CN113720783A - 一种气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置及方法 - Google Patents

一种气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113720783A
CN113720783A CN202110991529.4A CN202110991529A CN113720783A CN 113720783 A CN113720783 A CN 113720783A CN 202110991529 A CN202110991529 A CN 202110991529A CN 113720783 A CN113720783 A CN 113720783A
Authority
CN
China
Prior art keywords
guide rail
degree
gas
receiving system
degree guide
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
CN202110991529.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113720783B (zh
Inventor
付强
范新宇
段锦
刘建华
战俊彤
张肃
王莉雅
姜会林
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.)
Changchun University of Science and Technology
Original Assignee
Changchun University of Science and Technology
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 Changchun University of Science and Technology filed Critical Changchun University of Science and Technology
Priority to CN202110991529.4A priority Critical patent/CN113720783B/zh
Publication of CN113720783A publication Critical patent/CN113720783A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113720783B publication Critical patent/CN113720783B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
    • G01N21/532—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke with measurement of scattering and transmission
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/59—Transmissivity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置及方法，属于偏振光散射特性测量分析和光电成像技术领域，装置包括方形密闭箱、发射系统、后向散射接收系统、前向透射接收系统、检测系统、数据处理系统、电机控制系统和样品充排装置；可以在室内将气体充入方形密闭箱中模拟室外的环境，在不同天顶角和方位角下对气体前向透射和后向散射偏振光传输特性的测量，可根据需要设置气体的不同温湿度、不同压强，对高空中或矿下气体的模拟，也可根据实验装置测量结果建立不同气体不同温湿度不同压强下的BRDF数据库。亦可将海水充入方形密闭箱中模拟模拟一定压强或温湿度条件下海洋环境，通过测量液体的BRDF，可以掌握海面的偏振特性。

Description

一种气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置及方法
技术领域
本发明属于偏振光散射特性测量分析和光电成像技术领域，具体地，涉及一种气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置及方法。
背景技术
在现代社会生活和生产中，随着工业化程度的不断提高，广泛使用用于存储和输送压缩气体的压力容器以及管道等，气密性是这些设备质量和安全的重要指标之一。气密性差就会引发气体泄漏等问题，针对微小泄漏产生的声强较微弱、无法用传统的超声波声强检测方法进行判断，通过测量气体的二向反射分布函数，可以掌握气体的特性，采用红外成像技术，可以实现对烷类、烯类、醛类、酮类、苯类、氨类、硫化物等50余种常见化学气体体的有效监测。在海洋环境中，很多工厂将未处理的废水排入海水中，造成水体污染，纯海面和污染海面之间反射率的对比是不同的。通过测量液体的二向反射分布函数，可以掌握液体表面的偏振特性。中国科学院安徽光学精密机械研究所发明了实验室烟(水)雾BRDF测量方法，详见中国专利文献公开号CN1858579A，但无法实时监控装置内的温湿度及压强，且未考虑气体的密度，只能对特殊的两种液体进行测量。长春理工大学发明了一种海面目标pBRDF测量的模拟装置及其使用方法，详见中国专利文献公开号CN113176184A，但该装置只能测量海面目标，不能测量气体的BRDF。中国科学院安徽光学精密机械研究所发明了一种室内全自动BRDF测量装置，详见中国专利文献公开号CN10232324013，但不能测量气体和液体，也无法实时检测压强温湿度。因此现有技术方案里亟需一种新型的室内模拟测量装置以解决这些问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置及方法，将气体或液体待测样品充入方形密闭箱，模拟一定压强或温湿度条件下，测量不同天顶角和方位角的气体或液体样品前向透射光强和后向散射光强传输特性，为真实高空、矿下或气体泄漏环境下气体，以及真实海面液体的偏振BRDF模型的选择和数值仿真提供理论基础和真实数据支撑。
本发明提出了一种气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置，其特征在于，包括：方形密闭箱、发射系统、后向散射接收系统、前向透射接收系统、检测系统、数据处理系统、电机控制系统和样品充排装置；
所述方形密闭箱内部用于充入气体或液体样品，方形密闭箱的顶部开设有光学窗口和样品进出口Ⅰ，方形密闭箱的底部开设有样品进出口Ⅱ，方形密闭箱内设置有360°双轨道滑轨、90°导轨Ⅰ、90°导轨Ⅱ和90°导轨Ⅲ，90°导轨Ⅰ、90°导轨Ⅱ和90°导轨Ⅲ均为90°圆弧导轨，360°双轨道滑轨呈水平布置在方形密闭箱的中部，360°双轨道滑轨、90°导轨Ⅰ、90°导轨Ⅱ和90°导轨Ⅲ所对应的圆心交于同一点，并且该点与方形密闭箱中心重合；360°双轨道滑轨、90°导轨Ⅰ、90°导轨Ⅱ和90°导轨Ⅲ上均标有度数；90°导轨Ⅰ、90°导轨Ⅱ和90°导轨Ⅲ的一端各连接有一个舵机，且三个舵机通过总线与电机控制系统连接，90°导轨Ⅰ、90°导轨Ⅱ和90°导轨Ⅲ的另一端均与360°双轨道滑轨滑动配合连接；
所述发射系统安装在90°导轨Ⅰ上，并能够通过驱动电机驱动使其相对于90°导轨Ⅰ移动，发射系统包括红外激光器、分光棱镜、起偏器、1/4玻片、扩束器和光功率计，红外激光器、分光棱镜、起偏器、1/4玻片和扩束器共光轴，分光棱镜用于将所述红外激光器发出的光分成两束能量相同的光束，一束作为测量光，依次经过起偏器、1/4玻片和扩束器射出后照射到前向透射接收系统上，另一束作为参考光，照射到光功率计的探头上；
所述后向散射接收系统安装在90°导轨Ⅱ上，并能够通过驱动电机驱动使其相对于90°导轨Ⅱ移动，后向散射接收系统包括凸透镜Ⅰ、光谱偏振相机Ⅰ、长波红外相机Ⅰ和凸透镜Ⅱ，光谱偏振相机Ⅰ和长波红外相机Ⅰ均与数据处理系统电学连接，凸透镜Ⅰ距离光谱偏振相机Ⅰ为一个透镜焦距，凸透镜Ⅱ距离长波红外相机Ⅰ为一个透镜焦距；
所述前向透射接收系统安装在90°导轨Ⅲ上，并能够通过驱动电机驱动使其相对于90°导轨Ⅲ移动，前向透射接收系统和发射系统始终保持正对，前向透射接收系统包括凸透镜Ⅲ、光谱偏振相机Ⅱ、长波红外相机Ⅱ和凸透镜Ⅳ，光谱偏振相机Ⅱ、长波红外相机Ⅱ均与数据处理系统电学连接，凸透镜Ⅲ距离光谱偏振相机Ⅱ为一个透镜焦距，凸透镜Ⅳ距离长波红外相机Ⅱ为一个透镜焦距；
所述检测系统包括压强传感器、湿度传感器、温度传感器、加热棒、气压罐和压强温湿度显示器，压强传感器、湿度传感器、温度传感器和加热棒位于方形密闭箱的侧壁，压强传感器、湿度传感器、温度传感器均与位于方形密闭箱外部的压强温湿度显示器电学连接；气压罐位于方形密闭箱外部，气压罐与方形密闭箱的内部连通，用于调控方形密闭箱内部气压；
所述数据处理系统包括计算机，用于采集后向散射接收系统和前向透射接收系统的数据及图像，并保存数据；
所述电机控制系统分别与用于驱动发射系统、后向散射接收系统和前向透射接收系统移动的驱动电机电连接；
所述样品充排装置通过导管与方形密闭箱连接，并在导管与方形密闭箱连接处设置有阀门。
根据本发明具体实施方案，所述发射系统通过铁板安装在90°导轨Ⅰ上，在铁板中心安装有带驱动轮的驱动电机，所述驱动轮与90°导轨Ⅰ的齿形带啮合，所述驱动电机与电机控制系统连接，通过电机控制系统控制所述驱动电机驱动发射系统相对于90°导轨Ⅰ移动。
根据本发明具体实施方案，所述后向散射接收系统通过铁板安装在90°导轨Ⅱ上，在铁板中心安装有带驱动轮的驱动电机，所述驱动轮与90°导轨Ⅱ的齿形带啮合，所述驱动电机与电机控制系统连接，通过电机控制系统控制所述驱动电机驱动后向散射接收系统相对于90°导轨Ⅱ移动。
根据本发明具体实施方案，所述前向透射接收系统通过铁板安装在90°导轨Ⅲ上，在铁板中心安装有带驱动轮的驱动电机，所述驱动轮与90°导轨Ⅲ的齿形带啮合，所述驱动电机与电机控制系统连接，通过电机控制系统控制所述驱动电机驱动前向透射接收系统相对于90°导轨Ⅲ移动。
本发明还提出了一种气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试方法，其特征在于，所述方法基于所述的气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置，具体包括如下步骤：
步骤一、准备实验环境
清洁方形密闭箱内部装置，测量并调节方形密闭箱箱内温度、湿度和压强以满足所需的实验条件，固定各实验器材，校准360°双轨道滑轨零位，保持方形密闭箱内黑暗环境；
步骤二、改变出射天顶角
关闭方形密闭箱的光学窗口，将所要测量的气体或液体样品通过导管充入方形密闭箱中，导管上设有气阀，保持发射系统和90°导轨Ⅰ不动；前向透射接收系统和发射系统始终保持正对，设定初始值为0°，通过电机控制系统控制后向散射接收系统所对应的驱动电机，驱动电机带动后向散射接收系统在90°导轨Ⅱ上移动，从而改变出射天顶角，计算机记录后向散射接收系统和前向透射接收系统的数据并拍摄红外图像进行保存；
步骤三、改变出射方位角
保持发射系统和90°导轨Ⅰ不动，待气体或液体样品相对稳定，通过电机控制系统控制90°导轨Ⅱ所连接的舵机，使得90°导轨Ⅱ沿360°双轨道滑轨旋转，改变出射方位角，计算机记录后向散射接收系统和前向透射接收系统测量样品散射光谱并拍摄红外图像进行保存；
步骤四、改变入射天顶角
通过电机控制系统控制发射系统所对应的驱动电机，改变红外激光器位置，使入射天顶角发生改变，通过电机控制系统控制前向透射接收系统所对应的驱动电机，驱动前向透射接收系统移动，测量透射光，重复进行步骤二和步骤三；
步骤五、改变入射方位角
通过电机控制系统控制90°导轨Ⅰ所对应的舵机，使90°导轨Ⅰ沿360°双轨道滑轨进行360°旋转，使入射方位角发生改变，重复进行步骤二至步骤四；
步骤六、计算常温环境下的气体或液体样品BRDF数据
将聚四氟乙烯标准板放入方形密闭箱中，重复步骤步骤一至步骤五，运用对比法通过数据处理系统计算得到气体或液体BRDF值和对应图像；
步骤七、测量不同温度下的气体或液体样品的BRDF数据
通过加热棒将方形密闭箱中已充好的气体或液体样品进行升温，通过温度传感器实时检测方形密闭箱箱内的温度，温度显示在压强温湿度显示器上，待气体或液体样品稳定后重复进行步骤二至步骤五；改变温度重复进行实验；数据处理系统计算得到不同温度下样品BRDF值和对应图像，并以文件的形式保存；
步骤八、测量不同压强下的气体BRDF数据
通过气压罐改变方形密闭箱箱体内的压强，通过压强传感器实时监测箱内的压强，压强温湿度显示器显示此时压强，待样品稳定后重复进行步骤二至步骤五；改变压强重复进行实验；数据处理系统计算得到不同压强下气体或液体样品BRDF值和对应图像，并以文件的形式保存；
步骤九、改变偏振片方向角
打开红外激光器，旋转起偏器方向角依次调节为45°、90°和135°获得对应的线偏振光；之后加入1/4波片后旋转起偏器方向角依次调节为45°和135°获得对应的圆偏振光；
步骤十、结束测量实验
关闭发射系统、后向散射接收系统、前向透射接收系统、检测系统、数据处理系统和电机控制系统，调节方形密闭箱箱内压强并排空箱内样品，结束实验。
进一步，步骤六中，运用对比法通过数据处理系统计算得到气体或液体BRDF值和对应图像的过程如下：
聚四氟乙烯标准板的双向反射分布函数的半球反射率ρ/π，数据处理系统将气体散射光谱LS和标准板散射光谱Lb带入下方公式：
Figure BDA0003232517660000051
其中，fr,s(θi,φi,θr,φr,λ)为目标的二向反射分布函数，θi为所测目标的入射天顶角，φi为所测目标的入射方位角，θr为所测目标的出射天顶角，φr为所测目标的出射方位角，λ为入射光波长，θ′i为所测标准板的入射天顶角、φ′i为所测标准板的入射方位角、θ′r为所测标准板的出射天顶角、φ′r为所测标准板的出射方位角。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
