一種便攜式太陽吸收比檢測儀的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種測試儀器，特別是一種便攜式太陽吸收比檢測儀，主要用于航天、 航空、武器裝備、建筑涂料等領域。
【背景技術】
[0002] 太陽吸收比為材料吸收與入射的太陽輻射能通量之比，由北京衛星制造廠申請的 專利號為200810075894. 4的名稱為《太陽吸收比檢測儀》的專利公開了一種物體表面太陽 吸收比的測試儀器，其原理是將波長范圍380-2500nm的多個發光器集成在一個步進電機 控制的轉動盤上，通過電機轉動控制不同波長光源射入積分球內壁，通過分別測試全吸收 標準試樣、全反射標準試樣和待測樣品的光強度信號，計算得到待測樣品的太陽吸收比。但 是該發明沒有覆蓋380nm以下的紫外區間，并且對步進機構的對位精度要求高，如果對位 尺寸產生偏差會導致光路泄漏，進而對測量結果產生影響，內壁材料氧化鎂反射的光照度 強度較弱，影響了測量精度，另外此外該發明設備只能測量標準尺寸樣品，不能進行大面積 復雜形狀產品的現場檢測。
【發明內容】
[0003] 本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種操作簡單、光譜范圍 寬、測量精度高的便攜式太陽吸收比檢測儀器。
[0004] 本發明的技術解決方案是：一種便攜式太陽吸收比檢測儀，包括控制系統、恒流驅 動源、LED太陽模擬光源、積分球、探測器，其中
[0005] 控制系統，從外部獲取探測指令后，控制恒流驅動源驅動LED太陽模擬光源；接收 光照度輸出信號Φη，得到并輸出待測樣品在當前波長λ下的太陽吸收比 α；3λ為
[0007] 其中，P ^為全反射標準試樣在波長λ下的太陽反射比，φ sA為待測樣品在波 長λ下的光照度輸出信號，φωλ為全反射標準試樣在波長λ下的光照度輸出信號，φ & 為全吸收標準試樣在波長λ下的光照度輸出信號，Es(X) △ λ為波長λ占太陽總輻射照 度的百分數；
[0008] 恒流驅動源，驅動LED太陽模擬光源產生設定波段光源；所述的設定波段光源包 括 200nm-240nm、240nm-380nm、380nm-480nm、480nm-550nm、550nm-640nm、640nm-780nm、 780nm-l 100nm、1100nm-2500nm 波段光源；
[0009] LED太陽模擬光源，內嵌在積分球的光源孔，產生設定波段光源并輸出；
[0010] 積分球，包括上半球、下半球；上半球設有樣品孔、探測器孔，待測樣品放置在樣品 孔并將樣品孔完全遮擋，下半球設有光源孔，積分球內壁壓制涂料，對送至積分球內壁的設 定波段光源進行漫反射；
[0011] 探測器，包括光伏探測器和光敏電阻探測器，放置在積分球的探測器孔并將探測 器孔完全遮擋，當光源波長λ為200~IlOOnm時，光伏探測器探測積分球內壁的漫反射 光，產生光照度輸出信號Φη，并送至控制系統，當光源波長λ為1100~2500nm時，光敏 電阻探測器探測積分球內壁的漫反射光，產生光照度輸出信號Φ 3λ，并送至控制系統。
[0012] 所述的積分球的開孔率為1. 7 %。
[0013] 所述的涂料的反射比不小于0· 98。
[0014] 所述的涂料壓制到積分球內壁的溫度為50°C -100°C。
[0015] 所述的涂料壓制到積分球內壁的壓力為2000N-5000N。
[0016] 所述的涂料為聚四氟乙烯。
[0017] 所述的涂料壓制到積分球內壁的溫度為75°C。
[0018] 所述的全吸收標準試樣為圓柱狀，內部為空腔結構，上端為設有入射孔的上蓋，上 蓋下端為反射錐面，空腔內壁開槽并發黑處理。
[0019] 所述的全吸收標準試樣對可見光吸收比為0. 99,全光段吸收比為0. 98。
[0020] 本發明與現有技術相比的優點在于：
[0021] (1)本發明通過使用覆蓋200nm-380nm波段光源的發光器件與探測器、大尺寸積 分球，避免了現有太陽吸收比檢測儀的光譜范圍窄的缺點，具有光譜范圍寬，結構緊湊，擬 合太陽光譜特性好的優點；
[0022] (2)本發明克服了現有的太陽吸收比檢測儀對步進機構的對位精度要求高，當對 位尺寸產生偏差時，光路泄漏，測量結果有偏差的缺陷，通過在積分球外壁安裝探測器或發 光器件，產生光源并探測的工作過程，有結構緊湊、測量精度高的優點；
[0023] (3)本發明克服了現有的太陽吸收比檢測儀內壁材料氧化鎂反射的光照度強度較 弱，影響測量精度的缺陷，通過在積分球內壁壓制漫反射高的聚四氟乙烯材料，增大了光照 度強度，進而提升了測量精度；
