大小及其位置，以实现对需要加热处理的微区样品反射率检测。
【附图说明】
图1是本发明第一实施例微区反射率测试系统的结构示意图。
图2是本发明微区反射率测试系统的标定反射光的角度及其范围的系统控制示意图。
图3是本发明微区反射率测试系统中微区样品热处理及反射率测试流程示意图。
图4是本发明第二实施例微区反射率测试方法中标定反射光的角度及其范围实施方法的流程示意图。
图5是本发明微区反射率测试方法中对微区样品进行加热处理及反射率检测流程的示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请请一并参阅图1、图2及图3，本发明第一实施例提供一种微区反射率测试系统1，其包括光处理模块11、标定模块13、信号处理模块15及上位机17。所述光处理模块11提供入射光以对微区样品10进行加热处理，所述微区样品10产生反射光，标定模块13检测微区样品10产生的反射光是否存在以标定所述反射光的角度及其范围。根据反射光的角度及其范围设置信号处理模块15，所述信号处理模块15检测反射光的功率以得到反射率数据信号，并将反射率数据信号传送至上位机17。
所述光处理模块11包括光源111、光学调整机构113及聚焦机构115。光源111连接光学调整机构113，光学调整机构113远离光源111的一端连接聚焦机构115，且聚焦机构115匹配微区样品10设置。所述光源111发出入射光，所述入射光进入光学调整机构113，通过光学调整机构113调节入射光的直径，然后利用聚焦机构115将入射光聚焦到微区样品10上，并在所述微区样品10上形成尺寸为0.1-1000微米的光斑，并保证所述入射光聚焦后的光斑尺寸小于微区样品10尺寸，以对此微区样品10进行加热处理。所述光源111可变换功率，当标定模块13工作时，所述光源111发出功率恒定的入射光。当积分球151检测微区样品10的反射光时，所述光源111发射功率逐步变化的入射光对微区样品10进行加热处理，直至微区样品10发生物相变化。优选地，所述光源111包括激光光源或可见光光源等，进一步优选地，所述光源111可选用连续激光器。所述光学调整机构113包括扩束镜、透镜、棱镜、分束镜、反射镜、滤光片、显微物镜及偏振元件中的一种或几种组合。
所述标定模块13包括驱动机构131、位移台133及光功率计135。所述驱动机构131连接所述位移台133，并为所述位移台133移动提供动力。所述位移台133连接所述光功率计135，并为其提供支撑。所述光功率计135接收来自所述微区样品10产生的反射光功率，并标定反射光的角度。所述位移台133带动所述光功率计135移动，以检测获得微区样品10发出的反射光总功率，检测微区样品10发出的反射光是否存在以标定反射光的角度及其范围，其中以检测反射功率占反射光的总功率90％以上的范围标定为反射光的范围。
所述信号处理模块15包括积分球151、光谱分析机构153。所述积分球151接收来自所述微区样品10产生的反射光后所产生的功率数据信号并传送至所述光谱分析机构153进行分析处理，所述光谱分析机构153依据该功率数据信号分析获得反射率数据信号，所述光谱分析机构153将反射率数据信号上传至所述上位机17。
所述上位机17包括控制模块171。所述控制模块171根据标定的所述反射光的角度及其范围发出控制信号传送至积分球151，以确定积分球151的开口大小及其位置。所述控制模块171根据所述光谱分析机构153传送的反射率数据信号发出控制信号，以控制光源111是否对微区样品10加热处理。
在本发明一些优选实施例中，所述信号处理模块15进一步包括一数据采集件155，所述数据采集件155电性连接所述上位机17，所述反射率数据信号传送至数据采集件155进行数据搜集，并将搜集的所述反射率数据信号上传至所述上位机17，以形成反射率光谱图。进一步优选地，所述数据采集件155为高速数据采集卡。
