王亞平

摘 要：該文針對(duì)工程中鋼化玻璃尺寸較大，無法切割，光學(xué)性能無法直接檢測(cè)的難題，提出了多方面的改進(jìn)，包括光路改造、暗室建設(shè)、可調(diào)玻璃支架等，設(shè)置了一套新型的光譜測(cè)試系統(tǒng)，可測(cè)量工程中任意尺寸玻璃的可見光透射比、遮陽系數(shù)等性能參數(shù)，并討論了影響其誤差的原因給出初步解決方法。

關(guān)鍵詞：大尺寸玻璃 光學(xué) 測(cè)試方法

中圖分類號(hào)：TQ171.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（a）-0199-02

應(yīng)用節(jié)能玻璃是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的重要措施，GB 50411《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》明確要求玻璃進(jìn)場后應(yīng)對(duì)其可見光透射比和遮陽系數(shù)等性能進(jìn)場復(fù)驗(yàn)，且該項(xiàng)檢測(cè)為強(qiáng)制性要求。而現(xiàn)有光學(xué)檢測(cè)設(shè)備僅具備對(duì)定尺寸樣品（通常為100 mm×100 mm）進(jìn)行檢測(cè)，由于鋼化玻璃的不可切割性，目前進(jìn)場復(fù)驗(yàn)中無法對(duì)進(jìn)場的玻璃進(jìn)行抽樣檢測(cè)，只能采用生產(chǎn)廠家特別為檢測(cè)定尺加工的非鋼化玻璃進(jìn)行測(cè)試，使得其檢測(cè)結(jié)果的代表性令人產(chǎn)生懷疑，不利于《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的貫徹實(shí)施。本項(xiàng)目將對(duì)大尺寸玻璃的光學(xué)性能測(cè)定進(jìn)行探討，提出解決方案。

1 現(xiàn)有檢測(cè)系統(tǒng)改造

分光光度計(jì)從結(jié)構(gòu)上分主要有兩種：單光路系統(tǒng)和雙光路系統(tǒng)。對(duì)于單光路系統(tǒng)，樣品透射率的測(cè)定需要進(jìn)行兩次，因此測(cè)試速度比較慢，而且對(duì)光源以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高，因?yàn)楣馓降奈⑿〔▌?dòng)以及單色儀掃描過程中的任何不重復(fù)，都會(huì)導(dǎo)致測(cè)試精度的下降。相比來說，雙光路系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以有效地降低光源穩(wěn)定性對(duì)測(cè)試精度的影響，并且具有較快的測(cè)試速度。主要缺點(diǎn)在于其復(fù)雜的光路、更多光學(xué)元件的需求以及對(duì)系統(tǒng)硬件較高的穩(wěn)定性要求，并且每加入一組附件都要考慮參考光路光程的變化，導(dǎo)致系統(tǒng)難以擴(kuò)展。為了保證生產(chǎn)效率，市面上的商用分光光度計(jì)絕大多數(shù)都是雙光路式的系統(tǒng)。本文采用PE生產(chǎn)的Lamda950紫外/可見/近紅外分光光度計(jì)。

1.1 樣品倉改造

現(xiàn)有紫外/可見/近紅外分光光度計(jì)在進(jìn)行大尺寸玻璃測(cè)試時(shí)，存在以下困難。樣品倉尺寸不足，詳見圖1；為適應(yīng)工程不同尺寸玻璃的需要，需要檢測(cè)系統(tǒng)有一個(gè)開放式的樣品倉，同時(shí)需保證試驗(yàn)不受外界自然光的影響，本文擬打造一個(gè)大型光學(xué)暗室。為了避免外界自然光學(xué)的影響，暗室的門窗使用遮光布、黑色絨布雙層遮擋，墻壁和吊頂涂黑色涂料，地面采用深色瓷磚。理論上，當(dāng)在黑暗的房間內(nèi)，出射光照射周圍的黑色空間，出射光被完全吸收，理論上反射為0，實(shí)際上反射值以一定的數(shù)值存在，這是由于一些雜散光、電路噪聲所形成的。

1.2 光路改造

Lamda950分光光度計(jì)現(xiàn)有檢測(cè)系統(tǒng)光路示意圖（見圖2），改造后的檢測(cè)系統(tǒng)光路示意圖（見圖3）。使用4塊反射鏡將光路引出樣品倉，擺脫原有設(shè)備對(duì)樣品尺寸的限制（見圖4），光程越遠(yuