可見紅外雙向反射/透射分布函數(shù)測(cè)量儀、BRDF/BTDF透反射率測(cè)試系統(tǒng)
測(cè)量方案
根據(jù)雙向反射/透射分布函數(shù)的定義，BRDF測(cè)量方法是分別測(cè)出入射光譜輻照度和反射/透射光譜輻亮度，兩者之比即為BRDF/BTDF。
雙向反射分布函數(shù)的測(cè)量平臺(tái),照明光纖探頭和接收光纖探頭分別固定在帶滑軌的懸臂梁上，測(cè)試材料樣片放置在樣品臺(tái)上，通過懸臂梁的圓周運(yùn)動(dòng)以及照明和接收光纖探頭在懸臂梁上的滑動(dòng)獲得不同的光照與觀測(cè)條件。整個(gè)過程在計(jì)算機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與處理。
整個(gè)測(cè)量設(shè)備包括照明系統(tǒng)、探測(cè)系統(tǒng)、測(cè)量機(jī)械系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。在測(cè)量過程中，通過接口軟件將輻射測(cè)量軟件和測(cè)量機(jī)械系統(tǒng)的控制軟件整合在一起，通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)的整個(gè)測(cè)量過程，使得實(shí)驗(yàn)操作起來簡便、快速、省時(shí)。同時(shí)，研制數(shù)據(jù)采集軟件，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并輸出結(jié)果。
1、 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)支架采用鋁合金型材搭建，外表美觀，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
2、 光源及探測(cè)器支架采用弧形導(dǎo)軌，探測(cè)器以導(dǎo)軌做導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)角度范圍的測(cè)量；探頭部分光纖連接，光纖有Z小彎折半徑要求，所以要求光纖在弧形導(dǎo)軌上并隨弧形導(dǎo)軌一起移動(dòng)。
3、 三個(gè)獨(dú)立的嵌套導(dǎo)軌系統(tǒng)滿足各個(gè)探測(cè)器和光源能獨(dú)自做旋轉(zhuǎn)調(diào)整，光源調(diào)整軌道安裝在300mm直徑轉(zhuǎn)臺(tái)上，可沿Z軸做水平轉(zhuǎn)動(dòng)，滿足各方向精確角度的檢測(cè)需求，二個(gè)獨(dú)立導(dǎo)軌系統(tǒng)交于同一圓心（旋臺(tái)中心），位于轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸線上，同軸*.5-1mm。
4、樣品臺(tái)跟隨旋轉(zhuǎn)臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)探測(cè)方位角相對(duì)于樣品能360度調(diào)整，而照明方位角相對(duì)于樣品固定。
5、 電腦軟件操作控制系統(tǒng)電機(jī)移動(dòng)（在一臺(tái)電腦上的一個(gè)軟件中，調(diào)節(jié)方便），實(shí)現(xiàn)精確的點(diǎn)位控制，Z小角度分辨率0.1°，角度調(diào)節(jié)速度可控。
參數(shù)
| 測(cè)量光譜參數(shù) | 光譜范圍 | 可見光近紅外：400-1100nm/400-2500nm |
| 光譜分辨率 | 可見光通道分辨率為1nm，近紅外通道的分辨率為10nm | |
| 照明光源調(diào)整 | 照明范圍 | 自動(dòng)調(diào)整：天頂角：θ=[00；850] 方位角相對(duì)于樣品固定。 |
| 角解析度 | 天頂角0.50 | |
| 定位精度 | 天頂角±0.50 | |
| 光源光譜范圍 | λ=300-2500nm | |
| 光譜解析度 | 寬光譜輸出, 可配置濾光片調(diào)節(jié)輸出 | |
| 照明光源型號(hào) | 150W鹵素?zé)?Halogen) | |
| 物體上被照明區(qū)域的大小 | 自動(dòng)調(diào)整，10 mm 直徑 | |
| 反射觀測(cè)調(diào)整 | 觀測(cè)范圍 | 自動(dòng)調(diào)整 天頂角：θ=[00；300] （90°附近有10°左右觀測(cè)死角）； 方位角：φ=[00；3600]。 |
| 角解析度 | 0.50 | |
| 定位精度 | ±0.50 | |
| 透射觀測(cè)調(diào)整 | 觀測(cè)范圍 | 自動(dòng)調(diào)整 天頂角：θ=[00；300]； 方位角：φ=[00；3600]。 |
| 透射觀測(cè) | 0.50 | |
| 定位精度 | ±0.50 | |
| 探測(cè)器及光譜儀 | 光譜儀 | 380-1100nm /380-2500nm |
| 光譜儀附件 | 見附表 | |
| 探測(cè)器光譜范圍 | λ=200-2500nm | |
| 光譜解析度 | 1nm@400-1100nm 10nm@1000-2500nm | |
| 雜散光 | ≤1% | |
操作軟件