使用标定模块13检测微区样品10产生的反射光是否存在以标定所述反射光的角度及其范围的步骤如下：所述光处理模块11发出恒定功率的入射光，所述入射光进入光学调整机构113调整后进入所述聚焦机构115，所述聚焦机构115将入射光聚焦到微区样品10上。微区样品10接收入射光后产生反射光，移动所述光功率计135以使所述光功率计135可检测反射光的总功率后，所述光功率计135再次检测微区样品10产生的反射光是否存在，以标定所述反射光的角度及其范围，其中，标定反射功率占反射光的总功率90％以上的范围为反射光范围，检测完毕，然后控制模171根据标定的反射光的角度及其范围确定积分球151的开口大小及其位置，以准确地标定反射光的范围。
放置适宜开口大小的积分球151于反射光的范围，所述信号处理模块15检测反射光的功率以得到反射率数据信号的步骤如下：所述光处理模块11提供功率逐步变化的入射光对微区样品10进行加热处理。具体为通过调整光源111发出入射光的功率，以达到每次升温2-30摄氏度效果。同时采用积分球151实时接收来自所述微区样品10产生的反射光功率获得功率数据信号并传送至所述光谱分析机构153进行分析处理，所述光谱分析机构153依据所述功率数据信号获得反射率数据信号，并将所述反射率数据信号传送至数据采集件155进行搜集，并将搜集的反射率数据信号上传给上位机17，以形成反射率光谱曲线图。根据图谱显示微区样品10的反射率数值发生突变，由于微区样品10在非晶态和结晶态之间进行快速、可逆的转变时，其反射率会发生显著变化，因此当微区样品10的反射率数值突变时，此微区样品10物相发生变化。微区样品10发生物相变化时控制模块171反馈控制信号给光源111，以控制光源111停止工作，即停止对微区样品10进行加热，完成一次微区样品10反射率测试。采用所述光反射率系统1，可用光功率计135检测反射光的功率，以标定反射光的角度及其范围，控制模块171根据反射光的角度及其范围可准确确定需要设置积分球151的开口大小及位置，从而可以快速检测并采集需要热处理的微区样品10的反射光的反射功率，且操作简便快捷。
其中，在本发明中，在标定反射光的角度及其范围阶段，即标定模块13工作时所述光源111发出的入射光的功率恒定，且较优地，所述入射光的功率远低于待检测微区样品10可能发生物相变化的功率范围。而在采用所述积分球151进行检测微区样品10反射光时，则调整所述光源111发出的入射光的功率逐次增加，调节光源111加热单次脉宽为0.5-2000ms，以达到每次升温2-30摄氏度效果，对微区样品10进行逐次加热，直至微区样品10发生物相变化。对所述待检测微区样品10的进行加热时，上述对所述入射光功率的限定，入射光的角度不发生变化时，微区样品10发出反射光的角度及其范围不发生变化，因而可提高对微区样品10反射率检测的准确度。
请参阅图4及图5，本发明第二实施例提供一种基于上述第一实施例所提供的微区反射率测试系统1的微区反射率测试方法，其包括：步骤S10，标定微区样品10在接收入射光后产生的反射光的角度及其范围及步骤S20，对微区样品10进行热处理及依据步骤S10标定的反射光的角度及其范围确定积分球151的开口大小及其位置后，利用所述积分球151检测所述微区样品10上发出的反射光功率得到反射率。
结合本发明第一实施例所提供的微区反射率测试系统1，提供入射光对微区样品10进行加热处理，检测微区样品10发出的反射光是否存在以标定反射光的角度及其范围；根据标定的反射光的角度及其范围检测所述微区样品10上发出的反射光的功率。
其中，步骤S10，标定微区样品10在接收入射光后产生的反射光的角度及其范围具体包括以下步骤：
步骤S101，所述光处理模块11发出恒定功率的入射光，对微区样品10进行加热处理具体步骤为：所述光源111发出入射光，所述入射光进入光学调整机构113调整后进入所述聚焦机构115，所述聚焦机构115将入射光聚焦到微区样品10上，微区样品10接收入射光后产生反射光。
