CN112834460A - 一种可同时测量多角度逆反射系数的装置 - Google Patents

一种可同时测量多角度逆反射系数的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可同时测量多角度逆反射系数的装置，经逆反射材料反射回来的光线，透过消色差物镜依次反射到第一反射镜和第二反射镜上，再到达分光镜上，分光镜的透射光到达第二半反半透镜上，第二半反半透镜的反射光进入1°观察角接收探测器中，第二半反半透镜的透射光到达第三半反半透镜上，第三半反半透镜的反射光进入0.5°观察角接收探测器中，第三半反半透镜的透射光进入0.2°观察角接收探测器中。通过设置多个半反半透镜，可以同时测量多个观察角下的逆反射系数。

Description

一种可同时测量多角度逆反射系数的装置
技术领域
本发明涉及逆反射系数检测的技术领域，尤其是一种可同时测量多角度逆反射系数的装置。
背景技术
目前，交通建设发展很快，道路上的交通标识也日益完善，逆反射材料在交通标识上的应用越来越广，交通标识对交通安全起着重要的作用，测量逆反射材料的逆反射系数是评估其逆反射性能的最有效和最直接的方式。现有的逆反射系数检测装置大多入射角与观察角为固定，不可调节。即使存在部分逆反射系数检测装置的入射角与观察角为可调，但都是室内台式的，具有体积庞大、测试过程繁琐、测试精度低等不足。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种可同时测量多角度逆反射系数的装置，可以同时测量多个观察角下的逆反射系数。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：
一种可同时测量多角度逆反射系数的装置，其特征在于，装置的光学系统包括以下组成部分：光源、小孔光阑、第一反射镜、消色差物镜、视场光阑、第二反射镜、分光镜，以及n个接收单元；
所述小孔光阑、分光镜依次设置在光源的下方，且所述分光镜以45°的角度倾斜设置在光源的下方；
第二反射镜、第一反射镜、消色差物镜、视场光阑设置于分光镜的反射光路上；
此n个接收单元依次设置于背离分光镜的反射光路的一侧；
第1个接收单元A1至第n-1个接收单元An-1中，每个接收单元均包括：半反半透镜和接收探测器；第1个接收单元A1至第n-1个接收单元An-1中，每个接收单元的半反半透镜沿背离分光镜反射光路的方向依次放置；第1个接收单元A1至第n-1个接收单元An-1中，每个接收单元的接收探测器均设置在同一个接收单元的半反半透镜的上方，即第1个接收单元A1至第n-1个接收单元An-1中，每个接收单元的接收探测器均接收同一个接收单元的半反半透镜的反射光；
第n个接收单元An中，仅包括接收探测器；第n个接收单元An中的接收探测器沿背离分光镜反射光路的方向设置于第n-1个接收单元An-1中的半反半透镜的后方，第n个接收单元An中的接收探测器接收第n-1个接收单元An-1中的半反半透镜的透射光；
所述光源发出的光经过小孔光阑到达分光镜上，分光镜的反射光依次反射到第二反射镜和第一反射镜上，经第二反射镜和第一反射镜反射后的光线，依次经过消色差物镜和视场光阑进行消色差和准直后，再以设定角度入射到逆反射材料上，该角度即为入射角；
经逆反射材料反射回来的光线，透过消色差物镜依次反射到第一反射镜和第二反射镜上，经第一反射镜和第二反射镜反射后的光线到达分光镜处，穿过分光镜的透射光先到达第1个接收单元A1的半反半透镜上，第1个接收单元A1的半反半透镜的反射光进入第1个接收单元A1的接收探测器中，穿过第1个接收单元A1的半反半透镜的透射光到达第2个接收单元A2的半反半透镜上，第2个接收单元A2的半反半透镜的反射光进入第2个接收单元A2的接收探测器中；按照上述方式，直到第n-1个接收单元An-1的半反半透镜的透射光进入第n个接收单元An的接收探测器中。
一种可同时测量多角度逆反射系数的装置，装置的光学系统包括以下组成部分：光源、小孔光阑、第一反射镜、消色差物镜、视场光阑、第二反射镜、分光镜，以及三个接收单元，即第1个接收单元A1、第2个接收单元A2、第3个接收单元A3；
所述第1个接收单元A1包括第一半反半透镜、1°观察角接收探测器；所述第2个接收单元A2包括第二半反半透镜、0.5°观察角接收探测器；所述第3接收到单A3元包括0.2°观察角接收探测器；
