一种测量低折射率玻璃微珠折射率的装置与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测量低折射率玻璃微珠折射率的装置及方法，属于测量技术领 域。
【背景技术】
[0002] 玻璃微珠广泛应用于公路、铁路、港口、海洋运输、矿山、坑道、消防、城建等领域内 作为各种标志、警示牌、车辆牌照、救生用品等；随着我国公路建设的快速发展，与道路逆反 射材料配合使用的玻璃微珠的用量迅速增加。在广告标识、反光膜、反光油墨、反光标线、反 光布、反光革、反光织带、反光安全性丝织物等交通安全产品和设施中正发挥着越来越重要 的作用。
[0003] 玻璃微珠是一种硅酸盐材料，具有良好的化学稳定性、机械强度和电绝缘性，其 独特的特性是对光具有回归反射特性。利用玻璃微珠回归反射特性的材料广泛应用于 道路交通、广告标识中，玻璃微珠有实心、空心、多孔玻璃微珠之分，实心微珠的直径多为 0.8?r5_，通过其对光线的回归反射特性，保证了逆反射材料类交通安全产品和设施的可 见性，从而起到了保护道路使用者安全的作用；玻璃微珠的折射率将直接影响到反光设施 的回归反射性能，是玻璃微珠的重要参数。
[0004] 道路逆反射材料使用的玻璃微珠有折射率低于1. 7的低折射率玻璃微珠和折射 率不小于1. 9的高折射率玻璃微珠。低折射率的玻璃微珠主要应用在逆反射特性要求相对 不高的材料，如反光标线，而高折射率玻璃微珠则应用在高回归反射特性的材料上，如反光 膜中。两类玻璃微珠的制造工艺已经趋于成熟，市场上可购买到不同折射率的玻璃微珠，国 内许多玻璃微珠厂生产的玻璃微珠性能非常优越，而且远销国外，在保证道路逆反射材料 的可视性中发挥着重要的作用。
[0005] 道路逆反射材料玻璃微珠测试技术中最为关键的项目是折射率的测试。玻璃材料 折射率的直接精确测量，大都是基于棱镜的最小偏转角法或全反射临界角法进行的，被测 样品必须制成一定大小的精密棱镜才能进行测量。对于不便于制作成精密棱镜的颗粒材 料，浸液法是最为常用的折射率测量方法，但由于油浸法对于高折射率匹配的液体都有毒 性，给测量带来很大不便。通过制作棱镜的方法测量折射率既费时又不能直接反应实际情 况，由于成珠环境条件不同，实际微珠的折射率往往与用同样材料溶成块料的折射率有差 异。
[0006] 专利CN2581980Y公开了一种激光照明玻璃微珠折射率测量的装置，该装置主要 由He-Ne激光器、正透镜、载玻片及接收屏等组成，依据玻璃微珠在平行光照明下所产生的 彩虹现象来进行折射率的测量。该装置的主要特征是采用平行激光使用长焦距正透镜使激 光汇聚后直接照射到吸附在载玻片上的单个玻璃微珠整体上，并利用三维可调节支架支撑 长焦距正透镜和载玻片获取玻璃微珠被照明的最佳位置。该测量装置存在的主要缺陷是： (1)由于玻璃微珠通过吸附作用吸附于载玻片上，支撑载玻片的三维可调节支架在调节过 程中容易造成玻璃微珠脱落，不能进行连续多次测量，以实现统计分析；（2)激光与玻璃微 珠的对准通过三维可调节支架分别调整长焦距正透镜和载玻片来实现，调整误差增加了测 量误差；（3)无法保存形成的彩虹环和相关参数，不能实现测量数据的统计分析。
[0007] 专利CN102175646B公开了一种测量高折射率玻璃微珠折射率的装置及方法，该 装置主要由激光器、透镜、光阑、X和Y平移结构、载玻片、玻璃微珠、接收屏、摄像头、升降旋 钮、读数器、采集卡等组成，依据激光照射在高折射率玻璃微珠上产生二次彩虹图像来进行 折射率的测量。该装置主要特征是测量玻璃微珠到接收屏之间的距离，采集并计算所述二 次彩虹图像半径，从而计算出待测玻璃微珠二次彩虹的最小偏向角，结合该最小偏向角和 玻璃微珠的内反射次数来确定玻璃微珠的折射率。该测量装置的主要缺陷是：（1)只能测 量高折射率玻璃微珠；（2)摄像头的位置调节不精确，不利于光线共轴的调节。
【发明内容】
[0008] 鉴于上述问题，本发明提供了一种测量低折射率玻璃微珠折射率的装置与方法。 所述装置克服了现有技术测量玻璃微珠折射率的缺陷，利用低折射率玻璃微珠在激光照明 下产生的一次彩虹现象，测出多个玻璃微珠的最小偏向角后，根据相关计算公式统计得出 被测低折射率玻璃微珠的折射率。
[0009] 为实现本发明的目的，本发明提供了一种测量低折射率玻璃微珠折射率的装置， 主要包括：激光器1、正透镜2、第一反射镜3、第二反射镜4、带孔反射镜5、带孔反射镜调节 装置6、载玻片7、玻璃微珠8、X、Y平移结构9、接收屏10、吸光装置11、读数器12、摄像头 13、五维调节装置14、升降旋钮15、采集卡16。测量低折射率玻璃微珠时，所述的摄像头13 安装在五维调节装置14上，五维调节装置14安装在升降装置上，摄像头13的右侧安装接 收屏10,读数器12安装在升降装置的移动台上，用于读取玻璃微珠8到接收屏10之间的接 收距离，在带孔反射镜5的正上方有用于放置载玻片7的载物台，载物台安装在X、Y平移结 构9的移动平台上，激光器1的出射光经正透镜2、第一反射镜3、第二反射镜4和带孔反射 镜5从载物台的下方垂直向上透射载物台上的载玻片7,利用X、Y平移结构9调节载玻片 7,使激光光束照射到玻璃微珠8上，从而在与光轴呈45°放置的带孔反射镜5上观察到一 次彩虹图像，经带孔反射镜5反射后在接收屏10上接收到一次彩虹图像，摄像头13采集图 像，测量该一次彩虹图像的最外环半径和玻璃微珠8到接收屏10之间的接收距离，通过接 收距离和最外环半径计算最小偏向角，根据最小偏向角反演计算所述低折射率玻璃微珠的 折射率。在载玻片7上一次放置多个玻璃微珠8,在测试完一个玻璃微珠8后，通过调节X、 Y平移结构9,继续下一个玻璃微珠8的测量，直到完成对多个玻璃微珠8的测量，然后统计 分析所述多个玻璃微珠8的测量结果。
[0010] 所述升降装置包括升降台，支撑架，在所述升降台上安装有摄像头13 ;所述升降 装置还包括升降旋钮15,通过调节升降旋钮15来调节所述升降台与接收屏10之间的距离； 在所述升降台的右侧安装接收屏10 ;X、Y平移结构9包括螺旋结构或者齿轮齿条结构。
[0011] 通过采集卡16和摄像头13采集接收屏10上的彩虹图像，将采集的图像保存到 计算机后进行分析处理。
[0012] 本发明还提供一种测量低折射率玻璃微珠折射率的方法，其特征如下： 激光器1的出射光经正透镜2、第一反射镜3、第二反射镜4和带孔反射镜5从载物台 的下方垂直向上透射载物台上的载玻片7,利用X、Y平移结构9调节载玻片7,使激光光束