步骤S102，采用光功率计135检测反射光的功率：光功率计135固定连接在位移台133上，驱动机构131连接带动位移台133及光功率计135移动，以检测反射光的功率。其中，移动光功率计135具体为：调节光功率计135与微区样品10的距离，至微区样品10产生的发射光形成的光斑面积占光功率计135接收面积的50-85％，然后进行粗扫描，确定反射光的角度，并标定反射光的范围。接着以光斑所在平面为基准面移动光功率计135，进行细扫描，直至检测到反射光总功率。其中，所述光功率计135的移动方式可以是涡旋方式、Z字型迂回方式、周围包围中心方式或任意方向移动方式等。
其中，在本发明中，所述粗扫描是指对微区样品10发出的发射光进行大视场范围的初步扫描，所述细扫描是指以所述反射光形成的光斑所在平面为基准面，移动光功率计135，以实现对反射光的小视场范围的精细扫描。
步骤S103，检测是否有反射光；检测微区样品10产生的反射光是否存在，若是，则进入步骤S104；若否，则进入步骤S105。
步骤S104，标定反射光的角度及其范围，并移动光功率计135。再次采用光功率计135进行反射光检测。
步骤S105，反射光的范围是否已检测完毕：检测的反射光功率占反射总功率的90％以上的范围，标定为反射光范围，检测完毕。若否，则进入步骤S106。若是，则进入步骤S107。
步骤S106，标定反射光的角度及其范围，并移动光功率计135。再次采用光功率计135进行反射光检测。
及步骤S107，根据标定的反射光的角度及其范围确定需要设计积分球151的开口大小及位置。光功率计135检测的反射光的角度及其范围，控制模块171根据标定的反射光的角度及其范围确定需要设计积分球151的开口大小及位置。
请参阅图5，所述步骤S20，对微区样品10进行热处理及依据步骤S10标定的反射光的角度及其范围确定积分球151的开口大小及其位置后，利用所述积分球151检测所述微区样品10上发出的反射光功率得到反射率的具体步骤如下：
步骤S201，采用光源111发出入射光，对微区样品10进行热处理:所述光处理模块11提供功率逐步变化的入射光，所述入射光进入光学调整机构113调整后进入所述聚焦机构115，所述聚焦机构115将入射光聚焦到微区样品10上形成光斑，所述光斑尺寸小于微区样品10尺寸，以对微区样品10进行加热处理，微区样品10接收入射光后产生反射光。调节光源111加热单次脉宽为0.5-2000ms，调整光源111发出入射光的功率，以达到每次升温2-30摄氏度效果，对微区样品10进行逐次加热，直至微区样品10发生物相变化。
步骤S202，采用积分球151检测反射光的功率：控制模块171根据步骤S10标定的反射光的角度及其范围设计积分球151的开口大小和放置位置，然后采用积分球151实时检测反射光的功率。
步骤S203，采用光谱分析机构153分析处理获得反射率，数据采集件155搜集反射率，并上传给上位机17。
步骤S204，所述反射率是否突变：根据上位机17依据所获得的反射率生成的反射率图谱，根据图谱显示微区样品10的反射率数值是否有突变。当微区样品10的反射率数值突变时，此微区样品10物相发生变化。
步骤S205，微区样品10发生相变，上位机17发出控制信号，控制光源111停止工作，完成一次微区样品10反射率检测。
与现有技术相比，本发明一种微区反射率测试系统及其测试方法具有以下优点：
(1)采用所述标定模块检测微区样品的反射光是否存在以标定所述反射光的角度及其范围，控制模块根据反射光的角度及反射光的范围可准确确定积分球的开口大小及位置，从而可以快速检测并采集需要热处理的微区样品的反射光的反射功率，且操作简便快捷。
(2)所述位移台可带动所述光功率计移动，以完成微区样品发出的反射光的总功率的检测，以准确标定反射光的角度及其范围。
