阅读说明：本技术 一种小型透过率测量系统 (Small-size transmittance measurement system ) 是由 苑高强 刘民玉 于 2018-07-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种小型透过率测量系统,该小型透过率测量系统包括光源、第一半透过半反射镜、第一椭球反光镜、第二半透过半反射镜、第二椭球反光镜和光谱仪,所述光源发出的光线依次经所述第一半透过半反射镜和第一椭球反光镜反射准直平行光,该准直平行光经透射式样品透射后经所述第二椭球反光镜和第二半透过半反射镜会聚导入所述光谱仪进行分析。本发明将具有一定厚度的透明材料放置于第一半透过半反射镜和第二半透过半反射镜之间形成的准直平行光中测量其透过率时,能够避免了由于色差问题所带来透过率或吸收率的测量误差问题,提高了透明材料透过率测量的精确度。(The invention discloses a small-sized transmittance measurement system which comprises a light source, a first semi-permeable and semi-reflective mirror, a first ellipsoidal reflector, a second semi-permeable and semi-reflective mirror, a second ellipsoidal reflector and a spectrometer, wherein light rays emitted by the light source are reflected by the first semi-permeable and semi-reflective mirror and the first ellipsoidal reflector in sequence to collimate parallel light, and the collimated parallel light is transmitted by a transmission type sample and then is converged and guided into the spectrometer for analysis through the second ellipsoidal reflector and the second semi-permeable and semi-reflective mirror. When the transparent material with a certain thickness is placed in the collimated parallel light formed between the first semi-permeable and semi-reflective mirror and the second semi-permeable and semi-reflective mirror to measure the transmittance of the transparent material, the problem of measurement errors of the transmittance or the absorptivity caused by the problem of chromatic aberration can be avoided, and the accuracy of the transmittance measurement of the transparent material is improved.)

一种小型透过率测量系统

技术领域

本发明涉及一种用于分析材料透过率的测量系统，具体涉及一种能够消除色差、便于操作的小型透过率测量系统，该系统可以广泛用于具有一定厚度的透明材料的透过率的测量分析之用。

背景技术

目前，市场上测量带有一定厚度样品的透过率多采用如图1所示的测量支架，其中101是透射式样品，102是测试光的光纤准直器，103是传导测试光的光纤，104是透过光的光纤准直器，105是透过光的光纤，106是固定底座，107是光源，108是小型光纤光谱仪。光源107发出的测试光通过传导测试光的光纤103将测试光导入测试光的光纤准直器102，以准直平行光的形式射入透射式样品101，被透射式样品101吸收后成为透射光，该透射光经透过光的光纤准直器104耦合进入透过光的光纤105，透过光的光纤105将该透射光导入光纤光谱仪108便可以利用下列公式计算出样品101的透过率，

T＝I2/I1

其中I1是未放置透射式样品101时透过光的光纤105接收的光谱，I2是放置透射式样品101时透过光的光纤105接收的光谱。当具有一定厚度的透明材料放于该准直平行光中，测量其透过率时，因为常规透镜耦合所固有的色差问题而出现了色差所引起透过率的测量误差问题，这种误差随着透明材料的厚度增加而增加。这对于需要精确测量样品透过率的应用场景是不能使用的。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种能够消除色差、便于操作的小型透过率测量系统，该系统解决了常规透镜耦合所固有的色差问题，避免了因色差所引起的透过率的测量误差问题。

为了实现上述目的，本发明具体采用以下技术方案：

本发明提供了一种小型透过率测量系统，该小型透过率测量系统包括光源、第一半透过半反射镜、第一椭球反光镜、第二半透过半反射镜、第二椭球反光镜和光谱仪，所述光源发出的光线依次经所述第一半透过半反射镜和第一椭球反光镜反射准直平行光，该准直平行光经透射式样品透射后经所述第二椭球反光镜和第二半透过半反射镜会聚导入所述光谱仪进行分析。

优选地，还包括第一光纤，所述第一光纤设置于所述光源和第一半透过半反射镜之间的光路上，所述光源发出的光线通过所述第一光纤发射至所述第一半透过半反射镜。

优选地，还包括第二光纤，所述第二光纤设置于所述第二半透过半反射镜和光谱仪之间的光路上，所述准直平行光经所述第二椭球反光镜聚焦后再经所述第二半透过半反射镜、第二光纤导入所述光谱仪。

优选地，还包括第一CCD和第一CCD镜头，所述准直平行光依次经所述第二半透过半反射镜、第一CCD镜头成像于所述第一CCD。

优选地，还包括第二CCD和第二CCD镜头，当将所述光源与所述第二光纤连接时，所述光源发出的光线依次经所述第二半透过半反射镜和第二椭球反光镜反射平行光，该平行光依次经所述第一半透过半反射镜、第二CCD镜头成像于所述第二CCD。

