CN107561008A - 一种用于真空紫外漫反射板brdf特性测量的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于真空紫外漫反射板BRDF特性测量的测量装置，包括：依次设置于光路中的标准光源、真空紫外单色分光单元、真空紫外准直光学单元、真空仓内二维旋转机构、真空紫外探测单元和控制单元。采用本发明能够对真空紫外漫反射板的双向反射分布函数进行精确测量，波段范围120nm～200nm，测量角度范围为±60°：真空度：≤1×10‑3Pa，测量不确定度：≤6％(k＝2)；本发明能够及时发现真空紫外载荷设计过程中存在的缺陷，减少其研制过程中的反复，节省研制经费，缩短研制周期，避免影响整体进度的顺利开展；同时有效保证了真空紫外空间载荷获取数据的准确性，对获取准确测量数据有着重大意义。
Description
技术领域
本发明涉及光学测试技术领域，特别涉及一种用于真空紫外漫反射板BRDF特性测量的装置。
背景技术
真空紫外空间载荷在我国深空探测、远程精确打击等技术领域得到广泛应用，为国家气象预测、军事计划等重大工程服务。在真空紫外空间载荷的地面标定及实时校准中，都需要用到真空紫外漫反射板，真空紫外漫反射板作为这空紫外空间载荷中的核心部件，在真空紫外类空间载荷中得到广泛应用，包括真空紫外成像光谱仪、真空紫外光谱辐射计、电离层光度计等。前期研制的真空紫外空间载荷波段范围通常只能达到160nm，160nm以下波段还未涉及，同时所用的真空紫外漫反射板的BRDF测量，最短也只能到160nm，160nm以下的BRDF测量尚无能力实现。应详细描述现有技术只对200nm以上进行测量
真空紫外漫反射板的双向反射分布函数(BRDF)作为真空紫外漫反射板的一项关键指标，直接决定着真空紫外空间载荷的校准及标定精度，因此对其进行精确测量具有重要的应用意义。现有测量方法无法满足120nm～160nm波段的真空紫外漫反射板BRDF测量要求，而120nm～160nm波段是现阶段及今后应用的主要波段，对该波段进行BRDF测量变得尤为重要；同时，前期的BRDF测量装置未采用锁相放大技术、探测器前端未设计前置光阑，因而测量准确度不高，对后期的数据反演引入较大误差。
发明内容
为了解决现有技术无法满足120nm～160nm波段真空紫外漫反射板BRDF测量和160nm～200nm测量准确度偏低的问题，提出了一种用于真空紫外漫反射板BRDF特性测量的装置。
本发明的技术解决方案：
一种用于真空紫外漫反射板BRDF特性测量的装置，包括：依次设置于光路中的标准光源、真空紫外单色分光单元、真空紫外准直光学单元、真空仓内二维旋转机构和真空紫外探测单元；
光由所述标准光源发出，经真空紫外单色分光单元实现单色光输出，后经真空紫外准直光学单元以准直光的形式照射到被测漫反射板中心位置，真空仓内二维旋转机构带动真空紫外探测单元实现不同角度的旋转，真空紫外探测单元对经过漫反射板反射后的光谱辐亮度值进行测量。
所述标准光源系统为真空紫外氘灯，波段范围覆盖120nm～200nm。
所述真空紫外单色分光单元为真空紫外单色仪，适用波段范围为105nm～1300nm，光谱分辨率为0.04nm，波长重复精度为±0.005nm，系统F数为4.7，焦距为670mm。
所述真空紫外准直光学单元为透射式光学系统，包括一片球面镜，球面镜第一面曲率半径为425mm，球面镜第二面曲率半径为-452mm，球面镜第一面与第二面之间的距离为10mm，光学系统的设计参数为：焦距520mm，通光口径60mm，所用材料为氟化镁或氟化钙材料。
所述真空仓内二维旋转机构包括悬臂机构和平移机构，悬臂机构顶端安装真空紫外探测系统，并能够带动真空紫外探测系统实现360°的旋转运动；平移机构实现对被测漫反射板的移入和移出，移动行程为30mm左右，以满足现有大部分真空紫外漫反射板的测量尺寸要求。
所述真空紫外探测单元包括：适用于真空紫外波段的光电倍增管、锁相放大器和前置光阑，光束经过前置光阑进入光电倍增管后，由光电倍增管探测响应输出电信号，电信号进入锁相放大器进行放大运算，得到被测有效信号。
进一步的还包括控制单元，用以改变真空紫外单色分光单元波长、控制真空仓内二维旋转机构的旋转，并采集真空紫外探测单元的测量数据，处理测量数据得到被测漫反射板的BRDF测量值。