(3)所述积分球接收来自所述微区样品产生的反射光获得功率数据信号，以分析处理获得反射率数据信号，并采用数据采集件快速采集反射率数据信号，传送至上位机，以实现对积分球检测微区样品的信号传送。
(4)所述光源发出入射光，以对微区样品进行逐次加热处理，所述积分球检测反射光的功率数据信号，经过光谱分析仪分析处理获得反射率数据信号，并传送至上位机，可以对需要进行热处理的微区样品进行反射率测试。
(5)所述微区反射率测试方法通过移动光功率计，获得反射光的功率，并标定反射光的角度及其范围，使控制模块能够确定积分球的开口大小及其位置，以实现对需要加热处理的微区样品反射率检测。
以上所述仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微区反射率测试系统，用于检测微区样品的反射率，其特征在于：其包括光处理模块、标定模块、控制模块及积分球，所述光处理模块提供入射光以对微区样品进行加热处理，所述标定模块检测微区样品产生的反射光是否存在以标定所述反射光的角度及其范围，控制模块根据标定的反射光的角度及其范围确定积分球的开口大小及其位置，所述积分球检测所述微区样品上发出的反射光的功率得到反射率。
2.如权利要求1所述的微区反射率测试系统，其特征在于：所述标定模块进一步包括光功率计及可移动的位移台，所述可移动位移台连接带动所述光功率计移动，移动所述光功率计以检测微区样品发出的反射光的功率来确定反射光的是否存在从而标定反射光的角度及其范围。
3.如权利要求2所述的微区反射率测试系统，其特征在于：所述微区反射率测试系统还包括光谱分析机构，所述积分球接收来自所述微区样品产生的反射光功率获得功率数据信号并传送至所述光谱分析机构进行分析处理，所述光谱分析机构依据所述功率数据信号获得反射率数据信号。
4.如权利要求3所述的微区反射率测试系统，其特征在于：所述微区反射率测试系统进一步包括数据采集件以及上位机，所述数据采集件对所述光谱分析机构产生的反射率数据信号进行数据采集，所述上位机接受来自光谱分析仪或数据采集件的反射率数据信号，以形成反射率光谱图。
5.如权利要求3所述的微区反射率测试系统，其特征在于：所述光处理模块包括可变换功率的光源，当标定模块工作时，所述光源发出功率恒定的入射光，当积分球检测微区样品的反射光时，所述光源发射功率逐步变化的入射光对微区样品进行加热处理，直至微区样品发生物相变化时停止继续对微区样品加热处理。
6.一种基于上述权利要求1-5中任一项所述微区反射率测试系统的微区反射率测试方法，其特征在于：其包括以下步骤：提供入射光对微区样品进行加热处理，检测微区样品发出的反射光是否存在以标定反射光的角度及其范围；根据标定的反射光的角度及其范围，检测所述微区样品上发出的反射光功率得到反射率。
7.如权利要求6中所述的微区反射率测试方法，其特征在于：所述标定反射光的角度及其范围的具体步骤为：提供恒定功率的入射光对微区样品进行加热处理；检测微区样品产生的反射光功率来确定反射光是否存在以标定反射光的角度及其范围。
8.如权利要求7中所述的微区反射率测试方法，其特征在于：所述标定反射光的角度及其范围的具体步骤还包括当检测的反射光功率占反射总功率的90％以上范围时，检测完毕。
9.如权利要求6中所述的微区反射率测试方法，其特征在于：所述根据标定的反射光的角度及其范围，检测所述微区样品上发出的反射光功率得到反射率具体步骤包括：提供功率逐步变化的入射光对微区样品进行加热处理，接收来自所述微区样品产生的反射光功率得到反射率。
10.如权利要求9中所述的微区反射率测试方法，其特征在于：根据标定的反射光的角度及其范围，检测所述微区样品上发出的反射光功率得到反射率具体步骤进一步包括当反射率发生突变也即微区样品发生相变时，停止对微区样品进行加热。
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