CN112033939A - 一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法 - Google Patents

一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112033939A
CN112033939A CN202010980773.6A CN202010980773A CN112033939A CN 112033939 A CN112033939 A CN 112033939A CN 202010980773 A CN202010980773 A CN 202010980773A CN 112033939 A CN112033939 A CN 112033939A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ultraviolet
film sample
film
absorptivity
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010980773.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112033939B (zh
Inventor
杨荣静
温馨
吕晶
徐嘉
段冀渊
严波
何秀玲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hongkou Customs Of People's Republic Of China
Shanghai Customs Mechanical And Electrical Products Testing Technology Center
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Hongkou Customs Of People's Republic Of China
Shanghai Customs Mechanical And Electrical Products Testing Technology Center
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hongkou Customs Of People's Republic Of China, Shanghai Customs Mechanical And Electrical Products Testing Technology Center, Shanghai Jiaotong University filed Critical Hongkou Customs Of People's Republic Of China
Priority to CN202010980773.6A priority Critical patent/CN112033939B/zh
Publication of CN112033939A publication Critical patent/CN112033939A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112033939B publication Critical patent/CN112033939B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/59Transmissivity
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/8422Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20Design optimisation, verification or simulation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4735Solid samples, e.g. paper, glass
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N2021/555Measuring total reflection power, i.e. scattering and specular
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N2021/558Measuring reflectivity and transmission

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法,针对同一紫外线光学检测系统,对同批不同厚度的薄膜样品依次进行紫外反射率和紫外透光率的测试与计算,采用指数型拟合得到拟合公式,预测厚度值直接计算得到该薄膜样品的紫外吸收率。本发明提供的一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法,将反射率检测与透射率检测分开为两个工作区域,两者独立工作、互不干扰,提高了数据的准确性,且使用方便、计算高效,不会坏掉薄膜样品;采用指数型拟合的函数相关度更高,保证了在紫外线光学检测过程中提取出精准高效的紫外波长数据进行计算,保障了拟合函数的数据有效性,同时也进一步提高了光线检测的效率。

Description

