散射係數測量系統的製作方法

2023-08-01 20:47:51 1

專利名稱：散射係數測量系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及光學晶體材料的散射係數和吸收係數測量領域，尤其涉及一種散射係數測量系統。
背景技術：
現在有很多測量散射係數的方法，但所使用的原理都基本相同，不同之處在於測量所採用的方法都有所不同。舉例如《中華人民共和國國家標準UDC621.383.032》使用632.Snm的波長透過雷射棒後入射到積分球，其具體測量原理及方法如下:a)打開632.8nm波長的雷射光源，預熱15 30min。b)待光源穩定後，不放被測雷射棒，測量積分球內的散射係數，以校準測量系統的穩定性。一般空氣的散射係數是0.01% ^cnT1,若測量系統達不到這個數量級，則須重新調試系統，以免產生誤差。c)將被測雷射棒先放在夾具上，調節光欄的孔徑，使光源光束直徑等於被測雷射棒直徑的90%。然後將積分球推進使被測雷射棒在球內的中間部分，調試使被測雷射棒軸、光束和積分球開口處中心同軸。注:被測雷射棒放在夾具上，不允許有應力存在，否則將使測試結果失真。d)將反射光錐插入積分球的光出射口，測量出光強I。。e)去掉反射光錐，測量出光強I1，在遠處應用光吸收材料將透射光去掉，不允許有光反射回積分球內。 f)將雷射棒推出積分球，使棒的前端在積分球入口處，測得前向散射光強12。g)雷射棒的側向散射光強Ih。h)將光強I。和散射光強Ih代入公式，計算得到被測雷射棒的側向散射係數-h。通過國準UDC 621.383.032的測量方法，我們發現當前散射係數的測量方法具有如下不方便性和缺點:a)只有一種632.8nm波長的He-Ne雷射器。b)沒有紅光光路批示，無法準確調整光路並且調整光路步驟比較麻煩。c)將雷射棒樣品放在積分球外面，經過樣品沿各個方向散射或反射後，能量損失嚴重，無法準確得到測量結果。d)測量儀器使用數顯儀器，並要經過公式計算後方可得到測量結果。即測量麻煩，無法直接得到測量結果。e)無電器與軟體控制方面方法。f)雷射無法按頻率發出，即無法得到即時能量，故測量結果不很準確。

實用新型內容針對上述現有技術存在的問題，本實用新型目的在於提供一種散射係數測量系統，克服了現有技術中測量的不方便性和缺點。[0019]本實用新型的技術方案是:一種散射係數測量系統，包括光學平臺，所述光學平臺上設置有雷射器、可變小孔光闌、積分球、透射光探頭和散射光探頭，所述積分球的入口光闌和出口光闌位於積分球同一條水平軸線的兩端，所述雷射器、可變小孔光闌、積分球和透射光探頭依次排列，使雷射器發射的雷射能依次穿過可變小孔光闌、積分球的入口光闌和出口光闌射到透射光探頭上，所述散射光探頭位於積分球的頂端，積分球的內部設置有樣品支架，所述樣品支架位於散射光探頭的正下方，並能使放置其上的樣品位於積分球的中心位置，雷射器由工控機控制，透射光探頭和散射光探頭通過USB連接器連接工控機。作為優選，所述雷射器與控制其開關的雷射電源電連，雷射電源與控制其溫度的雷射水冷機連接，雷射電源連接工控機並由工控機進行控制。作為優選，還設置有紅光指示器，紅光指示器的紅光通過雷射器後與雷射器的雷射光斑同軸。作為優選，所述散射光探頭與樣品支架之間設置有擋光板。作為優選，所述雷射器與可變小孔光闌之間設置有濾光片。作為優選，所述濾光片為1064nm窄帶濾光片。作為優選，所述雷射器為雙級燈泵電光調Q Nd: YAG雷射器。作為優選，所述積分球為300_積分球，所述積分球的內壁設置有超細顆粒F4粉料塗層。作為優選，所述雷射器通過剪式升降及三維調節臺安裝在光學平臺上。作為優選，所述濾光片、可變小孔光闌和透射光探頭分別通過支架安裝在光學平臺上。本實用新型的有益效果是:採用積分球進行雷射陶瓷晶體散射光收集和測量，可實現散射係數和吸收係數的同時測量，測量過程由工控機內的軟體控制進行，操作簡便，並具有以下優點:(1)測量過程中，一致性、重複性很高。即同一種樣品，在不同光闌、不同電壓、不同頻率的情況下，所測量的散射係數和吸收係數相等。(2)測量過程中，測量條件可變範圍較大。對不同直徑大小的樣品，可改變光闌大小、改變雷射頻率、改變雷射電源測量電壓等條件使測量達到最佳效果。⑶可測量多種材質的樣品。如Nd:YAG、陶瓷等不同材料。
