一种材料反射比测量装置的设计

　　产品表面的材料光度特性测量已成为当今光辐射测量的一个重要部分。目前此类光度测量仪器大多从国外进口,根据实际应用需要和国家标准GB3978-83《标准照明体及照明观察条件》,我们设计了一种测量不透明材料表面漫反射比的装置,采用积分球替代法测量漫反射比ρdif。

　　1　测量装置的构成

　　1.1　积分球

　　图1所示为积分球的结构。积分球内壁为白色的漫反射层。其上开两孔。孔1放置样品,孔2放置光探测器。在孔1和孔2之间有一挡屏,使从孔1来的直射光不能直接到达孔2上,积分球内壁用一只标准灯L照明(A光源),位置如图所示,并用挡屏挡住直射光,使它不能直接到达孔1和孔2。

　　根据已有条件,积分球的直径D=30cm,孔1的直径d₁与孔2的直径d₂满足下述关系:

　　1.2　A光源

　　积分球内置式A光源为色温2856K的发光强度标准灯。由于采用3.81安培的恒流供电,因此需配备高准确度的恒流稳压电源。如图2所示,我们选用三端稳压器件LM338制作了一个在0~5A内连续可调(通过可调电阻R₁进行调整)的恒流源,通过取样电阻R₂将取样电压送数字式电压表,以显示流过A光源的电流强度,达到监控的目的。

　　1.3　光电检测器及其电路

　　为了将漫反射层照度的变化转化为可测的电信号,我们采用硅光电池作为光电探测器。但由于硅光电池的光谱响应范围宽,峰值波长又在红外,以致光谱灵敏度曲线与人眼的光谱光视效率V(λ)曲线相差甚远,所以我们采用V(λ)滤光片修正,使其光谱灵敏度与V(λ)曲线相匹配。

　　图3为光电检测电原理图。图中用运算放大器接成电流电压变换器的形式,一方面可以得到零负载效应;另一方面,短路电流通过反馈电阻变成电压量,此电压量经采样和A/D转换送至微机进行数据处理。R₁是不同量程的反馈电阻,R₂是定标电阻,R₃是调零电阻。

　　2　测量方法

　　根据积分球理论,光源发出的光,经球内壁的无数次漫反射后,在球内壁各点形成均匀的照明。此时球壁上任一点的照度E仅与光源的光通量Φ、球的半径r以及漫反射层的反射比ρ有关。即:

　　当漫反射层发生变化,即孔1所放的样品不同时,孔2光探测器接收到的光通量也就不一样,根据这一变化就可以判断样品的反射率。

　　替代法(即比较法)测量可以大大减少由于积分球内壁漫反射层的不均匀性、球壁涂料和窗口材料的非中性等因素造成的影响,所以在实际测量中都要用到标准漫反射板。具体测量过程如下:将标准漫反射板(漫反射比ρdifref已知)和被测样品依次放在孔1上,位于孔2的光电探测器及其检测电路将照度的变化转化为电压量: