积分球开口处反射比测量方法和漫反射比的绝对测量方法与流程
本发明涉及光学领域，尤其涉及积分球开口处反射比测量方法和漫反射比的绝对测量方法。
背景技术：
漫反射比被国际计量局定义为光学参数领域的六个关键物理量之一，属于关键性比对物理量，其准确测量极为重要。对于漫反射比的测量，测量方法从大类上来讲分为相对测量法和绝对测量法，所谓相对测量法，就是采用一已知绝对反射比的参比标准样品(不限于平面)和未知或者待测样品进行相对测量，从而得出待测样品的反射比。其反射比的准确程度严重依赖于参比样品的绝对反射比的准确程度。而绝对反射比的获得需要依赖绝对测量方法。根据公开的文献资料，绝对测量方法目前有三种。
第一种：夏普-利特法，利用内部带有挡屏的单个积分球进行被测样品或材料的漫反射比的测量，依次测出积分球内表面上某点有无挡屏时的照度，结合积分球的几何尺寸，根据相关公式，即可计算出被测样品或材料的漫反射比。
第二种：科特法，利用了积分球的原理，将被测样品或材料置于积分球的球心位置，积分球半球对被测样品或材料进行漫射照明。该方法的优点在于它摆脱了复杂的公式推导，但缺点在于因为光源放置在积分球内部，导致积分球体积增大，并且随着时间的推移，球内温度会升高。
第三种：辅助积分球法，又称为双球法，利用一个辅助积分球以及漫反射板，通过分别测量辅助积分球和漫反射板光谱响应，通过一定的公式计算得出漫反射板的绝对光谱漫反射比。
方法一、方法二要求被测样品必须是平面，即只能测量平面材料的绝对反射比。第三种方法要求一个辅助积分球和一个同种工艺制成的平面样品，可以同时测量出平面和球体的绝对反射比。
上述三种方法，存在一个共同的缺点，至少要求有一个为平面样品。不仅如此，平面样品的面均匀性必须较好，否则会对测量结果的精度有显著的影响。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
本发明的其中一个目的是：提供一种积分球开口处反射比测量方法和漫反射比的绝对测量方法，解决现有技术中存在的样品的当被测样品面均匀性无法有效保证的情况下，无法实现高精度漫反射比绝对测量的问题。
为了实现该目的，本发明提供了一种积分球开口处反射比测量方法，包括：
s01、获取两个半径不同、内壁反射比相同的积分球的开口面积比，其中，开口面积比为积分球的开口处对应球冠面积与积分球实际内表面积之比；
s02、采用光谱光度测量装置测量两个积分球的光谱相对信号；
s03、基于两个积分球的光谱相对信号、开口面积比和内壁反射比之间的关系，确定由两个积分球的光谱相对信号和两个积分球的开口面积比表示的内壁反射比；
s04、基于积分球开口处的反射比、内壁反射比和开口面积比的关系，确定由两个积分球的光谱相对信号和两个积分球的开口面积比表示的开口处的反射比。
在一个实施例中，所述s03中：
基于公式：
计算得到内壁反射比ρ；
两个所述积分球包括第一积分球和第二积分球，qs1为s02中采用光谱光度测量装置测量的第一积分球的光谱相对信号，f1为第一积分球的开口面积比，qs2为s02中采用光谱光度测量装置测量的第二积分球的光谱相对信号，f2为第二积分球的开口面积比。
在一个实施例中，所述s04中：
基于公式：
计算得到第一积分球的开口处的反射比ρs1。
在一个实施例中，所述s04中：
基于公式：
计算得到第二积分球的开口处的反射比ρs2。
在一个实施例中，所述s02中，两个所述积分球为第一积分球和第二积分球；
采用带探测积分球的光谱光度测量装置测量第一积分球和第二积分球的光谱相对信号。
在一个实施例中，使得探测积分球的进光口、出光口和积分球的开口位于同一直线上，且使得第一积分球或第二积分球的开口处的反射光全部进入探测积分球；
反射光在第一积分球或第二积分球中部分进入光谱光度测量装置的探测积分球的探测器。
为了实现该目的，本发明提供了一种漫反射比的绝对测量方法，包括：
采用上述测量方法测量积分球开口处的反射比；
基于被测样品和积分球的比对，获取被测样品的漫反射比。
在一个实施例中，所述基于被测样品和积分球的比对，获取被测样品的漫反射比的步骤，包括：
采用光谱光度测量装置测量被测样品的光谱相对信号；
基于积分球的光谱相对信号与被测样品的光谱相对信号之间的比值，以及积分球的开口处的反射比与被测样品的漫反射比之间比值，确定被测样品的漫反射比。
在一个实施例中，所述基于积分球的光谱相对信号与被测样品的光谱相对信号之间的比值，以及积分球的开口处的反射比与被测样品的漫反射比之间比值，确定被测样品的漫反射比的步骤，包括：
基于公式：
基于
在一个实施例中，所述采用光谱光度测量装置测量被测样品的光谱相对信号的步骤中，光谱光度测量装置为上述光谱光度测量装置。
本发明的技术方案具有以下优点：本发明的该种积分球开口处反射比测量方法，由于设置有两个半径不同、内壁反射比相同的积分球，通过对两个积分球的光谱相对信号分别进行测量，最终得到由两个积分球的光谱相对信号表示的开口处的反射比，其可以降低测量过程中对于积分球面均匀性的要求，从而提高测量精度。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的积分球开口处反射比测量方法的原理示意图；
图中：1：探测器；2：第一积分球；3：第二积分球；4：挡板；5：入射光；6：散射光；7：反射光。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任意一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
根据本发明实施例的积分球开口处反射比测量方法，请参见图1，包括：
s01、获取两个半径不同、内壁反射比相同的积分球的开口面积比，其中，开口面积比为积分球的开口处对应球冠面积与其实际内表面积之比；其中，积分球实际内表面积也即除去其开口或者其他缺口之外剩下部分的内表面积；
s02、采用光谱光度测量装置测量两个积分球的光谱相对信号，例如光强度参数；
s03、基于两个积分球的光谱相对信号、开口面积比和内壁反射比之间的关系，确定由两个积分球的光谱相对信号和两个积分球的开口面积比表示的内壁反射比；
s04、基于积分球开口处的反射比、内壁反射比和开口面积比的关系，确定由两个积分球的光谱相对信号和两个积分球的开口面积比表示的开口处的反射比。
其中，s01至s04只是为了便于后续的表述，不构成对积分球开口处反射比测量方法的步骤的时序限制。同样的，后续步骤在没有特殊说明的情况下，也没有时序上的特殊要求。
该种积分球开口处反射比测量方法，由于设置有两个半径不同、内壁反射比相同的积分球，通过对两个积分球的光谱相对信号分别进行测量，最终得到由两个积分球的光谱相对信号表示的开口处的反射比，其可以降低测量过程中对于积分球面均匀性的要求，从而提高测量精度。
根据本发明的实施例，s01中，两个积分球的半径关系没有特殊要求，只要两个积分球半径不等即可，例如，两个积分球的半径比可以为1:2至1:10之间，当然也可以在其它区间。对于每个积分球而言，其开口面积比指代的是：积分球的开口处对应球冠面积与其实际内表面积之比。并且，两个积分球采用同种材料、通过同种加工工艺得到，进而保证两个积分球的内壁反射比相同。此外，对于积分球而言，为了保证其正常工作，其开口面积比不宜过大。为了便于区分两个半径不同的积分球，下面将半径较小的积分球称之为第一积分球2，将半径较大的积分球称之为第二积分球3。
根据本发明的实施例，s02中，光谱光度测量装置的具体类型不限，只要可以较为准确的分别测量两个积分球的光谱相对信号即可。例如，光谱光度测量装置的主要组成部件为探测积分球和探测器1，进而此时可以基于探测积分球和待测积分球(前文没有限定的积分球均指代的是待测积分球，也即区别于探测积分球的第一积分球和第二积分球)的安装位置，使得入射光5由探测积分球的进光口以及出光口进入待测积分球(也即第一积分球2或者第二积分球3)当中；光线在待测积分球的开口处反射，并被光谱光度测量装置的探测积分球接收，直至到达探测器1上获得电信号。其中，光谱光度测量装置可以仅仅由探测积分球和探测器1组成，当然光谱光度测量装置还可以包括用于发射入射光5的光源或者其它部件。