(4)可測量多種形狀的樣品。如棒形、圓片形、方塊形等。根據形狀的不同可設計不同的樣品支架。(5)可自動進行多次測量，並計算出平均值。即根據多次雷射能量來計算每條數據記錄，並重複測量η次後，軟體系統自動計算出測量結果的平均值。(6)可將測量結果保存並導入到EXCEL文件並將測量數據進行表格或圖形分析。

圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的測量原理圖。圖中:1、雷射器；2、剪式升降及三維調節臺；3、濾光片；4、可變小孔光闌；5、積分球；6、樣品；7、樣品支架；8、入口光闌；9、出口光闌；10、散射光探頭；11、擋光板；12、透射光探頭；13、光學平臺；14、雷射電源；15、雷射水冷機；16、工控機。
具體實施方式
[0033]作為本實用新型的一種實施方式，如圖1所示，一種散射係數測量系統，包括光學平臺13，所述光學平臺13上設置有雷射器1、濾光片3、可變小孔光闌4、積分球5、透射光探頭12和散射光探頭10,所述積分球5的入口光闌8和出口光闌9位於積分球5同一條水平軸線的兩端，所述雷射器1、濾光片3、可變小孔光闌4、積分球5和透射光探頭12依次排列，所述雷射器I通過剪式升降及三維調節臺2安裝在光學平臺13上，所述濾光片3、可變小孔光闌4和透射光探頭12分別通過支架安裝在光學平臺13上。所述雷射器I為雙級燈泵電光調Q Nd: YAG雷射器，雙級燈泵電光調Q Nd: YAG雷射器為兩級放大後通過Nd = YAG雷射棒發出雷射光斑，可按I IOHz的頻率進行發射雷射，具有內控和外控兩種方式，並且可改變波長1064nm和532nm波長，532nm為綠光。雷射器I發射的雷射依次穿過濾光片3、可變小孔光闌4、積分球5的入口光闌8和出口光闌9射到透射光探頭12上。所述可變小孔光闌4為Φ1 Φ8_光闌，它可以改變入射到積分球5內樣品6的光斑大小，即改變入射光能量大小。所述積分球5為300_積分球,放置樣品6(棒形、圓片形、方塊形)前後，入射雷射經過透過能量和散射能量採集。透過孔徑和雷射入射孔徑相同，並在沿雷射光路的入射孔的另一端；而散射孔為經過在積分球5內沿各個方向發散後匯集到散射孔。積分球5的內壁設置有超細顆粒F4粉料塗層，反射率和反射均勻性均高於硫酸鋇塗層，同時長時間使用不易發黃，保證系統測量的長期穩定性和一致性。作為優選，本系統還設置有紅光指示器，紅光指示器的紅光與雷射器I的雷射光斑同軸。打開紅光指示器開關，紅光通過雷射器I沿雷射光路，通過光闌入射到積分球5。紅光指示器為He-Ne雷射器,它與雙級燈泵電光調Q Nd:YAG雷射器屬於不同的兩部份,但同屬於光路部份，紅光需要調試到與雷射同軸。因為1064nm波長的雷射為不可見光，紅光主要是對雷射光路起到可見指示作用。所述濾光片3為1064nm窄帶濾光片，可以避免指示及雜散光幹擾。所述散射光探頭10位於積分球5的頂端，積分球5的內部設置有樣品支架7，所述樣品支架7位於散射光探頭10的正下方，並能使放置其上的樣品6位於積分球5的中心位置，散射光探頭10與樣品支架7之間設置有擋光板11。將樣品6架放在積分球5內，使用透射光探頭12和散射光探頭10同步採集透過能量和散射能量，避免能量損耗到積分球5外面，可使測量更準確，並且可測量多種材質和形狀的光學材料的散射係數和吸收係數。所述雷射器I與控制其開關的雷射電源14電連，按指定頻率發送雷射，可開雙燈或單燈雷射，可內控或外控，雷射頻率為I IOHz。雷射電源14與控制其溫度的雷射水冷機15電連，雷射水冷機15主要控制雷射電源14溫度，一般控制在常溫20°C左右即可。雷射電源14連接工控機16並由工控機16進行控制，透射光探頭12和散射光探頭10通過USB連接器連接工控機16。在工控機16內採用控制軟體進行控制，如利用電機旋轉進行波長切換，使用控制卡給出雷射信號，按指定雷射重複次數進行測量能量後記錄結果，並按測量次數重複測量後計算平均值。得出在軟體界面上直觀的測量結果後，可在EXCEL文件中進行圖形分析和數據處理。