[0024] (4)本發明克服了現有的太陽吸收比檢測儀尺寸大，只能測量標準尺寸樣品，不能 進行大面積復雜形狀產品現場檢測的缺陷，通過將設備小型化，具有便于攜帶、快速檢測大 面積復雜形狀產品的優點。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發明一種便攜式太陽吸收比檢測儀結構原理圖；
[0026] 圖2為本發明一種便攜式太陽吸收比檢測儀中積分球整體結構示意圖；
[0027] 圖3為本發明一種便攜式太陽吸收比檢測儀中全吸收標準黑體結構圖；
[0028] 圖4為本發明一種便攜式太陽吸收比檢測儀中LED太陽模擬光源結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 本發明提出一種便攜式太陽吸收比檢測儀，包括控制系統，恒流驅動源，探測器， 積分球，LED太陽模擬光源；本發明太陽吸收比檢測儀對太陽反射比測量采用積分球，當光 束投到積分球內壁并經過多次反射后，由于積分球內壁各點具有光照度相同的特性，根據 積分球原理，當有一束能量為F的光束投射到積分球內壁S時，假定球的內壁是理想的漫反 射體，光束在S處各個方向反射，積分球內壁任一點的照度E是由S處反射光的直射照度E。 和多次漫反射的附加照度En疊加而成的，為
[0030] E = E〇+En
[0031] 直射照度E。、多次漫反射附加照度En分別為
[0034] 所以積分球內壁任意一點的總照度E為：
[0036] 式中，F。為投射到積分球內壁的光通量，R為積分球半徑，P w為積分球內壁涂層的 太陽反射率，根據以上公式，當光束F。投射到標準試樣R后，積分球內壁任意一點的光照度 Er為
[0038] 當光束F。投射到待測樣品S時，積分球內壁任意一點的光照度E 5為
[0040] 綜上得出待測樣品太陽反射比的表示式為
[0042] 下面結合附圖對本發明進行詳細說明，如圖1所示本發明太陽吸收比檢測 儀，包括控制系統，恒流驅動源，探測器，積分球，其中，LED太陽模擬光源的波長范圍為 200_2500nm，由鑲嵌在積分球內壁的多個LED發光器件組成，積分球由上下兩個半球組成， 上半球留有樣品孔和探測器孔，分別放置測試樣品和探測器，積分球的下半球上留有光源 孔，LED發光器件內嵌在積分球光源孔內，控制系統負責控制多個恒流驅動源驅動發光單 元。標準樣品分別為全吸收標準試樣和全反射標準試樣；本發明太陽吸收比檢測儀在工作 時，探測器分別接收標準樣品和待測樣品在不同光源下的光照度信號，并根據光照度信號 計算得到待測樣品的太陽吸收比。
[0043] 其中，積分球直徑為120mm，積分球內壁壓制一層聚四氟乙烯，其太陽反射比不小 于0. 98 ;樣品孔直徑為15_ ;第一探測器直徑為8_，探測器為高速光伏探測器，用于探測 波長范圍200-1100nm內光照度信號，第二探測器直徑為5mm，探測器為PbS光敏電阻探測 器，用于探測波長范圍1100-2500nm內光照度信號。所述的壓制設定涂料的工作過程包括 如下步驟：
[0044] (1)將聚四氟乙烯樹脂粉末涂抹在積分球球壁并壓實；（2)將外積分球模具包覆 積分球的上半球或下半球外壁，將內積分球模具填充積分球的上半球或下半球內腔，然后 將積分球球壁、積分球模具放入烘箱內保溫并令粉末軟化；所述的積分球模具包括內積分 球模具、外積分球模具；（3)利用力學性能試驗機在設定壓力下壓制內積分球模具。
[0045] 發光器件有8個，包括波長范圍為深紫外200-240nm，紫外240-380nm，紫 380-480nm，綠 480-550nm，黃 550-640nm，紅 640-780nm，近紅外 I 段 780-1 lOOnm，近紅外 II 段 1100-2500nm。
[0046] 所述的控制器計算待測樣品太陽吸收比的公式為
[0048] 式中，P ^為全反射標準試樣在波長λ下的太陽反射比，φ sA為待測樣品在波 長λ下的光照度輸出信號，φωλ為全反射標準試樣在波長λ下的光照度輸出信號，φ & 為全吸收標準試樣在波長λ下的光照度輸出信號，Es(X) △ λ為在波長λ范圍內占太陽 總輻射照度的百分數，P ωλ、Φωλ、Φμ為通過測量標準試樣件得到。
[0049] 本發明檢測儀結構通過控制系統驅動各個恒流驅動源，控制LED模擬光源的各波 段光源依次輸出，第一和第二探測器分別獲得積分球內壁涂層接收到的光照度輸出信號， 反饋至控制器計算得到試樣的太陽吸收比。
[0050] 積分球整體結構圖如圖2所示。整體采用5A06鋁合金加工而成，內壁壓制漫反射 高的聚四氟乙烯材料，在積分球上開有孔洞，內嵌入LE