一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法
技术领域
本发明涉及物理光学领域中的紫外线检测技术,更具体的说是涉及一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法。
背景技术
紫外线是指频率介于可见光与X射线之间、波段范围在10~400nm内的电磁波,主要由真空紫外波段部件(10~200nm)、UVC段(200~280nm)、UVB段(280~320nm)和UVA段(320~400nm)组成,其中真空紫外线波段和UVC段的短波紫外线会被臭氧层吸收,无法到达地球表面,因此在实际科研工作中一般只考虑中波紫外线UVB与长波紫外线UVA的辐射效应。光线能量随频率的减小而下降,而波长与频率成反比关系,因此紫外线的UVB段比UVA段具有更高的光波能量。在紫外线遇到障碍物的传播过程中,由于高频波段的光子容易被电子吸收变成激发态,很难发生衍射现象,即绕过障碍继续传播的能力弱,因此中短波紫外线UVB主要在障碍物表面被吸收,而长波紫外线UVA则具有更强的穿透性(即光线的绕射能力)。以人体皮肤为例,皮肤组织能阻挡紫外线中大部分的UVB段而不能挡住UVA段,由于UVB段波长短、能量高,经该波段紫外线晒过的皮肤易引起即时的晒伤,使得皮肤脱皮、变红;而UVA段的能量虽相对不高,但由于其波长较长、对皮肤具有更强的穿透力,能直抵皮肤真皮层,造成皮肤晒黑、微血管、老化松弛等现象,甚至将诱发皮肤癌等疾病。
目前,对防治紫外线辐射的研究主要集中在防晒霜与防紫外纺织品的研发工作上,其中防晒霜产品的化学成分复杂、涉及多种物化作用,不适宜进行紫外线辐射效应的基础性机理研究;而纺织品的防紫外线性能受制于纤维成分、颜色、厚度、密度、编制结构等多重参数的影响,难以通过单一变量的试验方法来测定材料的基本光学参数。为深入展开紫外线辐射机理的研究,建立用于紫外光线追踪的功能性仿真平台,选取薄膜样品作为试验对象,进行薄膜紫外吸收率等基础光学参数的相关探索。薄膜样品是一种厚度介于单原子到几毫米间的薄金属或有机物层结构,市场上常见的有尼龙薄膜(PA)、聚酰亚胺薄膜(PI)和聚酯薄膜(PET)等塑料薄膜,薄片通过干燥、熔融、挤出及拉出等工艺制成,因其分子排布均匀、整体厚度一致等结构性能,使之具备透明度高、耐摩擦、化学性质稳定等优异特性,被广泛应用于电子电器、食品包装、光学镜面、农业功能性薄膜等领域。在对紫外辐射的光线追踪研究中,相对纺织品而言,薄膜样品的匀质透明结构能消除纤维结构对其防紫外线性能的影响,通过厚度定量的薄膜样品设计可以有效确定适用于仿真计算模型中的材料光学参数。
在光线传播理论中,紫外线照射物质表面时主要发生光线反射、透射与吸收三种效应,且三者的能量总和为100%。由于在物质对紫外线的吸收过程中涉及到复杂的物化反应,如基态电子被激发为激发态电子后通过辐射跃迁以发射荧光、内部转化释放振动能、通过能量转移的激发态猝灭等光物理过程,以及物质分子具有紫外线特征吸收光谱、光子能量大于化学键能时引起的分子内化学键断裂所产生的光化学反应等,因此难以通过直接的试验手段对材料的紫外吸收率进行测量。从目前的紫外检测手段来看,主要是先通过紫外分光光度计测试得到材料在紫外波段内的紫外反射率与透射率变化,进而由三者的关系式间接推算出紫外线的吸收情况,缺乏对材料紫外吸收率的系统性研究。
因此,针对紫外线测试领域的研究现状,如何提供一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足,提供一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法,将反射率检测与透射率检测分开为两个工作区域,两者独立工作、互不干扰,共用一个紫外光源,提高了数据的准确性,且使用方便、计算高效,不会坏掉薄膜样品;采用指数型拟合的函数相关度更高,保证了在紫外线光学检测过程中提取出精准高效的紫外波长数据进行计算,保障了拟合函数的数据有效性,同时也进一步提高了光线检测的效率。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法,具体包括以下步骤:
S1、针对同一紫外线光学检测系统,在垂直于薄膜样品表面的方向上,通过紫外线氘灯光源向薄膜样品发射出280~400nm波段内的紫外线,以漫反射积分球来采集薄膜样品表面所反射的紫外线,通过反射光检测器得到薄膜样品的紫外反射率R%;
在同等测试条件下,透射光检测器从薄膜样品的背面接收穿透过薄膜样品的紫外线,并得到薄膜样品的紫外透射率T%,并通过等式计算得到薄膜样品的紫外吸收率A%;
S2、对同批不同厚度的薄膜样品依次依据步骤S1进行测试和计算,分别得到每个薄膜样品的紫外透射率和紫外吸收率,并获得该厚度梯度下的薄膜样品紫外吸收率在紫外波段内的数值变化情况,得到拟合公式;
S3、测量待测薄膜样品的厚度值,并带入拟合公式中,得到待测薄膜样品的紫外吸收率。
采用上述技术方案的技术效果是:本发明中,所述的薄膜样品紫外吸收率与薄膜样品厚度值相对应,厚度值越大,则意味紫外线穿过薄膜样品介质层越厚,薄膜内部与紫外线之间发生的吸收效应越强烈,即薄膜样品对光线的吸收能力越强,进而薄膜样品紫外吸收率也就越大,通过薄膜样品紫外吸收率与薄膜样品厚度值之间准确的对应关系,最终实现对一定厚度薄膜样品的紫外吸收性能参数的检测。
优选地,所述步骤S1中,发射在薄膜样品表面的光束在漫反射积分球体内进行全方位反射,且得到平均化的光信号被反射光检测器采集,并将光信号转化为电信号,进一步放大;