如圖2所示，將兩面鍍有1064nm增透膜的雷射材料樣品6至於積分球5中心，讓一束1064nm波長的雷射射入積分球5並單程通過樣品6。設總的雷射輸入功率為Pi,雷射材料散射和吸收的功率分別用Ps和Pa，表示，同時材料的表面反射損耗用r表示(一般鍍AR膜時，r彡0.2% )。如果經測量，穿過樣品6的雷射功率為Ρτ，則有:P1 = (P1-PfPa-Ps) (l-r).⑴另一方面,根據Lambert-Beer定律,有:Pt = (1-r).(P1-Pe).exp [- α.L], (2)上式(2)中的α表示總損耗係數，S卩a = a a+a s, a a、a s分別表示材料的吸收係數和散射係數，L為材料樣品的長度。而樣品表面剩餘反射的功率Pk可寫為:Pe = r.P1.(3)分析沿光束在材料內部傳播距離dx，其功率損耗dP的情況，顯然損耗來自於各種因素導致的散射和吸收，分別表示為(《\和(1匕。顯然，dP可以表徵為:-dP (X) = ( a a+ a s) P (χ) dx = dPa (x) +dPs (x) ,(4)此處:dPa(x)= aaP(x)dx,(5)dPs (X) = a sP (x) dx.(6)聯立(5)、(6)和⑴式，可得:
權利要求1.一種散射係數測量系統，包括光學平臺，其特徵在於:所述光學平臺上設置有雷射器、可變小孔光闌、積分球、透射光探頭和散射光探頭，所述積分球的入口光闌和出口光闌位於積分球同一條水平軸線的兩端，所述雷射器、可變小孔光闌、積分球和透射光探頭依次排列，使雷射器發射的雷射能依次穿過可變小孔光闌、積分球的入口光闌和出口光闌射到透射光探頭上，所述散射光探頭位於積分球的頂端，積分球的內部設置有樣品支架，所述樣品支架位於散射光探頭的正下方，並能使放置其上的樣品位於積分球的中心位置，雷射器由工控機控制，透射光探頭和散射光探頭通過USB連接器連接工控機。
2.根據權利要求1所述的散射係數測量系統，其特徵在於:所述雷射器與控制其開關的雷射電源電連，雷射電源與控制其溫度的雷射水冷機電連，雷射電源連接工控機並由工控機進行控制。
3.根據權利要求1或2所述的散射係數測量系統，其特徵在於:還設置有紅光指示器，紅光指示器的紅光通過雷射器後與雷射器的雷射光斑同軸。
4.根據權利要求3所述的散射係數測量系統，其特徵在於:所述散射光探頭與樣品支架之間設置有擋光板。
5.根據權利要求4所述的散射係數測量系統，其特徵在於:所述雷射器與可變小孔光闌之間設置有濾光片。
6.根據權利要求5所述的散射係數測量系統，其特徵在於:所述濾光片為1064nm窄帶濾光片。
7.根據權利要求6所述的散射係數測量系統，其特徵在於:所述雷射器為雙級燈泵電光調Q Nd = YAG雷射器。
8.根據權利要求7所述的散射係數測量系統，其特徵在於:所述積分球為300mm積分球，所述積分球的內壁設置有超細顆粒F4粉料塗層。
9.根據權利要求8所述的散射係數測量系統，其特徵在於:所述雷射器通過剪式升降及三維調節臺安裝在光學平臺上。
10.根據權利要求9所述的散射係數測量系統，其特徵在於:所述濾光片、可變小孔光闌和透射光探頭分別通過支架安裝在光學平臺上。
專利摘要本實用新型公開了一種散射係數測量系統，包括光學平臺，光學平臺上設置有雷射器、可變小孔光闌、積分球、透射光探頭和散射光探頭，積分球的入口光闌和出口光闌位於積分球同一條水平軸線的兩端，雷射器、可變小孔光闌、積分球和透射光探頭依次排列，散射光探頭位於積分球的頂端，積分球的內部設置有樣品支架，樣品支架位於散射光探頭的正下方，並能使放置其上的樣品位於積分球的中心位置，雷射器由工控機控制，透射光探頭和散射光探頭通過USB連接器連接工控機。本實用新型採用積分球進行雷射陶瓷晶體散射光收集和測量，可實現散射係數和吸收係數的同時測量，測量過程由工控機內的軟體控制進行，操作簡便。
文檔編號G01N21/47GK203025084SQ20122068200
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者黃永忠, 何劉, 趙書閣, 王德友 申請人:成都萊普科技有限公司