优选地，还包括第三光纤，所述第三光纤的一端用于与光谱仪连接，所述准直平行光经反射式样品反射后经所述第一半透过半反射镜、第一椭球反光镜及第三光纤导入所述光谱仪进行分析。

优选地，所述反射式样品倾斜设置于所述准直平行光中。。

优选地，所述光谱仪为光纤光谱仪或旋转光栅式光谱仪或滤光片式光谱仪。

优选地，所述光源为钨灯或氙灯或LED灯。

优选地，所述透射式样品的吸收率a为：a＝1/(H×lnT)。

其中，a为透射式样品的吸收率，T为透射式样品的透过率，H为透射式样品的厚度。

相比于现有技术，本发明的小型透过率测量系统包括光源、第一半透过半反射镜、第一椭球反光镜、第二半透过半反射镜、第二椭球反光镜和光谱仪，所述光源发出的光线依次经所述第一半透过半反射镜和第一椭球反光镜反射准直平行光，该准直平行光经透射式样品透射后经所述第二椭球反光镜和第二半透过半反射镜会聚导入所述光谱仪进行分析；在本发明中，将具有一定厚度的透明材料放置于第一半透过半反射镜和第二半透过半反射镜之间形成的准直平行光中测量其透过率时，能够避免了由于色差问题所带来透过率或吸收率的测量误差问题，提高了透明材料透过率测量的精确度。

附图说明

图1是现有透明材料透过率测量系统；

图2是本发实施例1的小型透过率测量系统结构示意图，该图中包括第一CCD和第一CCD镜头；

图3是本发明实施例1的小型透过率测量系统结构示意图，该图中包括第一CCD、第一CCD镜头、第二CCD和第二CCD镜头；

图4是本发明实施例1的小型透过率测量系统结构示意图，该图中未带有测试样品；

图5是本发明实施例1的小型透过率测量系统结构示意图，该图中带有测试样品；

图6是采用本发明的小型透过率测量系统对QB2彩色玻璃进行透过率测量的测量结果曲线图；

图7是本发明实施例2的小型透过率测量系统结构示意图。

图中，101、透射式样品；102、测试光的光纤准直器；103、传导测试光的光纤；104、透过光的光纤准直器；105、透过光的光纤；106、固定底座；107、光源；108、光谱仪；201、第一光纤；202、第一半透过半反射镜；203、第一椭球反光镜；204、第一CCD镜头；205、第一CCD；206、第二半透过半反射镜；207、第二椭球反光镜；208、第二光纤；301、第二CCD镜头；302、第二CCD；601、反射式样品；602、第三光纤。

具体实施方式

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

实施例1

如图2所示,本发明的实施例1公开了一种小型透过率测量系统，该系统包括光源107、第一光纤201、第一半透过半反射镜202、第一椭球反光镜203、第一CCD镜头204、第一CCD205(其中，CCD为电荷耦合器件，其英文全称为：charge-coupled device)、第二半透过半反射镜206、第二椭球反光镜207、第二光纤208和光谱仪108。其中，第一半透过半反射镜202按一定角度安放于第一光纤201的出射光路上，第二半透过半反射镜206按一定角度安放于第二光纤208的入射光路上。光源107发出的光线通过第一光纤201发射至第一半透过半反射镜202的反射部，被反射至第一椭球反光镜203，经第一椭球反光镜203的准直后，以准直平行光通过第一半透过半反射镜202的透射部射出，该准直平行光的其中一部分光线经第二半透过半反射镜206的前表面反射至第一CCD镜头204，再成像至第一CCD205。同时，该准直平行光的另一部分光线经第二半透过半反射镜206的透射部，射向第二椭球反光镜207,经第二椭球反光镜207的聚焦后射向第二半透过半反射镜206的反射部，再被反射会聚至第二光纤208,经第二光纤208被导入光谱仪108以完成相关测量。在本发明中，第一光纤201与第二光纤208是共轭关系；第一光纤201与第一CCD205也是共轭关系。第一CCD205用于将第一光纤201装调到第一椭球反光镜203的焦点上。以此保证在第一半透过半反射镜202和第二半透过半反射镜206之间形成准直平行光，该准直平行光用于测量具有一定厚度的透明材料的透过率。