1. 該軟件主要功能包括運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制、光譜儀控制、手動(dòng)/全自動(dòng)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集保存。
2、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)共有四個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度：旋轉(zhuǎn)臺(tái)（方位0~360°）、照明臂（俯仰0~90°）、反射測(cè)
量臂（俯仰0~90°）和透射測(cè)量臂（60°~90°），對(duì)應(yīng)1~4 軸號(hào)。通過該軟件能控制這四
個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如移動(dòng)到目標(biāo)角度、置零、回原點(diǎn)、停止等，并能顯示當(dāng)前狀態(tài)，如當(dāng)
前角度等。
3. 光譜儀控制：
（1）顯示已連接的光譜儀通道，可設(shè)置測(cè)量光譜間隔。
（2）選擇測(cè)量模式為幅度模式或反射/透射模式。在選擇反射/透射模式前需進(jìn)行存白、存黑操作。
（3）顯示光譜儀默認(rèn)的測(cè)量參數(shù)，并可對(duì)“平滑像素”、“平均次數(shù)”、“積分時(shí)間”等參數(shù)進(jìn)行更改。
（4）在幅度模式下，在點(diǎn)擊“開始測(cè)量”按鈕得到光譜后，通過點(diǎn)擊“存白”按鈕保存參考， 點(diǎn)擊“存黑”按鈕保存暗背景。
4. 手動(dòng)采集：通過軟件設(shè)置運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的角度位置和光譜儀參數(shù)，點(diǎn)擊“手動(dòng)測(cè)量”可采集一次反射/投射數(shù)據(jù)。
5. 全自動(dòng)采集：該軟件能控制運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和光譜儀協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)反射/投射數(shù)據(jù)采集。
(1) 設(shè)定平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方案
①、設(shè)定旋轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)整角度范圍（起始角度和終止角度）、步進(jìn)角度；
②、設(shè)定照明臂調(diào)整角度范圍（起始角度和終止角度）、步進(jìn)角度；
③、設(shè)定反射/透射臂調(diào)整角度范圍（起始角度和終止角度）、步進(jìn)角度；
注：調(diào)整角度范圍應(yīng)是步進(jìn)角度的整數(shù)倍；在一個(gè)測(cè)量方案中，旋轉(zhuǎn)臺(tái)、照明臂、反射/透射臂的角度可以是固定在某個(gè)角度，將該軸的起始角度和終止角度設(shè)成某一相同值即可。
(2) 設(shè)定光譜儀參數(shù)
(3) 點(diǎn)擊“全自動(dòng)測(cè)量”，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)各軸跑到起始角度，然后按照先進(jìn)行三級(jí)掃描——反射/透射臂（探測(cè)臂俯仰角）掃描，再進(jìn)行二級(jí)掃描——旋轉(zhuǎn)臺(tái)（探測(cè)方位角）掃描，Z后進(jìn)行一級(jí)掃描——照明臂掃描的順序運(yùn)動(dòng)。
(4) 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)每跑到一個(gè)位置，需穩(wěn)定一段時(shí)間，然后光譜儀再進(jìn)行測(cè)量采集。
6. 數(shù)據(jù)保存
光譜儀的每一次測(cè)量都輸出的一組數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為兩列，D一列是波長，第二列是與波長對(duì)應(yīng)的反射/透射比。該數(shù)據(jù)保存為txt文件，文件名中包含測(cè)量序號(hào)以及三個(gè)角度信息如：
“2.12.128_照明臂角度_探測(cè)臂方位角度_探測(cè)臂俯仰角度.txt”。其中，測(cè)量序號(hào)的格式為“一級(jí)掃描序號(hào).二級(jí)掃描序號(hào).三級(jí)掃描序號(hào)”，例如“2.12.128”的含義為照明臂第2個(gè)掃描位置. 旋轉(zhuǎn)臺(tái)第12個(gè)掃描位置. 探測(cè)臂第128個(gè)掃描位置。
功能與配置
1. 功能
各種材料可見光至近紅外雙向反射分布函數(shù)與雙向透射分布函數(shù)的自動(dòng)測(cè)量。
2. 配置
(1) 光譜儀：雙通道
(2) 測(cè)量平臺(tái)：四個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度
(3) 測(cè)量儀與轉(zhuǎn)臺(tái)的接口軟件；
(4) 光譜測(cè)量軟件；
(5) 控制/測(cè)量計(jì)算機(jī)（為了便于測(cè)量，需配置1臺(tái)高性能筆記本電腦，用于測(cè)量數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)