本发明与现有技术相比的有益效果：
采用本发明的真空紫外漫反射板BRDF测量装置发射前即在地面实验室进行测量，能够及时发现真空紫外载荷设计过程中存在的缺陷，减少其研制过程中的反复，节省研制经费，缩短研制周期，避免影响整体进度的顺利开展；同时，由于该测量装置覆盖真空紫外波段，有效保证了真空紫外空间载荷获取数据的准确性，对获取准确测量数据有着重大意义。
通过该真空紫外漫反射板BRDF测量装置，可以在120nm～200nm宽波段范围对真空紫外漫反射板的双向反射分布函数(BRDF)进行精确测量，真空紫外漫反射板BRDF测量装置的波段范围120nm～200nm，测量角度范围为±60°：真空度：≤1×10-3Pa，测量不确定度：≤6％(k＝2)。
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为本发明的真空紫外漫反射板BRDF测量装置的结构示意图。
附图标记说明：
1.标准光源、2.真空紫外单色分光单元、3.真空紫外准直光学单元、4.真空仓内二维旋转机构、5.真空紫外探测单元、6.综合控制单元、7.斩波器、8.真空紫外漫反射板。
具体实施方式
下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或者更多个其他附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
本发明提供了一种真空紫外漫反射板BRDF测量装置，包括：依次设置于光路中的标准光源1、真空紫外单色分光单元2、真空紫外准直光学单元3、真空仓内二维旋转机构4、真空紫外探测单元5以及控制单元6。其中真空紫外准直光学单元3、真空仓内二维旋转机构4和真空紫外探测单元放置于清洁真空仓内。
具体的，上述标准光源1为高稳定性标准光源系统，用以提供高稳定性入射光能量，包括真空紫外氘灯，波段范围覆盖120nm～200nm。满足波段范围要求；通过高稳定性标准光源提供整个波段范围内的辐射光源。
具体的，真空紫外单色分光单元2，用以生成不同波长的真空紫外单色辐射，主要由真空紫外单色仪组成。真空紫外单色仪的适用波段范围为105nm～1300nm，光谱分辨率为0.04nm，波长重复精度为±0.005nm，系统F数为4.7，焦距为670mm。
具体的，真空紫外准直光学单元3，用以将经过单色分光系统分光的单色辐射以准直光的形式输出，照射到被测真空紫外漫反射板中心，所述真空紫外准直光学单元3由透射式光学系统组成，透射式光学系统包括一片球面镜，球面镜第一面曲率半径为425mm，球面镜第二面曲率半径为-452mm，球面镜第一面与第二面之间的距离为10mm，光学系统的设计参数为：焦距520mm，通光口径60mm，所用材料为氟化镁或氟化钙材料。进行光学及支撑件结构设计时，需要选择低放气率及低挥发率的材料，避免对真空仓内光学系统的污染，以满足真空条件下的使用要求，保证出射光束具有良好的准直特性，满足系统校准要求。
具体的，上述真空仓内二维旋转机构4用以改变真空紫外探测系统与被测真空紫外漫反射板法线的夹角，得到不同反射角度的光谱辐亮度值；同时实现被测真空紫外漫反射板的移入和移出。真空仓内二维旋转机构4由悬臂机构、平移机构等组成。悬臂机构顶端安装真空紫外探测单元，并能够带动真空紫外探测单元实现360°的旋转运动；平移机构实现对被测漫反射板的移入和移出，移动行程为30mm。
具体的，上述真空紫外探测单元5，用以实现对准直光经过被测真空紫外漫反射板反射后不同空间角度的光谱辐亮度进行测量。所述真空紫外探测单元5包括：
适用于真空紫外波段的光电倍增管、锁相放大器、前置光阑等。按照光路传输的前后顺序，光束经过前置光阑进入光电倍增管，由光电倍增管探测响应输出电信号，电信号进入锁相放大器进行放大运算，得到被测有效信号。前置光阑可以有效屏蔽测量环境中的杂散光，降低杂散辐射对测量结果的干扰；光电倍增管可以有效放大被测信号值，相比于其它如硅探测器等，信号值可以放大106；锁相放大器利用和被测信号具有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频的分量有响应，能大幅抑制无用噪声，改善信噪比，是弱光信号检测的有效方法。
