CN216594769U - 一种快速透反射测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种快速透反射测量仪，包括底座、发射机构、接收机构及被测样品组件，且发射机构、接收机构相对被测样品组件能够旋转，用于调节发射机构和接收机构之间的夹角，相对于被测样品组件对称后快速精准测量被测样品组件的被测样品的透射率和/或反射率。此外，本实用新型还包括宽谱光源和光纤光谱仪。光纤光谱仪采用线阵光电探测器，以保证所探测的光谱被快速一次性成像到线阵光电探测器。本实用新型的发射机构及接收机构分别通过光纤和宽谱光源和光纤光谱仪连接，能快速精准地实现对测量样品的透射率或反射率测量。

Description

一种快速透反射测量仪

技术领域

本实用新型涉及一种光学测量仪，具体涉及一种快速透反射测量仪。

背景技术

现有常规的透反射测量仪多采用旋转光栅法实现分光测量，这种方法明显的缺陷是速度太慢，不适合快速测量的应用场合。其次，这类透反射测量仪采用氘灯和钨灯组合作为光源，光谱的起伏比较大。安装两个灯源的结构相对复杂费时。此外，此类透反射测量仪在800nm左右的测量需要切换探测器，通常会出现测量光谱的抖动，影响测量精度,特别是使用几年后透反射测量仪出现磨损后。最后，现有的透反射测量仪在测量反射率时，基本上采用标准块(如特氟隆)做相对标定而测量元件的反射率，得到的不是元件的绝对反射率，而是相对反射率。这对于需要测量元件绝对反射率的应用场合十分不便。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种快速透反射测量仪，能够快速精准地实现对光学测量样品的透射率或反射率测量。

一种快速透反射测量仪，包括底座、发射机构、接收机构及被测样品组件，所述被测样品组件、所述发射机构和接收机构安装于所述底座上，且相对所述底座能够旋转，用于调节所述发射机构和接收机构之间的夹角，所述夹角为0-180°，相对于所述被测样品组件对称后快速精准测量所述被测样品组件的被测样品透射率和/或反射率。

优选地，所述发射机构包括第一旋转固定组件和发射组件，所述第一旋转固定组件与所述发射组件连接并旋转调节所述发射组件的旋转角度。所述第一旋转固定组件包括第一转台固定支架、第一转台、第一转台转接支架、发射光头支架，所述第一转台固定支架固定于所述底座上，其内侧依次与所述第一转台和所述第一转台转接支架连接，所述发射光头支架为“L”型结构，其一端与所述第一转台的侧边连接，所述发射光头支架的另一端与所述发射组件连接，用于当旋转所述第一转台时带动所述发射光头支架转动而调节所述发射组件与所述被测样品的角度。

优选地，所述接收机构包括第二旋转固定组件和接收组件，所述第二旋转固定组件与所述接收组件连接并旋转调节所述发射组件的旋转角度。所述第二旋转固定组件包括第二转台固定支架、第二转台、第二转台转接支架、接收光头支架，所述第二转台固定支架固定于所述底座上，其内侧依次与所述第二转台和所述第二转台转接支架连接，所述接收光头支架为“L”型结构，其一端与所述第二转台转接支架的侧边连接，所述接收光头支架的另一端与所述接收组件连接，用于当旋转所述第二转台时带动所述接收光头支架转动而调节所述接收组件与所述被测样品的角度。

优选地，所述被测样品设置于所述发射组件和所述接收组件之间，调节所述发射组件和所述接收组件之间的角度，测量所述被测样品的透射率和/ 或反射率。所述被测样品组件包括被测样品和样品支架，所述样品支架固定于所述底座上，用于放置所述被测样品，所述被测样品包括透射样品和反射样品，分别用于测量透射率和反射率。

优选地，所述发射组件包括发射光头和发射光头光纤，所述发射光头光纤设置于所述发射光头的一侧，用于将测量光导入所述发射光头，所述发射光头的底部与所述发射光头支架的一端连接，用于将所述发射光头光纤导入所述发射光头的测量光发射于所述被测样品上。

优选地，所述接收组件包括接收光头和接收光头光纤，所述接收光头光纤设置于所述接收光头的一侧，将经所述被测样品透射和/或反射的测量光导入光纤光谱仪，完成相应的测量，所述接收光头的底部与所述接收光头支架的一端连接，用于接收所述发射组件发射出的测量光或经过被测样品透射或反射的测量光。

优选地，所述发射组件为宽谱光源，所述宽谱光源的一端与发射光头支架的一端连接，用于将宽谱光源发出测量光射于所述被测样品上，所述宽谱光源包括氙灯、钨灯、氘钨灯组合、LED以及LED的组合的任一种。

优选地，所述接收组件为所述光纤光谱仪，用于接收所述发射组件发射出的测量光或经所述被测样品透射或反射所述宽谱光源发出的光，而实现对所述被测样品的透射率或反射率的测量；所述光纤光谱仪采用线阵光电探测器，所述线阵光电探测器对所述被测样品透射或反射的光谱快速一次性地成像。

优选地，当旋转调节所述发射组件和接收组件，将其调整处于彼此相对状态，彼此之间的所述夹角为0°时，测得的光谱作为参照光谱；通过调整所述第一转台和第二转台，将所述发射光头和接收光头调整处于一定角度的对称状态，测得所述反射样品的光谱；用测得所述反射样品的光谱与参照光谱对比，既可以得到所述反射样品的绝对反射率。

优选地，以单片所述玻璃作为标定样板时，单片所述玻璃的反射率比较低，对于某些波长反射比较弱、信噪比不太好的所述反射样品，可以将两块或多块所述玻璃板平行装配一起作为标定样板块，以提高反射率和信噪比进行相对反射率的测得。

与现有技术相比，本实用新型的发射机构及接收机构分别通过光纤与宽谱光源和光纤光谱仪连接，能快速精准地实现对测量样品的透射率和/或反射率测量。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的透射测量示意图；

图2是本实用新型实施例一的反射测量示意图；

图3是本实用新型实施例二的透反射测量的示意图：

图4为本实用新型的标定块示意图；

图5为本实用新型的铝反射膜测量曲线；

图6本实用新型实施例二氙灯的光谱；

图7为本实用新型实施例的两块K9玻璃板标定块示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一：

如图1和图2所示，本实用新型提供一种快速透反射测量仪，包括底座 1、发射机构2、接收机构3、被测样品组件4，被测样品组件4、发射机构2 和接收机构3安装于底座1上，发射机构2和接收机构3能够相对于被测样品组件4旋转，并通过旋转调节发射机构2与接收机构3之间的夹角，对被测样品41进行透射或反射的测量；

在本实施例一中，发射机构2、接收机构3及被测样品组件4均设置于底座1上；

其中：

发射机构2，包括第一旋转固定组件21和和发射组件22，第一旋转固定组件21包括第一转台固定支架211、第一转台212、第一转台转接支架213、发射光头支架214；

接收机构3，包括第二旋转固定组件31和和接收组件32，第二旋转固定组件31包括第二转台固定支架311、第二转台312、第二转台转接支架313、接收光头支架314；

被测样品组件4，包括被测样品41和样品支架42；

被测样品41包括透射样品411和反射样品412，分别用于被测量透射率和反射率。

如图1所示，当被测样品41为透射样品411时，透射样品411竖放于样品支架42上；

如图2所示，当被测样品41为反射样品412时，反射样品412平放于样品支架42上表面。

安装时，样品支架42固定于底座1上，用于放置被测样品41；

第一转台固定支架211固定于底座1上，第一转台固定支架211的内侧面依次与第一转台212和第一转台转接支架213连接，发射光头支架214为“L”型结构，其一端与第一转台212的侧边连接，发射光头支架214的另一端与发射组件22连接；

当旋转第一转台212时，带动发射光头支架214转动，从而调节发射组件22的旋转角度。

第二转台固定支架311与第一转台固定支架211相邻，也固定于底座1 上的另一侧，第二转台固定支架311的另一侧依次与第二转台312和第二转台转接支架313连接，接收光头支架314为“L”型结构，其一端与第二转台转接支架313的侧边连接，接收光头支架314的另一端与接收组件32连接；

当旋转第二转台312时，带动接收光头支架314转动，从而调节接收组件32的旋转角度。

第一转台固定支架211与第二转台固定支架311相互独立安装在底座1 上，第一转台固定支架211的中心线、第二转台固定支架311的中心线与底座1的中心线重合；

发射机构2和接收机构3之间的夹角为0°—180°；发射组件22和接收组件32的旋转角度在0°—180°之间，被测样品组件4处于发射组件22 和接收组件32之间，在发射组件22和接收组件32相对于被测样品组件4 的调节角度对称后能正确地测量被测样品41的透射率或反射率；