如图3所示，还包括第二CCD镜头301和第二CCD302。其中，第二光纤208与第二CCD302是共轭关系，第二CCD302用于将第二光纤208装调到第二椭球反光镜207的焦点上，以此保证所述第一光纤201与第二光纤208是共轭关系。当将光源107连接于第二光纤208时，光源107发出的光线依次经第二半透过半反射镜206和第二椭球反光镜207反射平行光，该平行光依次经第一半透过半反射镜202、第二CCD镜头301成像于第二CCD302。

如图4所示，在测量参考光谱I1时，将光谱仪108接至第二光纤208，而在第一半透过半反射镜202和第二半透过半反射镜206之间未放置透射式样品。则光源107发出的测试光线通过第一光纤201发射至第一半透过半反射镜202的反射部，被反射至第一椭球反光镜203，经第一椭球反光镜203的准直后，以准直平行光通过第一半透过半反射镜202的透射部射出，经第二半透过半反射镜206的透过部射向第二椭球反光镜207,经第二椭球反光镜207的聚焦后射向第二半透过半反射镜206的反射部，再被反射会聚至第二光纤208；最后经二光纤208被导入光纤光谱仪108；此时测得的光谱既是参考光谱I1。

如图5所示,将透射式样品101垂直置于在第一半透过半反射镜202和第二半透过半反射镜206之间形成的准直平行光中，就可以利用该准直平行光测量透射式样品101的透过率，即该准直平行光被透射式样品101吸收后成为透射光，该透射光依次经第二半透过半反射镜206的透射部射向第二椭球反光镜207，经第二椭球反光镜207的聚焦后射向第二半透过半反射镜206的反射部，再被反射会聚至第二光纤208，该透射光经第二光纤208被导入光谱仪108；此时光谱仪108测得的光谱既是透射式样品101透射光的光谱I2。则利用下列公式便可计算出透射式样品101的透过率T。

T＝I2/I1

因为是用准直平行光，所以该系统避免了常规透镜耦合所固有的色差问题，消除了色差所引起透过率的测量误差问题。

在本实施例中，光源107为钨灯，光谱仪108为光纤光谱仪。而在其他实施例中，光源107也可以为氙灯或LED灯，光谱仪108也可以为旋转光栅式光谱仪或滤光片式光谱仪。

如图6所示为本发明测量透过率曲线图，样品为QB2彩色玻璃。

在本实施例中，设置有第一光纤201和第二光纤208，光源107发出的光线通过所述第一光纤201发射至第一半透过半反射镜202，而准直平行光经第二椭球反光镜207聚焦后再经第二半透过半反射镜206、第二光纤208会聚为一条光线后导入光谱仪108。而在其他实施例中，也可以不设置第一光纤201和第二光纤208，而是将光源107直接安装于上述第一光纤201的输出点处，既以在自由空间的耦合方式将光源107发出的光线导向第一半透过半反射镜202；将光谱仪108直接安装于上述第二光纤208的输出点处，既以在自由空间的耦合方式将第二半透过半反射镜206反射的光线导入光谱仪108。

实施例2

如图7所示,本实施例2的小型透过率测量系统的结构与实施例1的小型透过率测量系统的结构基本相同，其区别在于，本实施还包括第三光纤602，第三光纤602的一端用于与光谱仪108相连。将反射式样品601以90°+α(其中，α不为零且α为小角度，如-5°<α<-0.5°或0.5°<α<5°)倾斜置于在第一半透过半反射镜202和第二半透过半反射镜206之间形成的准直平行光中，则反射式样品601可以将准直平行光反射并透过第一半透过半反射镜202的透过部，被第一椭球反光镜203聚焦至第三光纤602，第三光纤602与第一光纤201形成与90°+α共轭的角度β，相应地可以测得反射式样品601的反射率如下，

R＝R2/I1

其中，I1是未放置反射式样品601时第二光纤208接收的参考光谱，R2是放置反射式样品601时第三光纤602接收的光谱。在将反射式样品601放在空气环境中测量的前提下，依据如下菲涅耳公式，

R＝(n′-1)²/(n′+1)²

其中，R是反射式样品601的反射率，n′是反射式样品601的折射率。由菲涅耳公式可知，在小角度近似下，反射率与反射角无关，因此以90°+α置于在第一半透过半反射镜202和第二半透过半反射镜206之间形成准直平行光中测得的反射率R与以90°完全垂直置于在第一半透过半反射镜202和第二半透过半反射镜206之间形成准直平行光中测得的反射率R是相同的,因此可知本发明的实施例2可以用于反射式样品601的反射率。

此外，可以利用如下公式用于测量某些样品的吸收率：

a＝1/(H×lnT)

其中a为样品的吸收率，T为样品的透过率，H为样品的厚度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。