所述小孔光阑、分光镜依次设置在光源的下方，且所述分光镜以45°的角度倾斜设置在光源的下方；
第二反射镜、第一反射镜、消色差物镜、视场光阑设置于分光镜的反射光路上；
三个接收单元依次设置于背离分光镜的反射光路的一侧；
其中，所述光源发出的光经过小孔光阑到达分光镜上，分光镜的反射光依次反射到第二反射镜和第一反射镜上，经第二反射镜和第一反射镜反射后的光线，依次经过消色差物镜和视场光阑进行消色差和准直后，再以一定角度入射到逆反射材料上，该角度即为入射角；
经逆反射材料反射回来的光线，透过消色差物镜依次反射到第一反射镜和第二反射镜上，经第一反射镜和第二反射镜反射后的光线到达分光镜处，穿过分光镜的透射光到达第一半反半透镜上，第一半反半透镜的反射光进入1°观察角接收探测器中，穿过第一半反半透镜的透射光到达第二半反半透镜上，第二半反半透镜的反射光进入0.5°观察角接收探测器中，第二半反半透镜的透射光进入0.2°观察角接收探测器中。
所述入射角角度通过改变消色差物镜和视场光阑之间的夹角进行调节。
接收探测器包括探测器a和小孔，不同观察角下探测器a的接收位置不同，通过调节分光镜(10)，以及各个接收单元中的半反半透镜的倾斜角度找到实际光斑位置c，根据系统焦距和观察角角度计算出偏移量，再根据偏移量和实际光斑位置c找出偏移光路位置b，移动接收探测器的小孔至偏移光路位置b，使得接收探测器的观察角即为对应的观察角角度。
分光镜、第一半反半透镜、第二半反半透镜的反射与透射之间的分光比均为1:1。
若以1°观察角接收探测器的测试数值为基准，则将0.5°观察角接收探测器和0.2°观察角接收探测器的测试数值乘上2。
本发明的优点在于：
(1)通过设置多个半反半透镜，可以同时测量多个观察角下的逆反射系数。
(2)本发明为通过设置三个半反半透镜，实现0.2°、0.5°、1°观察角下的逆反射系数的同时测量。
(3)本发明的入射角由消色差物镜与视角光阑的夹角角度决定，观察角由接收探测器的小孔位置和实际接收光斑的偏移量决定。
(4)本发明的光线入射至逆反射材料的光路中利用两块反射镜对光线进行二次反射，能够折叠光路，缩短焦距，减小整个装置体积。
附图说明
图1为本发明的光学系统结构示意图。
图2为本发明的接收探测器的接收位置示意图。
图3为本发明的电路系统结构示意图。
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。
本发明的一种可同时测量多角度逆反射系数的装置，包括：光学系统、电路系统、软件系统。
由图1所示，光学系统包括以下组成部分：光源4、小孔光阑5、第一反射镜6、消色差物镜7、视场光阑8、第二反射镜9、分光镜10，以及三个接收单元，即第1个接收单元A1、第2个接收单元A2、第3个接收单元A3。
所述第1个接收单元A1包括第一半反半透镜11、1°观察角接收探测器3；所述第2个接收单元A2包括第二半反半透镜12、0.5°观察角接收探测器2；所述第3接收到单A3元包括0.2°观察角接收探测器1。
所述小孔光阑5、分光镜10依次设置在光源4的下方，且所述分光镜10以45°的角度倾斜设置在光源4的下方。
第二反射镜9、第一反射镜6、消色差物镜7、视场光阑8设置于分光镜10的右侧即的反射光路上。
三个接收单元依次设置于分光镜10的左侧，即依次设置于背离分光镜10的反射光路的一侧。
所述光源4发出的光经过小孔光阑5到达分光镜10上，分光镜10的反射光依次反射到第二反射镜9和第一反射镜6上，经第二反射镜9和第一反射镜6反射后的光线，依次经过消色差物镜7和视场光阑8进行消色差和准直后，再以一定角度入射到逆反射材料上，该角度即为入射角，所述入射角角度通过改变消色差物镜7和视场光阑8之间的夹角进行调节。
经逆反射材料反射回来的光线，透过消色差物镜7依次反射到第一反射镜6和第二反射镜9上，经第一反射镜6和第二反射镜9反射后的光线到达分光镜10上，分光镜10的透射光到达第一半反半透镜11上，第一半反半透镜11的反射光进入1°观察角接收探测器3中，第一半反半透镜11的透射光到达第二半反半透镜12上，第二半反半透镜12的反射光进入0.5°观察角接收探测器2中，第二半反半透镜12的透射光进入0.2°观察角接收探测器1中。
经逆反射材料反射回来的光线，最终分别被0.2°观察角接收探测器1、0.5°观察角接收探测器2、1°观察角接收探测器3以对应的观察角角度接收，接收探测器包括探测器a和小孔，不同观察角下探测器a的接收位置不同，探测器a的接收位置的调节方式如下所示：通过调节分光镜10、第一半反半透镜11、第二半反半透镜12的倾斜角度找到实际光斑位置c，根据系统焦距和观察角角度计算出偏移量，例如，若系统焦距为f，观察角为α，则对应偏移量即为ftanα，焦距越长、观察角越大，计算得到的偏移量越大，再根据偏移量和实际光斑位置c找出偏移光路位置b，移动接收探测器的小孔至偏移光路位置b，使得接收探测器的观察角即为对应的观察角角度。
所有接收探测器都位于在系统的焦点位置上。
分光镜10、第一半反半透镜11、第二半反半透镜12的反射与透射之间的分光比均为1:1。
由于逆反射材料的反射光线经过不同数量的半反半透镜分别到达0.2°观察角接收探测器1、0.5°观察角接收探测器2和1°观察角接收探测器3；其中，0.2°观察角接收探测器1、0.5°观察角接收探测器2经过两个半反半透镜即第一半反半透镜11、第二半反半透镜12接收到逆反射材料的反射光线，1°观察角接收探测器3经过一个半反半透镜即第一半反半透镜11接收到逆反射材料的反射光线；接收探测器的能量衰减不光与观察角角度有关，还与半反半透镜的反射与透射之间的分光比有关，以及与半反半透镜的数量有关；若以1°观察角接收探测器3的测试数值为基准，则将0.2°观察角接收探测器1、0.5°观察角接收探测器2的测试数值乘上2。
由图3所示，电路系统包括：主控单元芯片即DSP芯片，以及分别与主控单元芯片即DSP芯片相连接的数据采集与AD转换电路、LED光源恒流驱动电路、LCD显示电路、数据存储电路、蓝牙通信电路。
接收探测器将其所接收的逆反射材料反射光线的光强信号即模拟信号发送给数据采集与AD转换电路；所述数据采集与AD转换电路用于接收该模拟信号并转换为数字信号发送至DSP芯片；所述DSP芯片根据该数字信号进行计算得到逆反射材料的逆反射系数，并将该逆反射系数发送到LCD显示电路进行显示；所述DSP芯片还将本次测量数据存储至数据存储电路，以及通过蓝牙通信电路对本次测量数据进行上传。
电路系统还包括：分别与主控单元芯片即DSP芯片相连接的电源模块、自动检测开关电路、电量检测电路、切换按键设置电路、取消按键设置电路、确认按键设置电路、声音提示电路；其中，电源模块包括：USB充电电路、电池保护电路、3.7V充电锂电池、电源开关控制电路、稳压电路。
软件系统为基于Linux环境的嵌入式程控软件，能够实现人机界面交互，且操作简单。
本实施例中，仅为三个接收单元，用于实现0.2°、0.5°、1°观察角下的逆反射系数的同时测量。虽然，本发明理论上可以设计n个接收单元，从而实现n个不同观察角下的逆反射系数的同时测量，但是也不适宜设计过多的接收单元，因为反射透射太多次后的光线会变弱，且针对三个以上的观察角在进行同时测量时，后续的接收探测器的测试数值需要乘上不同的系数。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可同时测量多角度逆反射系数的装置，其特征在于，装置的光学系统包括以下组成部分：光源(4)、小孔光阑(5)、第一反射镜(6)、消色差物镜(7)、视场光阑(8)、第二反射镜(9)、分光镜(10)，以及n个接收单元；
所述小孔光阑(5)、分光镜(10)依次设置在光源(4)的下方，且所述分光镜(10)以45°的角度倾斜设置在光源(4)的下方；
第二反射镜(9)、第一反射镜(6)、消色差物镜(7)、视场光阑(8)设置于分光镜(10)的反射光路上；
此n个接收单元依次设置于背离分光镜(10)的反射光路的一侧；
第1个接收单元A1至第n-1个接收单元An-1中，每个接收单元均包括：半反半透镜和接收探测器；第1个接收单元A1至第n-1个接收单元An-1中，每个接收单元的半反半透镜沿背离分光镜(10)反射光路的方向依次放置；第1个接收单元A1至第n-1个接收单元An-1中，每个接收单元的接收探测器均设置在同一个接收单元的半反半透镜的上方，即第1个接收单元A1至第n-1个接收单元An-1中，每个接收单元的接收探测器均接收同一个接收单元的半反半透镜的反射光；