所述全方位反射包括镜面反射和漫反射。
采用上述方案的技术效果是:通过漫反射积分球体实现包括镜面反射和漫反射在内的全方位反射,进而使反射光检测器输出的光信号更加准确。
优选地,所述步骤S1中,将包含所述紫外线氘灯光源的紫外线发射器设置在薄膜样品水平表面的正上方,并对薄膜样品的紫外反射率与紫外透射率分步进行测试。
采用上述方案的技术效果是:通过设定在薄膜样品水平表面的正上方,便于发射连续稳定且具有足够强度的紫外线;紫外反射率与紫外透射率分步进行测试,检测结果不会相互干扰,保证数据的准确性。
优选地,所述步骤S2中,拟合公式的具体求法包括:
根据步骤S2该厚度梯度下的薄膜样品紫外吸收率在紫外波段内的数值变化情况,对各个紫外波长下薄膜样品的紫外吸收率随厚度的分布变化进行指数型拟合,得到薄膜样品紫外吸收率与其厚度的函数关系式;
且,在拟合薄膜样品厚度与紫外吸收率之间的标准化公式时,进行多组不同厚度梯度的平行薄膜样品测试,不断校准特定波长下的函数方程,得到拟合公式y=y0+A*exp(R0*x);
其中,y0=10.0000~50.0000,A=-5.0000~-30.0000,R0=-0.5000~-5.0000。
采用上述方案的技术效果是:相比于线性拟合,采用指数型拟合的函数相关度更高。
优选地,还包括间隔提取280-400nm波段信息,对提取的紫外线波段信息进行处理。
采用上述技术方案的技术效果:由于在280~400nm波段内接收的波长信息数据量巨大,为了提高图形处理的效率,间隔提取所述波段信息,既能保证图形的连续性与完整性,又能节约图像的内存开销。
优选地,所述间隔为2nm。
采用上述技术方案的技术效果是:实际确定波长间隔时,可通过预先的实验检测,设置多组波长间隔,如1nm,2nm,5nm等,预估出既满足数据准确性,又具备高检测效率的波长间隔选择,采用间隔为2nm的技术方案,保证了在紫外线光学检测过程中提取出精准高效的紫外波长数据进行计算,保障了拟合函数的数据有效性,同时也进一步提高了光线检测的效率。
本发明的理论依据:
根据光线传播机理,当紫外线照射到物质表面时,将同时发生光线反射、透射与吸收现象,由能量守恒原理有紫外反射率、紫外透射率、紫外吸收率三者之和为100%,以R%、T%、A%分别代表材料的紫外反射率、紫外透射率、紫外吸收率,满足下式:
R%+T%+A%=100%
在封闭式的检测装置内,分为反射率检测部件与透射率检测部件两个分开的工作部件域,两者独立工作、互不干扰,共用一个紫外光源。紫外线氘灯光源能产生一束具有足够辐射强度和良好稳定性的、波段在280~400nm部件间的紫外线(根据我国国家技术标准的规定将紫外波段限定在280~400nm范围内)。
在反射率检测部件中,将紫外光垂直投射于薄膜样品表面,依据薄膜样品表面的粗糙情况将出现包括镜面反射与漫反射在内的两种反射现象,薄膜样品表面越粗糙,反射光中的漫反射成分占比越多,反之薄膜样品表面越光滑,反射光中的镜面反射占比越多。利用积分球检测器的方式来收集紫外线在薄膜样品表面的全反射光线(全反射=镜面反射+漫反射),其中,积分球是个中空的球体,其内壁涂有高反射率的物质(一般为硫酸钡涂层),内径为几十毫米至几百毫米不等,内径越大即设备成本越大。投射在样品表面的光束将在积分球体内进行包括镜面反射与漫反射在内的全方位反射,最后将得到一个被平均化了的光信号被积分球底部的紫外接收器采集,并进一步放大。由收集到的全反射光线强度与入射光线强度的比值获得薄膜样品的紫外反射率。
在紫外透射率检测部件内,同样将紫外光垂直投射于薄膜样品表面,在薄膜样品背面放置一个紫外线检测器来接收穿透薄膜样品的透射光线,同样地以收集到的透射光线强度与入射光线强度的比值获得薄膜样品的紫外透射率。
由测试得到的薄膜样品紫外反射率与紫外透射率数据,根据反射率、透射率、吸收率三者的关系等式计算出薄膜样品在各波长下所对应的紫外吸收率,从而绘制出280~400nm波段范围内的紫外吸收率变化图像。本发明是建立在上述光学理论与技术基础上的。
选取同批确定厚度梯度的标准薄膜样品,对每一块薄膜样品进行上述的紫外吸收率测试,从而得到在各组厚度值下薄膜样品的紫外吸收率随波长的变化情况。此时,选定一个特征紫外波长,即可获取该波长下薄膜样品紫外吸收率在一定厚度梯度部件间内的变化趋势。将数据进行拟合处理,得到薄膜样品厚度与紫外吸收率之间对应的标准化计算公式,实现对已知厚度的薄膜样品的紫外吸收率计算,进而将其作为材料的基础光学参数用于紫外光线追踪仿真的模型构建。
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明公开了一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法与装置,具有以下技术效果:本发明提供的一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法,将反射率检测与透射率检测分开为两个工作区域,两者独立工作、互不干扰,共用一个紫外光源,提高了数据的准确性,且使用方便、计算高效,不会坏掉薄膜样品;采用指数型拟合的函数相关度更高,保证了在紫外线光学检测过程中提取出精准高效的紫外波长数据进行计算,保障了拟合函数的数据有效性,同时也进一步提高了光线检测的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明实施例中用于紫外光线追踪仿真的薄膜样品吸收率测试装置的结构示意图。
图2附图为本发明实施例中紫外波段内某厚度下的薄膜样品对应的波长-反射率/透射率/吸收率分布图。