1、本发明提出了一种气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置及方法，所述气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置可以作为用于气体BRDF(双向反射分布函数)测量的室内模拟装置，在室内将气体充入方形密闭箱中模拟室外的环境，在不同天顶角和方位角下对气体前向透射和后向散射偏振光传输特性的测量，可根据需要设置气体的不同温湿度、不同压强，对高空中或矿下气体的模拟，也可根据所述装置测量结果建立不同气体、不同温湿度和/或不同压强下的BRDF数据库。实验全程通过驱动电机进行驱动，避免直接接触气体而引发的危害，在检测各种容器和输送管道，泵体密封气体泄漏，煤矿内气体浓度等方面有一定的指导意义。也可将气体换成水雾，烟，雾霾等模拟高空中的云层。
2、本发明提出了一种气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置及方法，所述气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置可以作为用于液体BRDF测量的室内模拟装置，将海水充入方形密闭箱中模拟模拟一定压强或温湿度条件下海洋环境，由于纯海面和污染海面之间反射率的对比是不同的，通过测量液体的二向反射分布函数，可以掌握海面的偏振特性。
附图说明
图1为气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置的结构框图。
图2为气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置的局部结构示意图。
图3为气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置中的三维轨道图。
图中：1-方形密闭箱、11-光学窗口、12-样品进出口Ⅰ、13-样品进出口Ⅱ、141-舵机Ⅰ、142-舵机Ⅱ、143-舵机Ⅲ、15-360°双轨道滑轨、16-90°导轨Ⅰ、17-90°导轨Ⅱ、18-90°导轨Ⅲ、2-发射系统、21-红外激光器、22-分光棱镜、23-起偏器、24-1/4玻片、25-扩束器、26-光功率计、3-后向散射接收系统、31-凸透镜Ⅰ、32-光谱偏振相机Ⅰ、33-长波红外相机Ⅰ、34-凸透镜Ⅱ、4-前向透射接收系统、41-凸透镜Ⅲ、42-光谱偏振相机Ⅱ、43-长波红外相机Ⅱ、44-凸透镜Ⅳ、5-检测系统、51-压强传感器、52-湿度传感器、53-温度传感器、54-加热棒、55-气压罐、56-压强温湿度显示器、6-数据处理系统、61-计算机、7-电机控制系统、8-样品充排装置、81-阀门、82-导管。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面结合本发明的实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚完整地描述。显然，本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
实施例1
如图1、图2和图3所示，气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置作为用于气体BRDF(双向反射分布函数)测量的室内模拟装置，包括方形密闭箱1、发射系统2、后向散射接收系统3、前向透射接收系统4、检测系统5、数据处理系统6、电机控制系统7和样品充排装置8，其中发射系统2、后向散射接收系统3和前向透射接收系统4放置在方形密闭箱1内的导轨上；检测系统5放置在方形密闭箱1侧壁上；后向散射接收系统3和前向透射接收系统4均与数据处理系统6电连接，同时后向散射接收系统3和前向透射接收系统4均与电机控制系统7电连接；样品充排装置8与方形密闭箱1通过导管82连接。
其中：
方形密闭箱1采用不透光材质的方形箱体，方形密闭箱1内设有360°双轨道滑轨15、90°导轨Ⅰ16、90°导轨Ⅱ17和90°导轨Ⅲ18，90°导轨Ⅰ16、90°导轨Ⅱ17和90°导轨Ⅲ18均为90°圆弧导轨，90°导轨Ⅰ16、90°导轨Ⅱ17和90°导轨Ⅲ18的一端分别连接有一个SM40BL型号的舵机，三个舵机分别为舵机Ⅰ141、舵机Ⅱ142、舵机Ⅲ143，且三个舵机通过总线与电机控制系统7电学连接；三个舵机分别用于驱动三个导轨，即90°导轨Ⅰ16、90°导轨Ⅱ17和90°导轨Ⅲ18在360°双轨道滑轨15上移动；90°导轨Ⅰ16、90°导轨Ⅱ17和90°导轨Ⅲ18的下端连接到360°双轨道滑轨15上，90°导轨Ⅰ16、90°导轨Ⅱ17和90°导轨Ⅲ18上均标有度数，90°导轨Ⅰ16、90°导轨Ⅱ17和90°导轨Ⅲ18的外侧安装有铁板，铁板中心安装带有驱动轮的驱动电机箱体，用于发射系统2、后向散射接收系统3、前向透射接收系统4的固定以及控制天顶角、方位角的改变；方形密闭箱1的顶部开设有光学窗口11，用于可见光照明；方形密闭箱1的顶部和底部分别设有样品进出口Ⅰ12和样品进出口Ⅱ13，样品进出口Ⅰ12和样品进出口Ⅱ13均连接导管82，并在连接处设置有阀门81，样品进出口Ⅰ12和样品进出口Ⅱ13用于充放不同密度的气体。
所述发射系统2包括红外激光器21、分光棱镜22、起偏器23、1/4玻片24、扩束器25和光功率计26，并行排列放置在90°导轨Ⅰ16上，采用Mid-infrared(MIR)laser型号的红外激光器21发射相应波段的激光，垂直照射到分光棱镜22上，分光棱镜22采用美国THORLABS生产的棱镜，出射激光通过起偏器23起偏，起偏器23采用北京永兴感知信息技术有限公司生产的，再经扩束器25扩束后始终能照到前向透射接收系统4上。所述红外激光器21出射的激光经分光棱镜22后始终有一束光照射在光功率计26的探头上，可检测入射激光的稳定性。该发射系统2安装在铁板上，铁板中心安装带有驱动轮的驱动电机，驱动轮与90°导轨Ⅰ16的齿形带啮合，驱动电机与电机控制系统7电连接。
所述后向散射接收系统3包括凸透镜Ⅰ31、光谱偏振相机Ⅰ32、长波红外相机Ⅰ33和凸透镜Ⅱ34，光谱偏振相机Ⅰ32和长波红外相机Ⅰ33均与数据处理系统6电学连接，凸透镜Ⅰ31距离光谱偏振相机Ⅰ32为一个透镜焦距，凸透镜Ⅱ34距离长波红外相机Ⅰ33为一个透镜焦距。光谱偏振相机Ⅰ32采用Piranha4型号的相机，长波红外相机Ⅰ33采用Gobi-384型号的长波红外成像相机。光谱偏振相机Ⅰ32用于测量样品出射偏振散射光谱及拍摄固定角度下样品偏振成像状态，长波红外相机Ⅰ33用于拍摄固定角度下样品红外成像状态。后向散射接收系统3固定于铁板上，放置在90°导轨Ⅱ17上，铁板中心安装带有驱动轮的驱动电机，驱动轮与90°导轨Ⅱ17的齿形带啮合，驱动电机与电机控制系统7电连接。
所述前向透射接收系统4包括凸透镜Ⅲ41、光谱偏振相机Ⅱ42、长波红外相机Ⅱ43和凸透镜Ⅳ44，光谱偏振相机Ⅱ42和长波红外相机Ⅱ43均与数据处理系统6电学连接，凸透镜Ⅲ41距离光谱偏振相机Ⅱ42为一个透镜焦距，凸透镜Ⅳ44距离长波红外相机Ⅱ43为一个透镜焦距。前向透射接收系统4固定于铁板上，放置在90°导轨Ⅲ18上，铁板中心安装带有驱动轮的驱动电机，驱动轮与90°导轨Ⅲ18的齿形带啮合，驱动电机与电机控制系统7电连接。前向散射接收系统4和发射系统2始终在一条直线上，发射系统2出射的光始终能照射到前向透射接收系统4上；光谱偏振相机Ⅱ42用于测量样品出射偏振散射光谱及拍摄固定角度下样品偏振成像状态，长波红外相机Ⅱ43用于拍摄固定角度下样品红外成像状态。
