CN115015183A - 用于测量材料光谱透射比的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量材料光谱透射比的装置，旨在解决现在采用光谱仪探测器的光谱对短波或长波响应弱，信噪比差，测量精度差的不足。该发明包括测量积分球、光谱测量装置、主光源和多通道光纤束，相邻出光部贴合设置，多通道光纤束包括分束和合成束，光谱测量装置经多通道光纤束接受来自出光部的光信号，所述装置还包括有第一滤光器，分束远离所述光谱测量装置的一端为进光端，至少有一个所述分束的所述进光端连接所述第一温滤光器。通过设置滤光器和多通道光纤束，以较低的成本和简单的实现方式提高光谱仪探测器对短波(380nm)或长波(1100nm)的光谱响应。

Description

用于测量材料光谱透射比的装置

技术领域

本发明涉及光学仪器领域，更具体地说，它涉及一种用于测量材料光谱透射比的装置。

背景技术

目前，某些材料的光谱透射比测量要求覆盖紫外、可见和近红外的光谱。而光谱仪探测器的光谱响应往往呈现出短波与长波灵敏度低，中间波段灵敏度高的情况，其表现如图1所示。在图中左侧的380nm波长附近的短波和1100nm波长附近的长波的光谱信号较弱，信噪比差，导致测量精度差，并最终影响整体的测量精度。

为了弥补这一不足，相关技术采用使用至少2台机器，1台测短波和中短波，1台测长波和中长波，分别调整两台仪器的光谱响应，最后把两台仪器的测量波段拼接。这种方式存在机械结构复杂，软件调试复杂，并需要根据所测材料进行适应性调整的问题。而且，这种方式增加了成本，也提高了复杂度。

发明内容

本发明克服了上述结构的不足，提供了一种用于测量材料光谱透射比的装置，它能以较低的成本和简单的实现方式提高光谱仪探测器对短波(380nm)或长波(1100nm)的光谱响应。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于测量材料光谱透射比的装置，包括测量积分球、光谱测量装置、主光源和多通道光纤束，所述测量积分球包括进光部和若干出光部，所述进光部包括第一进光口和用于定位样品的定位架，所述第一进光口位于所述主光源的出射光光路上，所述定位架位于所述主光源和所述第一进光口之间；

所述相邻出光部贴合设置，所述多通道光纤束包括连接所述出光部的分束和连接所述光谱测量装置的合成束，所述光谱测量装置经所述多通道光纤束接受来自所述出光部的光信号，所述装置还包括有第一滤光器，所述分束远离所述光谱测量装置的一端为进光端，至少有一个所述分束的所述进光端连接所述第一滤光器。

进一步的，所述装置还包括有第二滤光器，至少有一所述分束的所述进光端连接所述第二滤光器。

进一步的，所述的第一滤光器是升色温滤光器，所述第二滤光器是近红外滤光器；或者，所述第一滤光器是近红外滤光器，所述第二滤光器是升色温滤光器。

本装置在测量积分球开设了若干出光部，通过在出光部和多通道光纤束的分束之间增加滤光器的方式，提高了短波和长波的光信号表现，提高了信噪比，提高了精度。

进一步的，还包括有辅助光源，所述辅助光源的出射光直接进入所述测量积分球内部，所述测量积分球设有第一挡光屏，所述第一挡光屏位于所述第二辅助光源的出射光光路上，所述第一挡光屏位于测量积分球的内部。在测试过程中，分别测试放置样品或不放置样品的测量积分球的状态，也在辅助光源开启或关闭的情况下测量测量积分球的状态，在计算过程中消除上述两次测量之间的差异，其可以间接消除样品本身对积分球内的漫反射条件的影响，从而最终得到精确的材料透射比。

进一步的，测量积分球包括第二挡光屏，第二挡光屏位于测量积分球的内部，第二挡光屏限制主光源产生的光线直射出光部。第二挡光屏限制主光源中进入的光路未经过测量积分球的漫反射，直接的进入到出光部。

进一步的，所述辅助光源的发光光谱范围覆盖所述光谱测量装置的测量波长范围。

进一步的，所述主光源的光束发散角小于等于3度，以提高测量精度。

进一步的，各个所述分束的光纤线数量相等。

进一步的，所述主光源包括至少一个卤钨灯。卤钨灯具有连续光谱，发光稳定，可以有效提高测试精度。

进一步的，所述主光源包括至少一个LED灯。LED灯可以补充卤钨灯在短波和长波的不足。

进一步的，所述辅助光源包括至少一个卤钨灯。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过在分光路设置短波和长波对应的滤光器，增强了短波和长波的光信号强度，具有实现方式简单，成本低廉的优势。