图3附图为本发明实施例中特定波长下薄膜紫外吸收率与其厚度的线性拟合示意图。
图4附图为本发明实施例中特定波长下薄膜紫外吸收率与其厚度的指数型拟合示意图。
其中,1为紫外线氘灯光源,2为反射率检测部件,3为透射率检测部件,4为信号指示系统,5为吸收系数计算与显示系统,6为第一反光镜,7为漫反射积分球,8为反射光检测器,9为第二反光镜,10为透射光检测器,11为吸收池。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例还提供了一种紫外光学检测系统,紫外光学检测系统包括上述的用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试装置。
为了进一步优化本发明的技术方案,紫外光学检测系统用于光学薄膜样品的光学参数测试或者紫外线防护物质的紫外吸收率测试。
本发明实施例提供了一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法,具体包括以下步骤:
S1、针对同一紫外线光学检测系统,在垂直于薄膜样品表面的方向上,通过紫外线氘灯光源1向薄膜样品发射出280~400nm波段内的紫外线,以漫反射积分球7来采集薄膜样品表面所反射的紫外线,通过反射光检测器8得到薄膜样品的紫外反射率R%;在同等测试条件下,再设置一个从薄膜样品的背面接收穿透过薄膜样品的紫外线的透射光检测器10,并得到薄膜样品的紫外透射率T%,并通过等式计算得到薄膜样品的紫外吸收率A%;
S2、对同批不同厚度的薄膜样品依次进行步骤(1)的测试与计算,得到每个薄膜样品在各紫外波长下所对应的紫外透射率数值和紫外吸收率数值,从而能获得该厚度梯度下的薄膜样品紫外吸收率在紫外波段内的数值变化情况;
S3、预先测量得到一个紫外吸收率待测薄膜样品的厚度值,将该值带入到预先得到的厚度与紫外吸收率之间的拟合公式(I)中,直接计算得到该薄膜样品的紫外吸收率;
其中拟合公式(I)为:
y=y0+A*exp(R0*x) (I)
式中,y0=10.0000~50.0000,A=-5.0000~-30.0000,R0=-0.5000~-5.0000。
为了进一步优化本发明的技术方案,步骤S1中,投射在样品表面的光束将在漫反射积分球7体内进行全方位反射,最后将得到平均化的光信号被反射光检测器采集,并进一步放大;全方位反射包括镜面反射和漫反射。
为了进一步优化本发明的技术方案,步骤S1中,将包含紫外线氘灯光源的紫外线发射器设置在薄膜样品水平表面的正上方。
为了进一步优化本发明的技术方案,步骤S1中,薄膜样品的紫外反射率与紫外透射率分步进行测试,紫外反射率与紫外透射率的紫外接收器不同。
为了进一步优化本发明的技术方案,拟合公式具体求法包括以下步骤:
S31、针对同一紫外线光学检测系统,在垂直于薄膜样品表面的方向上,向薄膜样品发射连续、稳定的紫外线,分别采集得到该薄膜样品的紫外反射率与紫外透射率信息,并计算得到其紫外吸收率的数据;
S32、对同批具有不同标准厚度信息的薄膜样品重复上述步骤S31的测试,得到多组薄膜样品的紫外吸收率与其厚度值数据;
S33、整理数据,得到各个紫外波长下薄膜的紫外吸收率随厚度的分布变化,并对其进行指数型拟合,得到薄膜样品紫外吸收率与其厚度的函数关系式;
S34、在拟合薄膜样品厚度与紫外吸收率之间的标准化公式时,进行多组不同厚度梯度的平行薄膜样品,以不断校准特定波长下的函数方程,得到拟合公式;
S35、借助千分尺测量待测样的厚度值,在拟合公式中带入该值即可直接计算得到该薄膜样品的紫外吸收率。
为了进一步优化本发明的技术方案,步骤S33中,整理数据的操作为:间隔提取280-400nm波段信息,对提取的紫外线波段信息进行处理。
为了进一步优化本发明的技术方案,间隔为2nm。
本发明实施例提供上述一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法所使用的装置,如图1所述,包括;紫外线氘灯光源1,还包括;反射率检测部件2、透射率检测部件3、信号指示系统4和吸收系数计算与显示系统5;
其中,其中,反射率检测部件2和透射率检测部件3分别通过两个反射镜接收紫外线氘灯光源发射至薄膜样品反射的紫外光;反射率检测部件2与透射率检测部件3分布在两个独立的区域内;反射率检测部件2和透射率检测部件3分别与信号指示系统4连接;信号指示系统4用于选择紫外特征波长与输入厚度信息;信号指示系统4与吸收系数计算与显示系统5连接;吸收系数计算与显示系统5用于对紫外光线数据的直接输出显示。
为了进一步优化本发明的技术方案,反射率检测部件2包括漫反射积分球7和反射光检测器8;紫外线氘灯光源1通过第一反光镜6向漫反射积分球7发射紫外线;漫反射积分球7用于收集紫外线在试样表面的全反射光线;反射光检测器8设置在漫反射积分球7的底部,且用于采集经漫反射积分球7全方位反射的紫外线;反射光检测器7与信号指示系统4连接。
为了进一步优化本发明的技术方案,漫反射积分球7是个中空的球体,其内壁涂有高反射率的物质,内径为50-80mm。可进一步的,高反射率的物质为硫酸钡。
为了进一步优化本发明的技术方案,透射率检测部件3包括透射光检测器10,透射光检测器10与信号指示系统4连接,透射光检测器10位于试样的背面,且用于采集通过第二反光镜9并穿透过试样的紫外线。
实施例1
本实施例以实验中的某一具体薄膜样品紫外吸收率测试为例进行说明。
本实施例中薄膜样品吸收率测试装置,如图1所示,包括:紫外线氘灯光源1、漫反射积分球7、反射光检测器8、透射光检测器10,信号指示系统4,紫外吸收率计算与显示系统5。虚线划分了装置内的不同工作区域,包括光源区域、紫外反射检测区、紫外透射检测区、信号处理与呈现区。
在本实施例中,超声检测装置由紫外线检测器和PC机组成,紫外线检测器能采集与接收紫外线强度,并将其自动导入到数字系统中用于紫外反射率、透射率、吸收率的测试,在进行标准厚度薄膜样品的检测后,系统内将自动拟合出紫外吸收率与厚度之间相关度最高的关系式。信号指示系统用于客户选择紫外特征波长与厚度信息的输入。紫外吸收率计算与显示系统则是通过将输入的待测样信息匹配到合适的拟合函数中,计算并显示薄膜样品的紫外吸收率数值结果。
在本实施例中,选取280~400nm为目标紫外波段,垂直于薄膜表面入射。薄膜样品的紫外反射率以聚四氟乙烯(PTFE)为标准白板的数据进行校正,采用的是150mm漫反射积分球,确定提取紫外波长间隔为2nm。在本实施例中,薄膜样品为PET(聚酯涤纶纤维),其表观密度为1.38,拉伸强度大于等于80Mpa。
图2为厚度值为0.1mm的PET薄膜样品所对应的波长-反射率/透射率/吸收率分布图,图像中展示了在280~400nm紫外波段内薄膜样品的紫外反射率、透射率与吸收率的分布情况,即随着紫外线波长递增,反射率的变化较小;UVB段的透射率较低,而UVA段的透射率大幅上升;吸收率与透射率具有较大的相关性,两者随波长的变化趋势相反。
紫外光学检测过程中聚酯纤维薄膜样品的紫外吸收率测试的具体实施步骤如下:
1)紫外光学检测系统中的薄膜样品吸收率测试装置,在280~400nm的紫外波段内、以2nm为波长间隔的整个波长采集过程中,都要保持持续稳定的紫外线氘灯光源照射,从而保证所采集信息的精确度。
2)从步骤1)中得到的紫外反射率、透射率、吸收率信息中,对各个波长所对应的光学系数进行图像处理分析,如图2所示,得到PET薄膜样品的紫外反射率、透射率、吸收率在280~400nm紫外波段中分布图谱,由图像可以直观地对中波紫外线UVB和长波紫外线UVA的反射性、穿透力等性质进行分析。
3)利用千分尺对待测的薄膜样品进行厚度测量,将其厚度值X=0.025mm代入预先得到的指数型拟合公式中:
y=22.39-23.02*e-3.92x
得到该薄膜样品的紫外吸收率Y为1.51894%。
以上步骤3)中拟合公式的具体求法如下:
(1)按以上步骤1)、步骤2)得到PET薄膜制品在不同厚度参数下波长-紫外吸收率数据,共进行13组标准厚度薄膜样品的测试;
(2)处理数据信息,得到特定紫外波长下的薄膜样品紫外吸收率随厚度变化的情况,此处选取的紫外波长为350nm。得到多组实验数据:x1=0.0125mm,x2=0.025mm,x3=0.05mm,x4=0.075mm,x5=0.1mm,x6=0.125mm,x7=0.15mm,x8=0.175mm,x9=0.2mm,x10=0.25mm,x11=0.3mm,x12=0.35mm,x13=0.5mm。
对应的紫外吸收率为:y1=1.86746%,y2=1.39786%,y3=3.3626%,y4=4.22892%,y5=7.85351%,y6=7.66144%,y7=6.60435%,y8=10.91455%,y9=11.05224%,y10=13.96579%,y11=17.68685%,y12=19.81081%,y13=16.32837%。
(3)根据这13组实验数据,利用计算机数据拟合的方法,得到函数方程,如图3和图4所示。
图3为采用线性拟合得到的函数方程图像,函数方程为:
y=2.4668+39.2072*x
图4为采用指数型拟合得到的函数方程图像,函数方程为:
y=22.39-23.02*e-3.92x
判断两条曲线拟合好坏的程度:
理论判断:一方面,线性拟合公式的相关系数为0.82777,而指数型拟合公式的相关系数为0.91414,结合图形来看,指数型函数的拟合结果更好;另一方面,对于厚度为0.025mm的PET薄膜紫外吸收率仪器测试值为1.39786%,而通过线性拟合函数计算得到的结果是3.44698%,绝对误差为2.04912%,相对误差为146.59%;而指数型拟合函数计算得到的结果为1.51894%,绝对误差为0.12108%,相对误差为8.66%;指数型拟合的精确程度远远高于线性拟合,因此最终采用指数型拟合公式。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
S1、针对同一紫外线光学检测系统,在垂直于薄膜样品表面的方向上,通过紫外线氘灯光源向薄膜样品发射出280~400nm波段内的紫外线,以漫反射积分球来采集薄膜样品表面所反射的紫外线,通过反射光检测器得到薄膜样品的紫外反射率R%;
在同等测试条件下,透射光检测器从薄膜样品的背面接收穿透过薄膜样品的紫外线,并得到薄膜样品的紫外透射率T%,并通过等式计算得到薄膜样品的紫外吸收率A%;
S2、对同批不同厚度的薄膜样品依次依据步骤S1进行测试和计算,分别得到每个薄膜样品的紫外透射率和紫外吸收率,并获得该厚度梯度下的薄膜样品紫外吸收率在紫外波段内的数值变化情况,得到拟合公式;
S3、测量待测薄膜样品的厚度值,并带入拟合公式中,得到待测薄膜样品的紫外吸收率。
2.根据权利要求1所述的一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法,其特征在于,所述步骤S1中,发射在薄膜样品表面的光束在漫反射积分球体内进行全方位反射,且得到平均化的光信号被反射光检测器采集,并将光信号转化为电信号;
所述全方位反射包括镜面反射和漫反射。