所述检测系统5包括压强传感器51、湿度传感器52、温度传感器53、加热棒54、气压罐55和压强温湿度显示器56，压强传感器51、湿度传感器52、温度传感器53和加热棒54位于方形密闭箱1箱体内壁，压强传感器51、湿度传感器52和温度传感器53均与方形密闭箱1箱体外压强温湿度显示器56电学连接，湿度传感器52和温度传感器53可实时监测箱中气体的温湿度，通过压强温湿度显示器56显示。加热棒54可对某些特定气体进行加热(如：盐雾、水雾及惰性气体、有毒有害气体禁止加热)，压强传感器51实时检测方形密闭箱1中气体的压强，压强传感器51与气压罐55配合可调控气压罐55中的压强。当方形密闭箱1的压力大于气压罐55的碳钢罐体与气囊之间的氮气压力时，样品会在系统压力的作用下挤入气压罐55的气囊内，当外界有压力的样品进入气压罐55的气囊内时，密封在罐内的氮气被压缩，根据波义耳气体定律，气体受到压缩后体积变小压力升高，直到气压罐55内气体压力与方形密闭箱1中的压力达到一致时停止进样品。
所述数据处理系统6包括计算机61，用于采集后向散射接收系统3、前向透射接收系统4的数据及图像，并保存数据。
所述电机控制系统7与发射系统2、后向散射接收系统3、前向透射接收系统4、舵机Ⅰ141、舵机Ⅱ142、舵机Ⅲ143电学连接，可控制天顶角和方位角。
所述充放气装置8通过导管82与方形密闭箱1连接，阀门81为开关，该装置可将气体充入方形密闭箱1中，也可将气体抽出。
一种测量气体BRDF的方法，其特征是：应用所述气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置，具体方法的步骤如下：
步骤一、准备实验环境
清洁方形密闭箱1内部装置，测量并调节方形密闭箱1箱内温度、湿度和压强以满足所需的实验条件。固定各实验器材，校准360°双轨道滑轨15的零位，保持方形密闭箱1箱体内黑暗环境，打开红外激光器21，调整起偏器23，发出0°振动方向的线偏振光。使0°线偏振光通过扩束器25扩束后照射在前向透射接收系统4上；另一束光通过分光棱镜22后直射光功率计26的探头，观察示数并保持光功率计26的示数稳定。
步骤二、改变出射天顶角
关闭方形密闭箱1的光学窗口11，将所要测量的气体通过导管82充入方形密闭箱1中，导管82上设有阀门81可控制开关，根据充入的气体的密度选择样品进出口Ⅰ12或样品进出口Ⅱ13充入。保持发射系统2、90°导轨Ⅰ16不动。前向透射接收系统4、90°导轨Ⅰ16的圆弧中心和发射系统2始终在一条直线上。设定初始值为0°，通过电机控制系统7控制后向散射接收系统3的驱动电机，改变出射天顶角，以10°为间隔，共计9次。计算机61记录后向散射接收系统3和前向透射接收系统4测量样品散射光谱LS1和LS2并拍摄红外图像进行保存。
步骤三、改变出射方位角
保持发射系统2、90°导轨Ⅰ16不动。待气体相对稳定，通过电机控制系统7驱动舵机Ⅱ142，可使90°导轨Ⅱ17沿360°双轨道滑轨15旋转，改变出射方位角，以30°为间隔，共测12个位置点。计算机61记录后向散射接收系统3和前向透射接收系统4测量样品散射光谱L′S1和L′S2并拍摄红外图像进行保存。
步骤四、改变入射天顶角
通过电机控制系统7控制发射系统2对应的驱动电机，改变红外激光器21位置，使入射天顶角发生改变，驱动前向透射接收系统4移动，测量透射光，以10°为间隔，共计9次。重复进行步骤二和步骤三。
步骤五、改变入射方位角
驱动舵机Ⅰ141可使90°导轨Ⅰ16沿方形密闭箱1中部的360°双轨道滑轨15进行360°旋转，使入射方位角发生改变，以30°为间隔，共测12次，重复进行步骤二至步骤四。
步骤六、计算常温环境下的气体BRDF数据
将聚四氟乙烯标准板放入方形密闭箱1中，聚四氟乙烯标准板的双向反射分布函数的半球反射率ρ/π，数据处理系统6将气体散射光谱LS和标准板散射光谱Lb带入下方公式：
Figure BDA0003232517660000101
其中，fr,s(θi,φi,θr,φr,λ)为目标的二向反射分布函数，θi为所测目标的入射天顶角，φi为所测目标的入射方位角，θr为所测目标的出射天顶角，φr为所测目标的出射方位角，λ为入射光波长，θ′i为所测标准板的入射天顶角、φ′i为所测标准板的入射方位角、θ′r为所测标准板的出射天顶角、φ′r为所测标准板的出射方位角。数据处理系统6计算得到气体BRDF值和对应图像。
测量样品时，入射天顶角和入射方位角不同，所记录到的光谱值也不同，因此利用上述公式计算时，将记录到的光谱值代入公式中的LS(θi,φi,θr,φr)可得到不同角度下样品的二向反射分布函数值，具体LS(θi,φi,θr,φr)可以为LS1(θi,φi,θr,φr)、LS2(θi,φi,θr,φr)、L′S1(θi,φi,θr,φr)或L′S2(θi,φi,θr,φr)。
步骤七、测量不同温度下的气体BRDF数据
通过加热棒54将方形密闭箱1中已充好的气体进行升温，通过温度传感器53实时检测方形密闭箱1内的温度，温度显示在压强温湿度显示器56上，待气体稳定后重复进行步骤二至步骤五；改变温度重复进行实验。数据处理系统6计算得到不同温度下气体BRDF值和对应图像，并以文件的形式保存。
步骤八、测量不同压强下的气体BRDF数据
方形密闭箱1中气体通过气压罐55改变箱体内的压强，通过压强传感器51实时监测箱内的温度，压强温湿度显示器56显示此时压强，待气体稳定后重复进行步骤二至步骤五；改变压强重复进行实验。数据处理系统6计算得到不同压强下气体BRDF值和对应图像，并以文件的形式保存。
步骤九、改变起偏片方向角
打开红外激光器21，旋转起偏器23方向角依次调节为45°、90°和135°获得对应的线偏振光；之后加入1/4波片24后旋转起偏器23方向角依次调节为45°和135°获得对应的圆偏振光。每选择一次偏振角度，都重复以上实验。
步骤十、结束测量实验
关闭发射系统2、后向散射接收系统3、前向透射接收系统4、检测系统5、数据处理系统6和电机控制系统7。调节方形密闭箱1内压强并排空方形密闭箱1内气体，结束实验。
实施例2
如图1、图2和图3所示，气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置作为用于液体BRDF测量的室内模拟装置，包括方形密闭箱1、发射系统2、后向散射接收系统3、前向透射接收系统4、检测系统5、数据处理系统6、电机控制系统7和样品充排装置8，发射系统2放置在方形密闭箱1的90°导轨Ⅰ16上，后向散射接收系统3放置在90°导轨Ⅱ17上、前向透射接收系统4放置在90°导轨Ⅲ18上；所述后向散射接收系统3、前向透射接收系统4与数据处理系统6电学连接；方形密闭箱1中的仪器均选择防水材质。
方形密闭箱1采用不透光材质的方形箱体，方形密闭箱1内设有360°双轨道滑轨15、90°导轨Ⅰ16、90°导轨Ⅱ17和90°导轨Ⅲ18，90°导轨Ⅰ16、90°导轨Ⅱ17和90°导轨Ⅲ18均为90°圆弧导轨，90°导轨Ⅰ16、90°导轨Ⅱ17和90°导轨Ⅲ18的上端分别连接有一个SM40BL型号的舵机，三个舵机分别为舵机Ⅰ141、舵机Ⅱ142、舵机Ⅲ143，且三个舵机通过总线与电机控制系统7电学连接，三个舵机分别用于驱动三个导轨，即90°导轨Ⅰ16、90°导轨Ⅱ17和90°导轨Ⅲ18在360°双轨道滑轨15上移动；90°导轨Ⅰ16、90°导轨Ⅱ17和90°导轨Ⅲ18的下端连接到360°双轨道滑轨15上，90°导轨Ⅰ16、90°导轨Ⅱ17和90°导轨Ⅲ18上均标有度数，90°导轨Ⅰ16、90°导轨Ⅱ17和90°导轨Ⅲ18的外侧安装有铁板，铁板中心安装带有驱动轮的驱动电机箱体；方形密闭箱1顶部开设有光学窗口11，用于可见光照明；方形密闭箱1的顶部和底部分别设有样品进出口Ⅰ12和样品进出口Ⅱ13，样品进出口Ⅰ12和样品进出口Ⅱ13均连接导管82，并在连接处设置有阀门81。样品进出口Ⅰ12用于充入液体样品，样品进出口Ⅱ13用于排放液体样品。