当测量被测样品41为透射样品411时，发射组件22和接收组件32的旋转角度为0°，发射机构2和接收机构3之间的夹角为180°；当被测样品41为反射样品412时，发射组件22和接收组件32的旋转角度为45°，发射机构2和接收机构3之间的夹角为90°。

发射组件22包括发射光头221和发射光头光纤222，发射光头光纤222 设置于发射光头221的一侧，发射光头光纤222将测量光导入发射光头221，发射光头221的底部与发射光头支架214的一端连接，发射光头211将发射光头光纤222所导入的宽光谱测量光发射到被测样品41上。

接收组件32包括接收光头321和接收光头光纤322，接收光头321的底部与接收光头支架314的一端连接，接收光头321接收发射组件22发射出的测量光或经过被测样品41透射或反射的测量光，接收光头光纤322设置于接收光头321的一侧，接收光头光纤322用于将接收光头321所接收的测量光导入光纤光谱仪5，完成相应的透射或反射测量。

光纤光谱仪5采用线阵光电探测器，线阵光电探测器对被导入的测量光的光谱快速一次性地成像，达到快速测量的效果。

如图2所示，在本实施例一中，对反射样品412进行反射率的绝对测量。

有别于常规的透反射测量仪采用标准块(如：特氟隆准板，标准反射片) 做相对标定，本实用新型提供的一种快速透反射测量仪还可以获得反射样品 412的绝对反射率；

当旋转调节发射组件22和接收组件32，将其调整处于彼此相对状态，彼此之间的夹角为0°时，测得的光谱作为参照光谱；

再通过调整第一转台212和第二转台312，将发射光头221和接收光头 321调整处于一定角度的对称状态，测得反射样品412的光谱；

然后用测得反射样品412的光谱与参照光谱对比，既可以得到反射样品 412的绝对反射率。

以上方法为一种反射率绝对测量的方法，除此之处，本实用新型还可以提供一种反射率的相对测量方法。

如图2所示，在本实施例一中，进行反射测量时，步骤如下：

第一步：将反射样品412平放于样品支架41上，然后分别旋转第一转台212和第二转台312，分别带动发射光头支架214和接收光头支架314旋转，发射光头221和接收光头321互相处于一定角度对称状态；

第二步，利用如图4所示的相对标定样板为K9玻璃板，并测量得到相对标定样板K9玻璃板的反射率；

第三步，以镀铝反射片作为反射样品412，测得反射样品412为镀铝反射片时的反射率；

第四步，设反射样品412为镀铝反射片时反射率为X，设相对标定样板为K9玻璃板时测量反射率为B，设反射样品412镀铝反射片的测量反射率为 Y，设相对标定样板K9玻璃板标准反射率为R_n0，反射样品412镀铝反射片的反射率由下列公式计算所得：

相对标定样板K9玻璃板的标准反射率R_n0由菲涅尔公式计算所得，菲涅尔公式为：

其中n为相对标定样板K9玻璃板的折射率。

相对标定样板K9玻璃板的折射率n由以下公式计算所得：

其中λ为光波长。

由于计算所得的相对标定样板K9玻璃板的标准反射率为K9玻璃板的单面反射率，而实际测试用的K9玻璃板有两个反射面：A面和B面，A面和B 面这两个反射面具有一定的厚度，该厚度会导致测得的K9玻璃板的反射率有误差(不是简单的单面K9玻璃板反射率的两倍)，因此需要进行误差矫正。

取平均值进行误差矫正被测样品反射率由下列公式计算所得：

其中P为平均值。

从旋转光栅透反射测量仪测得镀铝反射片的反射率与用本实用新型的透反射测量仪所测得的镀铝反射片的反射率中，取5个波长的反射率数据如下。

计算5个相差倍数的平均值作为误差矫正系数，约为1.7。

由菲涅尔公式(2)得到K9标准反射率，再通过公式(3)计算，即可得出镀铝反射片的实际反射率，如图5所示，已知镀铝反射片的反射率(只有400nm至700nm一段)，501是比较平滑的曲线(只有400nm至700nm一段)，为使用旋转光栅透反射测量仪测得的镀铝反射片的反射率；502是略带有毛刺的曲线，为使用本实用新型测得的镀铝反射片的反射率,可见两者基本吻合，综上所述，表明本实用新型提供的一种快速透反射测量仪的测量精度是极好的。