3.根据权利要求1所述的一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法,其特征在于,所述步骤S1中,将包含所述紫外线氘灯光源的紫外线发射器设置在薄膜样品水平表面的正上方,并对薄膜样品的紫外反射率与紫外透射率分步进行测试。
4.根据权利要求1所述的一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法,其特征在于,所述步骤S2中,拟合公式的具体求法包括:
根据步骤S2该厚度梯度下的薄膜样品紫外吸收率在紫外波段内的数值变化情况,对各个紫外波长下薄膜样品的紫外吸收率随厚度的分布变化进行指数型拟合,得到薄膜样品紫外吸收率与其厚度的函数关系式;
且,在拟合薄膜样品厚度与紫外吸收率之间的标准化公式时,进行多组不同厚度梯度的平行薄膜样品测试,不断校准特定波长下的函数方程,得到拟合公式y=y0+A*exp(R0*x);
其中,y0=10.0000~50.0000,A=-5.0000~-30.0000,R0=-0.5000~-5.0000。
5.根据权利要求4所述的一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法,其特征在于,还包括间隔提取280-400nm波段信息,对提取的紫外线波段信息进行计算并拟合。
6.根据权利要求5所述的一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法,其特征在于,所述间隔为2nm。
CN202010980773.6A 2020-09-17 2020-09-17 一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法 Expired - Fee Related CN112033939B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010980773.6A CN112033939B (zh) 2020-09-17 2020-09-17 一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010980773.6A CN112033939B (zh) 2020-09-17 2020-09-17 一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112033939A true CN112033939A (zh) 2020-12-04
CN112033939B CN112033939B (zh) 2021-05-04

Family

ID=73590297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010980773.6A Expired - Fee Related CN112033939B (zh) 2020-09-17 2020-09-17 一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112033939B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112613173A (zh) * 2020-12-18 2021-04-06 北京理工大学 一种金黑薄膜吸收率计算模拟方法
CN112881341A (zh) * 2021-01-15 2021-06-01 中国科学院光电技术研究所 一种确定有机薄膜光学常数和厚度的方法
CN113008170A (zh) * 2021-03-19 2021-06-22 长江存储科技有限责任公司 一种厚度测量方法和系统
CN113011018A (zh) * 2021-03-05 2021-06-22 浙江大学 一种基于光线追迹仿真模型的氢同位素固体光场重构方法
CN114858733A (zh) * 2022-07-07 2022-08-05 江苏满星测评信息技术有限公司 一种用于测试分析控温薄膜材料光学性能的系统及方法
CN116589793A (zh) * 2023-06-12 2023-08-15 江苏多上新材料科技有限公司 一种抗老化聚丙烯电缆材料及其制备方法和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19857141A1 (de) * 1998-12-11 2000-06-15 Zae Bayern Spektrometerzusatz mit einer integrierenden Kugel und Verfahren zur Bestimmung des gerichtet-hemisphärischen Transmissions- und Reflexionsgrades
CN101281122A (zh) * 2008-05-12 2008-10-08 中国农业大学 一种测量光学参数谱的装置及其消除散射影响的定量方法
CN101539511A (zh) * 2009-04-24 2009-09-23 中国科学院上海光学精密机械研究所 测量纳米粒子体系光学特性参数的装置和方法
CN102262071A (zh) * 2011-07-26 2011-11-30 中国科学院安徽光学精密机械研究所 大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法
