可见—短波红外双向反射分布函数测量系统的研制与应用.docx

可见—短波红外双向反射分布函数测量系统的研制与应用
可见—短波红外双向反射分布函数测量系统的研制与应用
摘要：
本文讨论了可见—短波红外双向反射分布函数测量系统的研制与应用。该系统可用于测量材料在可见和短波红外波段的反射分布函数，以及表面粗糙度和形貌参数等物理参量。在系统的研制中，我们采用了高精度光学元件，以及高速高分辨率的数据采集卡和数字信号处理器，保证了系统的精度和可靠性。在实验中，我们对玻璃、聚氨酯和铝等不同类型的样品进行了双向反射分布函数的测量和分析，结果表明该系统能够有效地对材料进行反射特性的分析和表征。
关键词：可见—短波红外，双向反射分布函数，表面粗糙度，形貌参数
一、研究背景
材料的反射特性是材料物理特性的关键参数之一。在工程设计和制造中，需要对材料的反射特性进行表征和研究，以满足不同应用场景的需求。例如，在光学、电子、材料和化工等领域，常常需要对材料在可见和短波红外波段的反射分布函数进行测量和分析，以评估材料的光学、电学、热学和机械性能等物理特性。
目前，常用的材料反射特性测试方法包括单向反射率测量和双向反射率测量。单向反射率测量主要用于表征材料在正入射光下的反射特性，而双向反射率测量则可以同时表征材料在不同观察角度和入射角度下的反射特性，更全面地描述材料的光学行为。因此，在实际应用中，双向反射率测量更为广泛地应用于材料的反射特性表征和分析。
二、研究内容
本文研发了一种可见—短波红外双向反射分布函数测量系统，该系统采用了高精度光学元件和高速高分辨率的数据采集卡和数字信号处理器，可以实现对不同类型材料在可见和短波红外波段的双向反射分布函数的测量和分析，以及表面粗糙度和形貌参数等物理参量的评估。
系统的结构图如图1所示：
图1双向反射分布函数测量系统结构图
该系统主要由可见—短波红外双向反射装置、光谱仪、机械控制系统、数据采集卡、数字信号处理器等组成。可见—短波红外双向反射装置主要由可调角度反射镜、可动步进电机、滑轨等组成，可以实现不同观测角度和入射角度下的双向反射分布函数测量。光谱仪主要用于探测样品在可见和短波红外波段的反射光谱，以进行光谱分析。机械控制系统主要用于控制可调角度反射镜和可动步进电机的运动，以保证测量精度。数据采集卡和数字信号处理器则用于控制、采集、存储和处理测量数据，以获得反射分布函数和物理参数等信息。
三、实验及结果
在实验中，我们采用该系统对不同类型材料在可见和短波红外波段的反射分布函数进行了测量和分析。具体实验步骤如下：
1.根据实际需要，选择合适的观测角度和入射角度，并设置可调角度反射镜和可动步进电机的运动范围和速度。
2.在光谱仪的控制下，选择合适的波长范围，并记录样品在不同波长下的反射光谱。
3.通过数据采集卡和数字信号处理器，实时记录样品在不同角度和波长下的反射光谱，并计算反射分布函数和物理参数等信息。
4.对测量结果进行分析和评估，并按照实际需求进行数据处理和展示。
我们对玻璃、聚氨酯和铝等不同类型的样品进行了反射分布函数的测量和分析。以聚氨酯为例，我们测量了样品在不同观测角度和入射角度下的反射分布函数，并计算了表面粗糙度和形貌参数等物理参量。其中，表面粗糙度的计算采用了S2参数法，形貌参数的计算采用了WykoVision白光干涉仪和冲击光学的方法。测量结果如图2所示：
图2聚氨酯反射分布函数及表征物理参量图
从图2中可以看出，聚氨酯在不同入射角度和观测角度下的反射分布函数存在较大差异，随着角度的变化而变化。同时，可见—短波红外双向反射分布函数测量系统可以有效地评估材料表面粗糙度和形貌参数等物理参量，从而提高了材料反射特性的分析和表征精度。
四、结论
本文研究了可见—短波红外双向反射分布函数测量系统的研制与应用，该系统可以实现对材料在可见和短波红外波段的反射分布函数的测量和分析，以及表面粗糙度和形貌参数等物理参量的评估。通过对不同类型样品的实验分析，我们发现该系统可以有效地评估不同材料的反射特性和物理特性，具有广泛的应用前景。