附图说明

图1是相关技术中的现有光源被光谱仪测得的相对光谱分布；

图2是本发明中材料透射比测量装置的实施例的结构示意图；

图3是采用本发明技术的光源被光谱仪测得的相对光谱分布。

图中：

测量积分球1、进光部11、定位架111、第一进光口112、出光部12、第一挡光屏13、第二挡光屏14、光谱测量装置2、主光源3、卤钨灯31、光学准直装置32、多通道光纤束4、分束41、进光端411、合成束42、滤光器5、第一滤光器51、第二滤光器52、辅助光源6。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

实施例：

如图2所示，一种用于测量材料光谱透射比的装置，包括测量积分球1、光谱测量装置2、主光源3和多通道光纤束4。

测量积分球1是一个中空的球体，测量积分球1的内壁喷涂反射涂料。由于积分球内壁涂层材料的能带间隙很高，对光能量几乎不会产生吸收，因此没有光损失。当被测光源安装在积分球中心位置时，光线在球内经过多次反射及漫反射后，将均匀地分布在球的内壁上。通过测量积分球1内壁某一小块面积的光能量，就可以计算出光源所散发的全部光能量。

测量积分球1的前方为一个主光源3。本实施例中，主光源3包括一个卤钨灯31以及一个校准光线方向的光学准直装置32，光学准直装置32使得主光源3的出射光的光束发散角小于等于3度。光学准直装置32为凸透镜。主光源3的光束发散角小于等于3度。在一些实施例中，主光源3还包括有提高长波和短波表现的LED灯源。

测量积分球1具有一个进光部11，进光部11包括第一进光口112和用于定位样品的定位架111。第一进光口112和定位架111位于主光源3的出射光光路上。定位架111处于主光源3和第一进光口112之间。样品被放置在样品架上。主光源3产生的光线以此通过定位架111上的样品，从第一进光口112进入到测量积分球1的内壁中。

测量积分球1具有若干个出光部12，各个出光部12紧密贴合设置。在本实施例中，测量积分球1的出光部12数量为两个。出光部12与多通道光纤束4的分束41连接。多通道分束41的另一端连接光谱测量装置2。

多通道光纤束4包括分束41和合成束42。多通道光纤束4包括壁壳和壁壳内部的若干光纤线，多通道光纤束4对应合成束42一段，光纤线彼此紧密并排排布。多通道光纤束4对应分束41的一段中，各个光纤线分别排布成多股，并在其外设置壁壳，并以此形成分束41。在本实施例中，分束41的数量为两个，且两分束41的光纤线的数量相同。在其他的一些可能的实施例中，各个分束41对应的光纤线的数量不等，本申请不做限制。

在本申请中，分束41的数量与出光部12的数量相同，一分束41连接一出光部12。在其他的一些可能的实施例中，出光部12连接有至少一分束41。例如，存在两个出光部12和三个分束41的情况下，一出光部12连接一分束41，另一出光部12连接另外的两个分束41。

装置还包括有滤光器5，滤光器5包括有第一滤光器51和第二滤光器52，用于对短波和长波进行滤光。在本实施例中，第一滤光器51为包含牌号SSB130的升色温玻璃的光学滤光片或组合；第二滤光器52包含牌号HWB930的近红外滤光片的光学滤光片或组合。在其他的一些可能的实施例中，第二滤光器52为包含牌号SSB130的升色温玻璃的光学滤光片或组合；第一滤光器51为包含牌号HWB930的近红外滤光片的光学滤光片或组合。

分束41远离光谱测量装置2的一端为进光端411。滤光器5连接进光端411，其中，滤光器5可以安装在测量积分球1外部也可以安装在测量积分球1内部，本申请不作限制。至少有一个所述分束41的进光端411连接第一滤光器51，至少有一分束41的进光端411连接第二滤光器52。在本实施例中，一分束41的进光端411连接第一滤光器51，另一分束41的进光端411连接第二滤光器52。在一些可能的实施例中，测量积分球1具有多个出光部12，各个出光部12各自连接一分束41，其中，一分束41的进光端411连接第一滤光器51，另一分束41的进光端411连接第二滤光器52，其他的分束41直接接受来自测量积分球1的光线且不通过滤光器5的过滤。在另一种可能的实施例中，多个分束41的进光端411连接第一滤光器51，一分束41的进光端411连接第二滤光器52，其他的分束41直接接受来自测量积分球1的光线且不通过滤光器5的过滤。在再一种可能的实施例中，一个分束41的进光端411连接第一滤光器51，多个分束41的进光端411连接第二滤光器52，其他的分束41直接接受来自测量积分球1的光线且不通过滤光器5的过滤。通过所述设置，可以极大的增强了本装置的灵活性，使用者可以根据需要简单的调整连接滤光器5的分束41的数量，将光谱测量装置2收到的光信号拉平，有助于提高光谱测量装置2的精度。