所述发射系统2包括红外激光器21、分光棱镜22、起偏器23、1/4玻片24、扩束器25和光功率计26，并行排列放置在90°导轨Ⅰ16上，采用Mid-infrared(MIR)laser型号的红外激光器21发射相应波段的激光，垂直照射到分光棱镜22上，分光棱镜22采用美国THORLABS生产的棱镜，出射激光通过起偏器23起偏，起偏器23采用北京永兴感知信息技术有限公司生产的，再经扩束器25扩束后始终能照到前向透射接收系统4上。所述红外激光器21出射的激光经分光棱镜22后始终有一束光照射在光功率计26的探头上，可检测入射激光的稳定性。该发射系统2安装在铁板上，铁板中心安装带有驱动轮的驱动电机，驱动轮与90°导轨Ⅰ16的齿形带啮合，驱动电机与电机控制系统7电连接。
所述后向散射接收系统3包括凸透镜Ⅰ31、光谱偏振相机Ⅰ32、长波红外相机Ⅰ33和凸透镜Ⅱ34，光谱偏振相机Ⅰ32和长波红外相机Ⅰ33均与数据处理系统6电学连接，凸透镜Ⅰ31距离光谱偏振相机Ⅰ32为一个透镜焦距，凸透镜Ⅱ34距离长波红外相机Ⅰ33为一个透镜焦距。光谱偏振相机Ⅰ32采用Piranha4型号的相机，长波红外相机Ⅰ33采用Gobi-384型号的长波红外成像相机。光谱偏振相机Ⅰ32用于测量样品出射偏振散射光谱及拍摄固定角度下样品偏振成像状态，长波红外相机Ⅰ33用于拍摄固定角度下样品红外成像状态。后向散射接收系统3固定于铁板上，放置在90°导轨Ⅱ17上，铁板中心安装带有驱动轮的驱动电机，驱动轮与90°导轨Ⅱ17的齿形带啮合，驱动电机与电机控制系统7电连接。
所述前向透射接收系统4包括凸透镜Ⅲ41、光谱偏振相机Ⅱ42、长波红外相机Ⅱ43和凸透镜Ⅳ44，光谱偏振相机Ⅱ42和长波红外相机Ⅱ43均与数据处理系统6电学连接，凸透镜Ⅲ41距离光谱偏振相机Ⅱ42为一个透镜焦距，凸透镜Ⅳ44距离长波红外相机Ⅱ43为一个透镜焦距。前向透射接收系统4固定于铁板上，放置在90°导轨Ⅲ18上，铁板中心安装带有驱动轮的驱动电机，驱动轮与90°导轨Ⅲ18的齿形带啮合，驱动电机与电机控制系统7电连接。前向散射接收系统4和发射系统2始终在一条直线上，发射系统2出射的光始终能照射到前向透射接收系统4上，光谱偏振相机Ⅱ42用于测量样品出射偏振散射光谱及拍摄固定角度下样品偏振成像状态，长波红外相机Ⅱ43用于拍摄固定角度下样品红外成像状态。
所述检测系统5包括压强传感器51、湿度传感器52、温度传感器53、加热棒54、气压罐55和压强温湿度显示器56。压强传感器51实时检测方形密闭箱1中液体的压强，压强传感器51与气压罐55配合可调控气压罐55中的压强。当方形密闭箱1的压力大于气压罐55的碳钢罐体与气囊之间的氮气压力时，样品会在系统压力的作用下挤入气压罐55的气囊内，当外界有压力的样品进入气压罐55的气囊内时，密封在罐内的氮气被压缩，根据波义耳气体定律，气体受到压缩后体积变小压力升高，直到气压罐55内气体压力与方形密闭箱1中的压力达到一致时停止进样品。加热棒54可对方形密闭箱1中的液体进行加热，温度传感器53可实时监测箱中液体的温湿度，通过压强温湿度显示器56显示。
所述数据处理系统6包括计算机61，用于采集后向散射接收系统3、前向透射接收系统4的数据及图像，并保存数据。
所述电机控制系统7与发射系统2、后向散射接收系统3、前向透射接收系统4、舵机Ⅰ141、舵机Ⅱ142、舵机Ⅲ143电学连接，可控制天顶角和方位角。
所述样品充排装置8通过导管82与方形密闭箱1连接，阀门81为开关，该装置可将液体样品充入方形密闭箱1中，也可将液体样品抽出。
一种测量液体BRDF的方法，应用所述气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置，具体测量方法的步骤如下：
步骤一、准备实验环境
清洁方形密闭箱1内部装置，测量并调节方形密闭箱1箱内温度、湿度和压强以满足所需的实验条件。固定各实验器材，校准360°双轨道滑轨15的零位，保持方形密闭箱1箱体内黑暗环境，打开红外激光器21，调整起偏器23，发出0°振动方向的线偏振光。使0°线偏振光通过扩束器25扩束后照射在前向透射接收系统4上；另一束光通过分光棱镜22后直射光功率计26的探头，观察示数并保持光功率计26的示数稳定。
步骤二、改变出射天顶角
关闭方形密闭箱1的光学窗口11，将所要测量的液体通过导管82充入方形密闭箱1中，导管82上设有阀门81可控制开关，通过样品进出口Ⅰ12充入液体，样品进出口Ⅱ13排出液体。保持发射系统2、90°导轨Ⅰ16不动。前向透射接收系统4、90°导轨Ⅰ16的圆弧所对的圆心和发射系统2始终在一条直线上。设定初始值为0°，驱动后向散射接收系统3电机，改变出射天顶角，以10°为间隔，共计9次。计算机61记录后向散射接收系统3和前向透射接收系统4测量样品散射光谱LS1和LS2并拍摄红外图像进行保存。
步骤三、改变出射方位角
保持发射系统2、90°导轨Ⅰ16不动。待气体相对稳定，通过电机控制系统7驱动舵机Ⅱ142，可使90°导轨Ⅱ17沿360°双轨道滑轨15旋转，改变出射方位角，以30°为间隔，共测12个位置点。计算机61记录后向散射接收系统3和前向透射接收系统4测量样品散射光谱L′S1和L′S2并拍摄红外图像进行保存。
步骤四、改变入射天顶角
通过电机控制系统7控制发射系统2对应的驱动电机，改变红外激光器21位置，使入射天顶角发生改变，驱动前向透射接收系统4，测量透射光，以10°为间隔，共计9次。重复进行步骤二和步骤三。
步骤五、改变入射方位角
驱动舵机Ⅰ141可使90°导轨Ⅰ16沿方形密闭箱1中部的360°双轨道滑轨15进行360°旋转，使入射方位角发生改变，以30°为间隔，共测12次，重复进行步骤二至步骤四。
步骤六、计算常温环境下的气体BRDF数据
将聚四氟乙烯标准板放入方形密闭箱1中，聚四氟乙烯标准板的双向反射分布函数的半球反射率ρ/π，数据处理系统6将气体散射光谱LS和标准板散射光谱Lb带入下方公式：
Figure BDA0003232517660000151
其中，fr,s(θi,φi,θr,φr,λ)为目标的二向反射分布函数，θi为所测目标的入射天顶角，φi为所测目标的入射方位角，θr为所测目标的出射天顶角，φr为所测目标的出射方位角，λ为入射光波长，θ′i为所测标准板的入射天顶角、φ′i为所测标准板的入射方位角、θ′r为所测标准板的出射天顶角、φ′r为所测标准板的出射方位角；数据处理系统6计算得到气体BRDF值和对应图像。
测量样品时，入射天顶角和入射方位角不同，所记录到的光谱值也不同，因此利用上述公式计算时，将记录到的光谱值代入公式中的LS(θi,φi,θr,φr)可得到不同角度下样品的二向反射分布函数值，具体LS(θi,φi,θr,φr)可以为LS1(θi,φi,θr,φr)、LS2(θi,φi,θr,φr)、L′S1(θi,φi,θr,φr)或L′S2(θi,φi,θr,φr)。