实施例二：

如图3所示，本实用新型实施例二与实施例一的区别在于：将发射组件 22替换为宽谱光源6，本实施例二选用宽谱光源为氙灯61，接收组件32替换为光纤光谱仪5；发射光头支架214的一端与氙灯61连接，接收光头支架 314的一端与光纤光谱仪5连接；第一转台212通过对氙灯61的旋转角度的控制及第二转台312通过对光纤光谱仪5的旋转角度的控制，实现对测量样品41的透射率、反射率的测量。

如图6所示，本实用新型实施例二利用宽谱光源6的氙灯61的光谱在 185nm至840nm范围，可以覆盖185nm至1000nm范围中的大部分紫外光和红外光的光谱；

如图3所示，本实用新型实施例二使用的光纤光谱仪5与本实用新型实施例一一样，采用线阵光电探测器，线阵光电探测器可以保证对被测样品41 相关的光谱被快速地且一次性地成像，本实施例二适用于对透射样品411为高透过率，有结构紧凑需求的透射测量样品进行测量。

如图2所示，在本实施例二中，进行反射测量时，步骤如下：

第一步：将反射样品412平放于样品支架41上，然后分别旋转第一转台212和第二转台312，分别带动发射光头支架214和接收光头支架314旋转，氙灯61和光纤光谱仪5互相处于彼此相对状态；

第二步，利用如图4所示的相对标定样板为K9玻璃板，并测量得到相对标定样板K9玻璃板的反射率；

第三步，以铝作为反射样品412，测得反射样品412为铝时的反射率；

第四步，设反射样品412为铝时反射率为X，设相对标定样板为K9玻璃板时测量反射率为B，设反射样品412铝的测量反射率为Y，设相对标定样板K9玻璃板标准反射率为R_n0，反射样品412铝的反射率由下列公式计算所得：

相对标定样板K9玻璃板的标准反射率R_n0由菲涅尔公式计算所得，菲涅尔公式为：

其中n为相对标定样板K9玻璃板的折射率。

相对标定样板K9玻璃板的折射率n由以下公式计算所得：

其中λ为光波长。

由于计算所得的相对标定样板K9玻璃板的标准反射率为K9玻璃板的单面反射率，而实际测试用的K9玻璃板有两个反射面：A面和B面，A面和B 面这两个反射面具有一定的厚度，该厚度会导致测得的K9玻璃板的反射率有误差(不是简单的单面K9玻璃板反射率的两倍)，因此需要进行误差矫正。

取平均值进行误差矫正被测样品反射率由下列公式计算所得：

其中P为平均值。

从旋转光栅透反射测量仪测得镀铝反射片的反射率与用本实用新型的透反射测量仪所测得的镀铝反射片的反射率中，取5个波长的反射率数据如下。

计算5个相差倍数的平均值作为误差矫正系数，约为1.7。

由菲涅尔公式(2)得到K9标准反射率，再通过公式(3)计算，即可得出镀铝反射片的实际反射率，如图5所示，已知镀铝反射片的反射率(只有400nm至700nm一段)，501是比较平滑的曲线(只有400nm至700nm一段)，为使用旋转光栅透反射测量仪测得的镀铝反射片的反射率；502是略带有毛刺的曲线，为使用本实用新型测得的镀铝反射片的反射率,可见两者基本吻合，综上所述，表明本实用新型提供的一种快速透反射测量仪的测量精度是极好的。

在本实用新型实施例一和实施例二中，以单片K9玻璃作为标定样板时，单片K9玻璃的反射率比较低，对于某些波长反射比较弱、信噪比不太好的反射样品412，可以将两块或多块K9玻璃板平行装配一起作为标定样板块，以提高反射率和信噪比进行相对反射率的测得。

如图7所示，以两块K9玻璃板平行装配一起作为标定样板块，其中701 是支架，702是第一块K9玻璃板，703是隔圈，704是第二块K9玻璃板。使用时实施例一同样的一种快速透反射测量仪的反射率测量方法的步骤，最后以被测样品反射率公式(3)的修正得到该反射样品412的反射率。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种快速透反射测量仪，其特征在于，包括底座(1)、发射机构(2)、接收机构(3)及被测样品组件(4)，所述被测样品组件(4)设置于所述底座(1)上，所述发射机构(2)和接收机构(3)安装于所述底座(1)上，且相对所述被测样品组件(4)能够旋转，用于调节所述发射机构(2)和接收机构(3)之间的夹角，所述夹角为0-180°，相对于所述被测样品组件(4)对称后快速精准测量所述被测样品组件(4)的被测样品(41)透射率和/或反射率。