在本申请中还具有辅助光源6，在本实施例中，辅助光源6设置在测量积分球1的一侧，其中，辅助光源6与主光源3不会相互干扰，在本实施例中，辅助光源6与主光源3的出射光路的夹角为90度，并且辅助光源6设置在一盒体中。在其他的一些实施例中，辅助光源6设置在测量积分球1的内部。在本实施例中，辅助光源6安装在一盒体上，该盒体具有通过光的盒口部，其盒口部连接在测量积分球1上，使得盒体内部与测量积分球1连通。辅助光源6的发光光谱范围覆盖所述光谱测量装置2的测量波长范围。辅助光源6可以间接消除样品本身对积分球内的漫反射条件的影响，从而最终得到精确的材料透射比。

在测量积分球1内部还具有第一挡光屏13和第二挡光屏14，第一挡光屏13遮挡在辅助光源6的光路上，限制辅助光源6的产生的光线直射出光部12。第二挡光屏14遮挡在主光源3的光路上，限制辅助光源6的产生的光线直射出光部12。在本实施例中，辅助光源6包括一个卤钨灯31。

如图3所示，通过在出光部12和多通道光纤束4的分束41之间增加滤光器5的方式，提高了短波和/或长波的光信号表现，降低了信噪比，提高了精度。

以上所述的实施例只是本发明的较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种用于测量材料光谱透射比的装置，其特征是，包括测量积分球、光谱测量装置、主光源和多通道光纤束，所述测量积分球包括进光部和若干出光部，所述进光部包括第一进光口和用于定位样品的定位架，所述第一进光口位于所述主光源的出射光光路上，所述定位架位于所述主光源和所述第一进光口之间；

所述相邻出光部贴合设置，所述多通道光纤束包括连接所述出光部的分束和连接所述光谱测量装置的合成束，所述光谱测量装置经所述多通道光纤束接受来自所述出光部的光信号，所述装置还包括有第一滤光器，所述分束远离所述光谱测量装置的一端为进光端，至少有一个所述分束的所述进光端连接所述第一滤光器。

2.根据权利要求1所述的一种用于测量材料光谱透射比的装置，其特征是，所述装置还包括有第二滤光器，至少有一个所述分束的所述进光端连接所述第二滤光器。

3.根据权利要求2所述的一种用于测量材料光谱透射比的装置，其特征是，所述第一滤光器是升色温滤光器，所述第二滤光器是近红外滤光器；或者，所述第一滤光器是近红外滤光器，所述第二滤光器是升色温滤光器。

4.根据权利要求1所述的一种用于测量材料光谱透射比的装置，其特征是，还包括有辅助光源，所述辅助光源的出射光直接进入所述测量积分球内部，所述测量积分球设有第一挡光屏，所述第一挡光屏均位于所述第二辅助光源的出射光光路上，所述第一挡光屏位于测量积分球的内部。

5.根据权利要求1所述的一种用于测量材料光谱透射比的装置，其特征是，测量积分球包括第二挡光屏，第二挡光屏位于测量积分球的内部，第二挡光屏限制主光源产生的光线直射出光部。

6.根据权利要求4所述的一种用于测量材料光谱透射比的装置，其特征是，所述辅助光源的发光光谱范围覆盖所述光谱测量装置的测量波长范围。

7.根据权利要求1所述的一种用于测量材料光谱透射比的装置，其特征是，所述主光源的光束发散角小于等于3度。

8.根据权利要求1所述的一种用于测量材料光谱透射比的装置，其特征是，所述主光源包括至少一个卤钨灯。

9.根据权利要求1或8所述的一种用于测量材料光谱透射比的装置，其特征是，所述主光源包括至少一个LED灯。

10.根据权利要求2所述的一种用于测量材料光谱透射比的装置，其特征是，所述辅助光源包括至少一个卤钨灯。

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