步骤七、测量不同温度下的气体BRDF数据
通过加热棒54将方形密闭箱1中已充好的液体进行升温，通过温度传感器53实时检测箱内的温度，温度显示在压强温湿度显示器56上，待液体稳定后重复进行实验步骤二至步骤五；改变温度重复进行实验。数据处理系统6计算得到不同温度下液体BRDF值和对应图像，并以文件的形式保存。
步骤八、测量不同压强下的液体BRDF数据
方形密闭箱1中液体通过气压罐55改变箱体内的压强，通过压强传感器51实时监测箱内的温度，压强温湿度显示器56显示此时压强，待液体稳定后重复进行步骤二至步骤五；改变压强重复进行实验。数据处理系统6计算得到不同压强下液体BRDF值和对应图像，并以文件的形式保存。
步骤九、改变起偏片方向角
打开红外激光器21，旋转起偏器23方向角依次调节为45°、90°和135°获得对应的线偏振光；之后加入1/4波片24后旋转起偏器23方向角依次调节为45°和135°获得对应的圆偏振光。每选择一次偏振角度，都重复以上实验。
步骤十、结束测量实验
关闭发射系统2、后向散射接收系统3、前向透射接收系统4、检测系统5、数据处理系统6、电机控制系统7。调节箱内压强并排空箱内液体，结束实验。
以上所述，仅为本发明方法的实施实例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置，其特征在于，包括：方形密闭箱(1)、发射系统(2)、后向散射接收系统(3)、前向透射接收系统(4)、检测系统(5)、数据处理系统(6)、电机控制系统(7)和样品充排装置(8)；
所述方形密闭箱(1)内部用于充入气体或液体样品，方形密闭箱(1)的顶部开设有光学窗口(11)和样品进出口Ⅰ(12)，方形密闭箱(1)的底部开设有样品进出口Ⅱ(13)，方形密闭箱(1)内设置有360°双轨道滑轨(15)、90°导轨Ⅰ(16)、90°导轨Ⅱ(17)和90°导轨Ⅲ(18)，90°导轨Ⅰ(16)、90°导轨Ⅱ(17)和90°导轨Ⅲ(18)均为90°圆弧导轨，360°双轨道滑轨(15)呈水平布置在方形密闭箱(1)的中部，360°双轨道滑轨(15)、90°导轨Ⅰ(16)、90°导轨Ⅱ(17)和90°导轨Ⅲ(18)所对应的圆心交于同一点，并且该点与方形密闭箱(1)中心重合；360°双轨道滑轨(15)、90°导轨Ⅰ(16)、90°导轨Ⅱ(17)和90°导轨Ⅲ(18)上均标有度数；90°导轨Ⅰ(16)、90°导轨Ⅱ(17)和90°导轨Ⅲ(18)的一端各连接有一个舵机，且三个舵机通过总线与电机控制系统(7)连接，90°导轨Ⅰ(16)、90°导轨Ⅱ(17)和90°导轨Ⅲ(18)的另一端均与360°双轨道滑轨(15)滑动配合连接；
所述发射系统(2)安装在90°导轨Ⅰ(16)上，并能够通过驱动电机驱动使其相对于90°导轨Ⅰ(16)移动，发射系统(2)包括红外激光器(21)、分光棱镜(22)、起偏器(23)、1/4玻片(24)、扩束器(25)和光功率计(26)，红外激光器(21)、分光棱镜(22)、起偏器(23)、1/4玻片(24)和扩束器(25)共光轴，分光棱镜(22)用于将所述红外激光器(21)发出的光分成两束能量相同的光束，一束作为测量光，依次经过起偏器(23)、1/4玻片(24)和扩束器(25)射出后照射到前向透射接收系统(4)上，另一束作为参考光，照射到光功率计(26)的探头上；
所述后向散射接收系统(3)安装在90°导轨Ⅱ(17)上，并能够通过驱动电机驱动使其相对于90°导轨Ⅱ(17)移动，后向散射接收系统(3)包括凸透镜Ⅰ(31)、光谱偏振相机Ⅰ(32)、长波红外相机Ⅰ(33)和凸透镜Ⅱ(34)，光谱偏振相机Ⅰ(32)和长波红外相机Ⅰ(33)均与数据处理系统(6)电学连接，凸透镜Ⅰ(31)距离光谱偏振相机Ⅰ(32)为一个透镜焦距，凸透镜Ⅱ(34)距离长波红外相机Ⅰ(33)为一个透镜焦距；
所述前向透射接收系统(4)安装在90°导轨Ⅲ(18)上，并能够通过驱动电机驱动使其相对于90°导轨Ⅲ(18)移动，前向透射接收系统(4)和发射系统(2)始终保持正对，前向透射接收系统(4)包括凸透镜Ⅲ(41)、光谱偏振相机Ⅱ(42)、长波红外相机Ⅱ(43)和凸透镜Ⅳ(44)，光谱偏振相机Ⅱ(42)、长波红外相机Ⅱ(43)均与数据处理系统(6)电学连接，凸透镜Ⅲ(41)距离光谱偏振相机Ⅱ(42)为一个透镜焦距，凸透镜Ⅳ(44)距离长波红外相机Ⅱ(43)为一个透镜焦距；
所述检测系统(5)包括压强传感器(51)、湿度传感器(52)、温度传感器(53)、加热棒(54)、气压罐(55)和压强温湿度显示器(56)，压强传感器(51)、湿度传感器(52)、温度传感器(53)和加热棒(54)位于方形密闭箱(1)的内壁，压强传感器(51)、湿度传感器(52)、温度传感器(53)均与位于方形密闭箱(1)外部的压强温湿度显示器(56)电学连接；气压罐(55)位于方形密闭箱(1)外部，气压罐(55)与方形密闭箱(1)的内部连通，用于调控方形密闭箱(1)内部气压；
所述数据处理系统(6)包括计算机(61)，用于采集后向散射接收系统(3)和前向透射接收系统(4)的数据及图像，并保存数据；
所述电机控制系统(7)分别与用于驱动发射系统(2)、后向散射接收系统(3)和前向透射接收系统(4)移动的驱动电机电连接；
所述样品充排装置(8)通过导管(82)与方形密闭箱(1)连接，并在导管(82)与方形密闭箱(1)连接处设置有阀门(81)。
2.根据权利要求1所述的气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置，其特征在于：所述发射系统(2)通过铁板安装在90°导轨Ⅰ(16)上，在铁板中心安装有带驱动轮的驱动电机，所述驱动轮与90°导轨Ⅰ(16)的齿形带啮合，所述驱动电机与电机控制系统(7)连接，通过电机控制系统(7)控制所述驱动电机驱动发射系统(2)相对于90°导轨Ⅰ(16)移动。
3.根据权利要求1所述的气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置，其特征在于：所述后向散射接收系统(3)通过铁板安装在90°导轨Ⅱ(17)上，在铁板中心安装有带驱动轮的驱动电机，所述驱动轮与90°导轨Ⅱ(17)的齿形带啮合，所述驱动电机与电机控制系统(7)连接，通过电机控制系统(7)控制所述驱动电机驱动后向散射接收系统(3)相对于90°导轨Ⅱ(17)移动。
4.根据权利要求1所述的气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置，其特征在于：所述前向透射接收系统(4)通过铁板安装在90°导轨Ⅲ(18)上，在铁板中心安装有带驱动轮的驱动电机，所述驱动轮与90°导轨Ⅲ(18)的齿形带啮合，所述驱动电机与电机控制系统(7)连接，通过电机控制系统(7)控制所述驱动电机驱动前向透射接收系统(4)相对于90°导轨Ⅲ(18)移动。
5.一种气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1、2、3或4所述的气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置，具体包括如下步骤：