第n个接收单元An中，仅包括接收探测器；第n个接收单元An中的接收探测器沿背离分光镜(10)反射光路的方向设置于第n-1个接收单元An-1中的半反半透镜的后方，第n个接收单元An中的接收探测器接收第n-1个接收单元An-1中的半反半透镜的透射光；
所述光源(4)发出的光经过小孔光阑(5)到达分光镜(10)上，分光镜(10)的反射光依次反射到第二反射镜(9)和第一反射镜(6)上，经第二反射镜(9)和第一反射镜(6)反射后的光线，依次经过消色差物镜(7)和视场光阑(8)进行消色差和准直后，再以设定角度入射到逆反射材料上，该角度即为入射角；
经逆反射材料反射回来的光线，透过消色差物镜(7)依次反射到第一反射镜(6)和第二反射镜(9)上，经第一反射镜(6)和第二反射镜(9)反射后的光线到达分光镜(10)处，穿过分光镜(10)的透射光先到达第1个接收单元A1的半反半透镜上，第1个接收单元A1的半反半透镜的反射光进入第1个接收单元A1的接收探测器中，穿过第1个接收单元A1的半反半透镜的透射光到达第2个接收单元A2的半反半透镜上，第2个接收单元A2的半反半透镜的反射光进入第2个接收单元A2的接收探测器中；按照上述方式，直到第n-1个接收单元An-1的半反半透镜的透射光进入第n个接收单元An的接收探测器中。
2.根据权利要求1所述的一种可同时测量多角度逆反射系数的装置，其特征在于，装置的光学系统包括以下组成部分：光源(4)、小孔光阑(5)、第一反射镜(6)、消色差物镜(7)、视场光阑(8)、第二反射镜(9)、分光镜(10)，以及三个接收单元，即第1个接收单元A1、第2个接收单元A2、第3个接收单元A3；
所述第1个接收单元A1包括第一半反半透镜(11)、1°观察角接收探测器(3)；所述第2个接收单元A2包括第二半反半透镜(12)、0.5°观察角接收探测器(2)；所述第3接收到单A3元包括0.2°观察角接收探测器(1)；
所述小孔光阑(5)、分光镜(10)依次设置在光源(4)的下方，且所述分光镜(10)以45°的角度倾斜设置在光源(4)的下方；
第二反射镜(9)、第一反射镜(6)、消色差物镜(7)、视场光阑(8)设置于分光镜(10)的反射光路上；
三个接收单元依次设置于背离分光镜(10)的反射光路的一侧；
其中，所述光源(4)发出的光经过小孔光阑(5)到达分光镜(10)上，分光镜(10)的反射光依次反射到第二反射镜(9)和第一反射镜(6)上，经第二反射镜(9)和第一反射镜(6)反射后的光线，依次经过消色差物镜(7)和视场光阑(8)进行消色差和准直后，再以一定角度入射到逆反射材料上，该角度即为入射角；
经逆反射材料反射回来的光线，透过消色差物镜(7)依次反射到第一反射镜(6)和第二反射镜(9)上，经第一反射镜(6)和第二反射镜(9)反射后的光线到达分光镜(10)处，穿过分光镜(10)的透射光到达第一半反半透镜(11)上，第一半反半透镜(11)的反射光进入1°观察角接收探测器(3)中，穿过第一半反半透镜(11)的透射光到达第二半反半透镜(12)上，第二半反半透镜(12)的反射光进入0.5°观察角接收探测器(2)中，第二半反半透镜(12)的透射光进入0.2°观察角接收探测器(1)中。
3.根据权利要求1或2所述的一种可同时测量多角度逆反射系数的装置，其特征在于，所述入射角角度通过改变消色差物镜(7)和视场光阑(8)之间的夹角进行调节。
4.根据权利要求1或2所述的一种可同时测量多角度逆反射系数的装置，其特征在于，接收探测器包括探测器a和小孔，不同观察角下探测器a的接收位置不同，通过调节分光镜(10)，以及各个接收单元中的半反半透镜的倾斜角度找到实际光斑位置c，根据系统焦距和观察角角度计算出偏移量，再根据偏移量和实际光斑位置c找出偏移光路位置b，移动接收探测器的小孔至偏移光路位置b，使得接收探测器的观察角即为对应的观察角角度。
5.根据权利要求2所述的一种可同时测量多角度逆反射系数的装置，其特征在于，分光镜(10)、第一半反半透镜(11)、第二半反半透镜(12)的反射与透射之间的分光比均为1:1。
6.根据权利要求5所述的一种可同时测量多角度逆反射系数的装置，其特征在于，若以1°观察角接收探测器(3)的测试数值为基准，则将0.5°观察角接收探测器(2)和0.2°观察角接收探测器(1)的测试数值乘上2。
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