通过锁相放大技术，实现对微弱信号的探测，得到经过漫反射板反射后的光谱辐亮度值。根据测量波段120nm～200nm的要求，选用适用于该波段并具有高增益、高稳定性的光电倍增管作为探测元件，并根据选定的光电倍增管的响应频率等特性，设计与锁相放大器配合的斩波器的旋转频率，同时设计前置光阑，降低测量环境中杂散光对探测信号的干扰，通过这一系列措施保障真空紫外BRDF测量的信噪比和准确度，将测量波段范围扩展到120nm。
具体的，上述控制单元包括：
工业控制计算机、数据采集电路、综合控制器及系统软件等，综合控制单元用来对各个分系统进行控制与数据采集，包括对真空紫外单色分光系统的波长改变、真空紫外探测系统的数据采集和捕获等，并根据软件中的数学模型进行分析处理，输出BRDF测量结果，并提供对整个系统的供电。
光由所述标准光源(1)发出，后经真空紫外单色分光单元(2)实现单色光输出，后经真空紫外准直光学单元(3)以准直光的形式照射到被测漫反射板中心位置，真空仓内二维旋转机构(4)带动真空紫外探测单元(5)实现不同角度的旋转，真空紫外探测单元(5)对经过漫反射板反射后的光谱辐亮度值进行测量，由综合控制单元(6)控制真空仓内二维旋转机构(4)的旋转，并采集真空紫外探测系统(5)的测量数据，并经过相应数学模型计算，得到被测漫反射板的BRDF测量值。
虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
Claims (7)
1.一种用于真空紫外漫反射板BRDF特性测量的装置，其特征在于，包括：依次设置于光路中的标准光源、真空紫外单色分光单元、真空紫外准直光学单元、真空仓内二维旋转机构和真空紫外探测单元；
光由所述标准光源发出，经真空紫外单色分光单元实现单色光输出，后经真空紫外准直光学单元以准直光的形式照射到被测漫反射板中心位置，真空仓内二维旋转机构带动真空紫外探测单元实现不同角度的旋转，真空紫外探测单元对经过漫反射板反射后的光谱辐亮度值进行测量。
2.根据权利要求1所述的一种用于真空紫外漫反射板BRDF特性测量的装置，其特征在于，所述标准光源系统为真空紫外氘灯，波段范围覆盖120nm～200nm。
3.根据权利要求1所述的一种用于真空紫外漫反射板BRDF特性测量的装置，其特征在于，所述真空紫外单色分光单元为真空紫外单色仪，适用波段范围为105nm～1300nm，光谱分辨率为0.04nm，波长重复精度为±0.005nm，系统F数为4.7，焦距为670mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于真空紫外漫反射板BRDF特性测量的装置，其特征在于，所述真空紫外准直光学单元为透射式光学系统，包括一片球面镜，球面镜第一面曲率半径为425mm，球面镜第二面曲率半径为-452mm，球面镜第一面与第二面之间的距离为10mm，光学系统的设计参数为：焦距520mm，通光口径60mm，所用材料为氟化镁或氟化钙材料。
5.根据权利要求1所述的一种用于真空紫外漫反射板BRDF特性测量的装置，其特征在于，所述真空仓内二维旋转机构包括悬臂机构和平移机构，悬臂机构顶端安装真空紫外探测系统，并能够带动真空紫外探测系统实现360°的旋转运动；平移机构实现对被测漫反射板的移入和移出，移动行程为30mm左右，以满足现有大部分真空紫外漫反射板的测量尺寸要求。
6.根据权利要求1所述的一种用于真空紫外漫反射板BRDF特性测量的装置，其特征在于，所述真空紫外探测单元包括：适用于真空紫外波段的光电倍增管、锁相放大器和前置光阑，光束经过前置光阑进入光电倍增管后，由光电倍增管探测响应输出电信号，电信号进入锁相放大器进行放大运算，得到被测有效信号。
7.根据权利要求1所述的一种用于真空紫外漫反射板BRDF特性测量的装置，其特征在于，还包括控制单元，用以改变真空紫外单色分光单元波长、控制真空仓内二维旋转机构的旋转，并采集真空紫外探测单元的测量数据，处理测量数据得到被测漫反射板的BRDF测量值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180109 |