步骤一、准备实验环境
清洁方形密闭箱(1)内部装置，测量并调节方形密闭箱(1)箱内温度、湿度和压强以满足所需的实验条件，固定各实验器材，校准360°双轨道滑轨(15)的零位，保持方形密闭箱(1)内黑暗环境；
步骤二、改变出射天顶角
关闭方形密闭箱(1)的光学窗口(11)，将所要测量的气体或液体样品通过导管(82)充入方形密闭箱(1)中，导管(82)上设有气阀(81)，保持发射系统(2)和90°导轨Ⅰ(16)不动；前向透射接收系统(4)和发射系统(2)始终保持正对，设定初始值为0°，通过电机控制系统(7)控制后向散射接收系统(3)所对应的驱动电机，驱动电机带动后向散射接收系统(3)在90°导轨Ⅱ(17)上移动，从而改变出射天顶角，计算机(61)记录后向散射接收系统(3)和前向透射接收系统(4)的数据并拍摄红外图像进行保存；
步骤三、改变出射方位角
保持发射系统(2)和90°导轨Ⅰ(16)不动，待气体或液体样品相对稳定，通过电机控制系统(7)控制90°导轨Ⅱ(17)所连接的舵机，使得90°导轨Ⅱ(17)沿360°双轨道滑轨(15)旋转，改变出射方位角，计算机(61)记录后向散射接收系统(3)和前向透射接收系统(4)测量样品散射光谱并拍摄红外图像进行保存；
步骤四、改变入射天顶角
通过电机控制系统(7)控制发射系统(2)所对应的驱动电机，改变红外激光器(21)位置，使入射天顶角发生改变，通过电机控制系统(7)控制前向透射接收系统(4)所对应的驱动电机，驱动前向透射接收系统(4)移动，测量透射光，重复进行步骤二和步骤三；
步骤五、改变入射方位角
通过电机控制系统(7)控制90°导轨Ⅰ(16)所对应的舵机，使90°导轨Ⅰ(16)沿360°双轨道滑轨(15)进行360°旋转，使入射方位角发生改变，重复进行步骤二至步骤四；
步骤六、计算常温环境下的气体或液体样品BRDF数据
将聚四氟乙烯标准板放入方形密闭箱(1)中，重复步骤步骤一至步骤五，运用对比法通过数据处理系统(6)计算得到气体或液体BRDF值和对应图像；
步骤七、测量不同温度下的气体或液体样品的BRDF数据
通过加热棒(54)将方形密闭箱(1)中已充好的气体或液体样品进行升温，通过温度传感器(53)实时检测箱内的温度，温度显示在压强温湿度显示器(56)上，待气体或液体样品稳定后重复进行步骤二至步骤五；改变温度重复进行实验；数据处理系统(6)计算得到不同温度下样品BRDF值和对应图像，并以文件的形式保存；
步骤八、测量不同压强下的气体BRDF数据
通过气压罐(55)改变方形密闭箱(1)箱体内的压强，通过压强传感器(51)实时监测箱内的压强，压强温湿度显示器(56)显示此时压强，待样品稳定后重复进行步骤二至步骤五；改变压强重复进行实验；数据处理系统(6)计算得到不同压强下气体或液体样品BRDF值和对应图像，并以文件的形式保存；
步骤九、改变偏振片方向角
打开红外激光器(21)，旋转起偏器(23)方向角依次调节为45°、90°和135°获得对应的线偏振光；之后加入1/4波片(24)后旋转起偏器(23)方向角依次调节为45°和135°获得对应的圆偏振光；
步骤十、结束测量实验
关闭发射系统(2)、后向散射接收系统(3)、前向透射接收系统(4)、检测系统(5)、数据处理系统(6)和电机控制系统(7)，调节方形密闭箱(1)箱内压强并排空箱内样品，结束实验。
6.根据权利要求5所述的气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试方法，其特征在于：步骤六中，运用对比法通过数据处理系统(6)计算得到气体或液体BRDF值和对应图像的过程如下：
聚四氟乙烯标准板的双向反射分布函数的半球反射率ρ/π，数据处理系统(6)将气体散射光谱LS和标准板散射光谱Lb带入下方公式：
Figure FDA0003232517650000051
其中，fr,s(θi,φi,θr,φr,λ)为目标的二向反射分布函数，θi为所测目标的入射天顶角，φi为所测目标的入射方位角，θr为所测目标的出射天顶角，φr为所测目标的出射方位角，λ为入射光波长，θ′i为所测标准板的入射天顶角、φ′i为所测标准板的入射方位角、θ′r为所测标准板的出射天顶角、φ′r为所测标准板的出射方位角。
CN202110991529.4A 2021-08-27 2021-08-27 一种气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置及方法 Active CN113720783B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110991529.4A CN113720783B (zh) 2021-08-27 2021-08-27 一种气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110991529.4A CN113720783B (zh) 2021-08-27 2021-08-27 一种气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113720783A true CN113720783A (zh) 2021-11-30
CN113720783B CN113720783B (zh) 2023-05-05

Family

ID=78678330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110991529.4A Active CN113720783B (zh) 2021-08-27 2021-08-27 一种气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113720783B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115656051A (zh) * 2022-12-09 2023-01-31 长春理工大学 基于一阶矢量扰动理论的多涂层目标偏振测量装置与方法
CN116448020A (zh) * 2023-06-19 2023-07-18 长春理工大学 基于pBRDF与动态TS算法的粗糙度测量装置及方法
CN117871424A (zh) * 2024-03-11 2024-04-12 长春理工大学 一种分布式植物目标spBRDF协同探测装置及方法
CN117871425A (zh) * 2024-03-11 2024-04-12 长春理工大学 热辐射效应的目标短波红外全偏振特性测量装置及其方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1858579A (zh) * 2005-04-30 2006-11-08 中国科学院安徽光学精密机械研究所 实验室烟(水)雾brdf测量方法
CN102323240A (zh) * 2011-07-25 2012-01-18 中国科学院安徽光学精密机械研究所 室内全自动brdf测量装置
US20120035884A1 (en) * 2010-08-06 2012-02-09 Raytheon Company Remote identification of non-lambertian materials
CN104596645A (zh) * 2015-02-02 2015-05-06 长春理工大学 复杂环境全偏振多角度散射模拟及测试系统
CN108332850A (zh) * 2018-03-23 2018-07-27 广东建元和安科技发展有限公司 一种激光在低对比度环境下传输特性的测试系统及其测试方法
CN111948148A (zh) * 2020-07-02 2020-11-17 长春理工大学 一种多光场多角度多维度光谱偏振特性测量装置及方法
CN112730332A (zh) * 2020-12-21 2021-04-30 安徽建筑大学 一种光谱偏振双向反射特性测量装置
CN113029342A (zh) * 2021-04-02 2021-06-25 西北工业大学 基于双向反射理论的水下目标反射偏振光的仿真方法
CN113176184A (zh) * 2021-04-16 2021-07-27 长春理工大学 一种海面目标pBRDF测量的模拟装置及其使用方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1858579A (zh) * 2005-04-30 2006-11-08 中国科学院安徽光学精密机械研究所 实验室烟(水)雾brdf测量方法
US20120035884A1 (en) * 2010-08-06 2012-02-09 Raytheon Company Remote identification of non-lambertian materials
CN102323240A (zh) * 2011-07-25 2012-01-18 中国科学院安徽光学精密机械研究所 室内全自动brdf测量装置
CN104596645A (zh) * 2015-02-02 2015-05-06 长春理工大学 复杂环境全偏振多角度散射模拟及测试系统
CN108332850A (zh) * 2018-03-23 2018-07-27 广东建元和安科技发展有限公司 一种激光在低对比度环境下传输特性的测试系统及其测试方法
CN111948148A (zh) * 2020-07-02 2020-11-17 长春理工大学 一种多光场多角度多维度光谱偏振特性测量装置及方法
CN112730332A (zh) * 2020-12-21 2021-04-30 安徽建筑大学 一种光谱偏振双向反射特性测量装置
CN113029342A (zh) * 2021-04-02 2021-06-25 西北工业大学 基于双向反射理论的水下目标反射偏振光的仿真方法
CN113176184A (zh) * 2021-04-16 2021-07-27 长春理工大学 一种海面目标pBRDF测量的模拟装置及其使用方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨敏;方勇华;吴军;崔方晓;李大成;吴越;王涛;: "基于Kubelka-Munk理论的涂层表面多参量偏振双向反射分布函数模型" *
陈卫;乔延利;孙晓兵;殷玉龙;: "基于偏振辐射图融合的水面太阳耀光抑制方法" *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115656051A (zh) * 2022-12-09 2023-01-31 长春理工大学 基于一阶矢量扰动理论的多涂层目标偏振测量装置与方法
CN116448020A (zh) * 2023-06-19 2023-07-18 长春理工大学 基于pBRDF与动态TS算法的粗糙度测量装置及方法
CN116448020B (zh) * 2023-06-19 2023-08-25 长春理工大学 基于pBRDF与动态TS算法的粗糙度测量装置及方法
CN117871424A (zh) * 2024-03-11 2024-04-12 长春理工大学 一种分布式植物目标spBRDF协同探测装置及方法
CN117871425A (zh) * 2024-03-11 2024-04-12 长春理工大学 热辐射效应的目标短波红外全偏振特性测量装置及其方法
CN117871424B (zh) * 2024-03-11 2024-05-24 长春理工大学 一种分布式植物目标spBRDF协同探测装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113720783B (zh) 2023-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113720783B (zh) 一种气/液体光谱偏振二向反射模型特性测试装置及方法
CN101644670B (zh) 六氟化硫气体放电微量组分的红外检测装置及方法
CN113176184A (zh) 一种海面目标pBRDF测量的模拟装置及其使用方法
CN103076065A (zh) 一种用于检测液态金属液位的激光测量装置
CN103728430A (zh) 一种表层水体中溶解甲烷连续观测系统
CN105067563B (zh) 开放空间气体平均浓度测量装置及测量方法
CN110987816B (zh) 太阳光照影响下多层海雾环境主动偏振特性测试系统
CN103472039A (zh) 基于积分球反射及透射的半透明材料光谱法向发射率测量方法
CN110108612A (zh) 用于海面光传输特性测量的海雾模拟装置及测试方法
CN111610189B (zh) 一种多组分气体浓度光学标定系统及方法
CN205562386U (zh) 自然大气气溶胶穆勒矩阵自动测量装置
CN105806808A (zh) 自然大气气溶胶穆勒矩阵自动测量装置及方法
CN114235294A (zh) 二甲醚抛射剂气雾罐泄漏检测系统及方法
CN113758569A (zh) 水下目标光谱偏振多维度特性测试模拟装置及测量方法
CN216560998U (zh) 一种海面目标pBRDF测量的模拟装置
CN207610987U (zh) 太赫兹探测大气高危化学品分布装置
ES2847583T3 (es) Sistema de detección remota anticontaminación autocalibrado y procedimiento del mismo
CN210487587U (zh) 一种气体激光吸收光谱测量的标定装置
CN108593597A (zh) 基于光纤fp腔型探头的天然气泄漏预警监控装置及方法
CN207742107U (zh) 大气高危化学品探测的太赫兹自反馈系统
CN108414713A (zh) 一种车载式蓝藻水华移动监测平台
CN112763684A (zh) 用于湿天然气检测的混合装置和湿天然气的检测系统
Asai Status of pressure sensitive paint technology at National Aerospace Laboratory
CN208171859U (zh) 机动车尾气遥测设备及系统
CN112763683B (zh) 用于湿天然气检测的混合装置和湿天然气的检测系统

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