2.根据权利要求1所述的一种快速透反射测量仪，其特征在于，所述发射机构(2)包括第一旋转固定组件(21)和发射组件(22)，所述第一旋转固定组件(21)与所述发射组件(22)连接并旋转调节所述发射组件(22)的旋转角度；所述第一旋转固定组件(21)包括第一转台固定支架(211)、第一转台(212)、第一转台转接支架(213)、发射光头支架(214)，所述第一转台固定支架(211)固定于所述底座(1)上，其内侧依次与所述第一转台(212)和所述第一转台转接支架(213)连接，所述发射光头支架(214)为“L”型结构，其一端与所述第一转台(212)的侧边连接，所述发射光头支架(214)的另一端与所述发射组件(22)连接，用于当旋转所述第一转台(212)时带动所述发射光头支架(214)转动而调节所述发射组件(22)与所述被测样品(41)的角度。

3.根据权利要求2所述的一种快速透反射测量仪，其特征在于，所述接收机构(3)包括第二旋转固定组件(31)和接收组件(32)，所述第二旋转固定组件(31)与所述接收组件(32)连接并旋转调节所述发射组件(22)的旋转角度；所述第二旋转固定组件(31)包括第二转台固定支架(311)、第二转台(312)、第二转台转接支架(313)、接收光头支架(314)，所述第二转台固定支架(311)固定于所述底座(1)上，其内侧依次与所述第二转台(312)和所述第二转台转接支架(313)连接，所述接收光头支架(314)为“L”型结构，其一端与所述第二转台转接支架(313)的侧边连接，所述接收光头支架(314)的另一端与所述接收组件(32)连接，用于当旋转所述第二转台(312)时带动所述接收光头支架(314)转动而调节所述接收组件(32)与所述被测样品(41)的角度。

4.根据权利要求3所述的一种快速透反射测量仪，其特征在于，所述被测样品(41)设置于所述发射组件(22)和所述接收组件(32)之间，调节所述发射组件(22)和所述接收组件(32)之间的角度，测量所述被测样品(41)的透射率和/或反射率；所述被测样品组件(4)包括被测样品(41)和样品支架(42)，所述样品支架(42)固定于所述底座(1)上，用于放置所述被测样品(41)，所述被测样品(41)包括透射样品(411)和反射样品(412)，分别用于测量透射率和反射率。

5.根据权利要求2所述的一种快速透反射测量仪，其特征在于，所述发射组件(22)包括发射光头(221)和发射光头光纤(222)，所述发射光头光纤(222)设置于所述发射光头(221)的一侧，用于将测量光导入所述发射光头(221)，所述发射光头(221)的底部与所述发射光头支架(214)的一端连接，用于将所述发射光头光纤(222)导入所述发射光头(221)的测量光发射于所述被测样品(41)上。

6.根据权利要求4所述的一种快速透反射测量仪，其特征在于，所述接收组件(32)包括接收光头(321)和接收光头光纤(322)，所述接收光头光纤(322)设置于所述接收光头(321)的一侧，将所述发射组件(22)发射出的测量光或经所述被测样品(41)透射和/或反射的测量光导入光纤光谱仪(5)，完成相应的测量，所述接收光头(321)的底部与所述接收光头支架(314)的一端连接，用于接收所述发射组件(22)发射出的测量光。

7.根据权利要求6所述的一种快速透反射测量仪，其特征在于，所述发射组件(22)为宽谱光源(6)，所述宽谱光源(6)的一端与所述发射光头支架(214)的一端连接，用于将所述宽谱光源(6)发出测量光射于所述被测样品(41)上，所述宽谱光源(6)包括氙灯(61)、钨灯、氘钨灯组合、LED以及LED的组合的任一种。

8.根据权利要求7所述的一种快速透反射测量仪，其特征在于，所述接收组件(32)为所述光纤光谱仪(5)，用于接收所述发射组件(22)发射出的测量光或经所述被测样品(41)透射或反射所述宽谱光源(6)发出的光，而实现对所述被测样品(41)的透射率或反射率的测量；所述光纤光谱仪(5)采用线阵光电探测器，所述线阵光电探测器对所述被测样品(41)透射或反射的光谱快速一次性地成像。

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