CN108982392A (zh) * 2018-09-28 2018-12-11 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种激光吸收率测量装置及激光吸收率测量方法
CN109632717A (zh) * 2018-12-29 2019-04-16 深圳奥比中光科技有限公司 漫反射率检测装置与方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19857141A1 (de) * 1998-12-11 2000-06-15 Zae Bayern Spektrometerzusatz mit einer integrierenden Kugel und Verfahren zur Bestimmung des gerichtet-hemisphärischen Transmissions- und Reflexionsgrades
CN101281122A (zh) * 2008-05-12 2008-10-08 中国农业大学 一种测量光学参数谱的装置及其消除散射影响的定量方法
CN101539511A (zh) * 2009-04-24 2009-09-23 中国科学院上海光学精密机械研究所 测量纳米粒子体系光学特性参数的装置和方法
CN102262071A (zh) * 2011-07-26 2011-11-30 中国科学院安徽光学精密机械研究所 大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法
CN108982392A (zh) * 2018-09-28 2018-12-11 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种激光吸收率测量装置及激光吸收率测量方法
CN109632717A (zh) * 2018-12-29 2019-04-16 深圳奥比中光科技有限公司 漫反射率检测装置与方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. K. GAIGALAS ET.AL: "Measurement of Absorption and Scattering With an Integrating Sphere Detector: Application to Microalgae", 《JOURNAL OF RESEARCH OF THE NATIONAL INSTITUTE OF STANDARDS AND TECHNOLOGY》 *
C.Y. WANG ET.AL: "Optical Properties Characterization of Thermoplastics Used in Laser Transmission Welding: Scattering and Absorbance", 《ADVANCED MATERIALS RESEARCH》 *
KARI T. OJALA ET.AL: "Reflection and transmission measurements with an integrating sphere and Fourier-transform infrared spectrometer", 《APPLIED OPTICS》 *
MARK N. MERZLYAK ET.AL: "Does a leaf absorb radiation in the near infrared (780–900 nm) region? A new approach to quantifying optical reflection, absorption and transmission of leaves", 《PHOTOSYNTHESIS RESEARCH》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112613173A (zh) * 2020-12-18 2021-04-06 北京理工大学 一种金黑薄膜吸收率计算模拟方法
CN112881341A (zh) * 2021-01-15 2021-06-01 中国科学院光电技术研究所 一种确定有机薄膜光学常数和厚度的方法
CN112881341B (zh) * 2021-01-15 2023-02-14 中国科学院光电技术研究所 一种确定有机薄膜光学常数和厚度的方法
CN113011018A (zh) * 2021-03-05 2021-06-22 浙江大学 一种基于光线追迹仿真模型的氢同位素固体光场重构方法
CN113008170A (zh) * 2021-03-19 2021-06-22 长江存储科技有限责任公司 一种厚度测量方法和系统
CN114858733A (zh) * 2022-07-07 2022-08-05 江苏满星测评信息技术有限公司 一种用于测试分析控温薄膜材料光学性能的系统及方法
CN116589793A (zh) * 2023-06-12 2023-08-15 江苏多上新材料科技有限公司 一种抗老化聚丙烯电缆材料及其制备方法和应用
CN116589793B (zh) * 2023-06-12 2024-05-17 江苏多上新材料科技有限公司 一种抗老化聚丙烯电缆材料及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN112033939B (zh) 2021-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112033939B (zh) 一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试方法