例如，可以使得探测积分球的进光口、出光口和积分球的开口位于同一直线上，且使得积分球的开口处的反射光7全部进入探测积分球。图1中，探测积分球的进光口、出光口和积分球的开口位于同一水平直线上，以便于探测积分球和待测积分球的安装。当然，探测积分球的进光口、出光口和积分球的开口也可以位于同一竖线上，或者也可以位于同一斜线上。甚至，探测积分球的进光口、出光口和积分球的开口也可以不在同一直线上。
采用携带有探测积分球的光谱光度测量装置测量积分球的开口处的反射比时，可以将入射光5通过积分球的进光口照射进入探测积分球内部，入射光5通过探测积分球出光口以及待测积分球开口进入待测积分球内部，在待测积分球开口处得到反射光7，并在待测积分球内部得到散射光6。
图1中，在探测器1和探测积分球的出光口之间设置有挡板4，进而防止反射光7直接直线进入到探测器1中。当然需要说明的是，挡板4和探测器1的位置还可以相对出光口的位置发生变化，例如探测器1也可以设置在积分球的下部，同理挡板4也可以设置在积分球的下部。
需要说明的是，图1当中只给出了探测积分球和第一积分球2之间的装配关系示意图，而第二积分球3与探测积分球此时处于未装配的状态。图1当中的箭头指代的是可以将第二积分球3替换至第一积分球2的位置。
s02中，采用光谱光度测量装置分别测量第一积分球2和第二积分球3的光谱相对信号，测量没有先后顺序之分。
在一个实施例中，所述s03中：
基于公式：
计算得到内壁反射比ρ；
两个所述积分球包括第一积分球和第二积分球，
根据本发明的其中一个实施例，所述s03中：
第一积分球2的光谱相对信号、开口面积比和内壁反射比之间的关系为：
第二积分球3的光谱相对信号、开口面积比和内壁反射比之间的关系为：
消除k，得到内壁反射比
在一个实施例中，所述s04中：
基于公式：
计算得到第一积分球的开口处的反射比
根据本发明的其中一个实施例，所述s04中：
基于积分球理论确定第一积分球2开口处的反射比、内壁反射比和开口面积比的关系为：
ρs1为第一积分球2的开口处的反射比；
将ρ代入
在一个实施例中，所述s04中：
基于公式：
计算得到第二积分球的开口处的反射比
基于积分球理论确定第二积分球3开口处的反射比、内壁反射比和开口面积比的关系为：
将ρ代入
根据本发明的实施例，提供一种漫反射比的绝对测量方法，包括：
s101、采用上述测量方法测量积分球开口处的反射比；
s102、基于被测样品和积分球的比对，获取被测样品的漫反射比。
在一个实施例中，步骤s102包括：
s1021、采用光谱光度测量装置测量被测样品的光谱相对信号；
s1022、基于积分球的光谱相对信号与被测样品的光谱相对信号之间的比值，以及积分球的开口处的反射比与被测样品的漫反射比之间比值，确定被测样品的漫反射比。
进一步的，步骤s1022包括：
基于公式：
基于
其中，基于
基于
其中，当已经求得第一积分球的开口处的反射比
同理，当已经求得第二积分球的开口处的反射比
s1021中，光谱光度测量装置可以为上述用于测量第一积分球和第二积分球光谱相对信号的光谱光度测量装置。当光谱光度测量装置包括探测积分球的时候，此时只需要将被测样品放置于探测积分球的出光口位置，保证入射光穿过出光口照射在被测样品表面。
其中，被测样品可以为积分球，当然也可以为标准平板样品，具体结构形式不限，进而通过本发明实施例的漫反射比的绝对测量方法可以测量任何结构形式被测样品材料的漫反射比。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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