Nichols et al. Design and testing of a white-light, steady-state diffuse reflectance spectrometer for determination of optical properties of highly scattering systems
Vaiano et al. A novel method for EBT3 Gafchromic films read-out at high dose levels
Doran et al. The history and principles of optical computed tomography for scanning 3-D radiation dosimeters
CN103983571A (zh) 探测器像素响应非均匀误差校正装置及其校正的方法
Cen et al. Quantification of the optical properties of two-layer turbid materials using a hyperspectral imaging-based spatially-resolved technique
CN213813344U (zh) 一种用于紫外光线追踪仿真的薄膜吸收率测试装置与系统
JP2010245527A (ja) 光透過性基板上のシリコン薄膜の特性評価を行う方法及び装置
Fukunaga et al. Terahertz imaging systems: a non-invasive technique for the analysis of paintings
Vincely et al. Accuracy of retrieving optical properties from liquid tissue phantoms using a single integrating sphere
Yamauchi et al. Raman and near-IR study on proton irradiated CR-39 detector and the effect of air-leak on damage formation
Terán et al. Application of single integrating sphere system to obtain the optical properties of turbid media
Kanick et al. Empirical model description of photon path length for differential path length spectroscopy: combined effect of scattering and absorption
CN101616627B (zh) 用于评估样本中的光学深度的光学设备
CN104198085B (zh) 一种光纤温度传感器的温度解调的数据处理方法
Chernomordik et al. Depth dependence of the analytical expression for the width of the point spread function (spatial resolution) in time-resolved transillumination
Jordan et al. Optical and X-ray computed tomography scanning of 3D dosimeters
Jordan Advances in optical CT scanning for gel dosimetry
Sung et al. Reflective measurement of water concentration using millimeter wave illumination
Braem et al. Scintillator studies for the HPD-PET concept
EP3737971B1 (en) Method and system for real-time determination of characteristics of radio-chromic films
Wang et al. Reflectance of silicon photomultipliers in linear alkylbenzene
CN113739911A (zh) 一种光辐照强度的测量方法及装置
Fusi et al. Optical characterization of a radiochromic film by total reflectance and transmittance measurements
Wohlschläger et al. A method for sorting of plastics with an apparatus specific quantum efficiency approach

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210504

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee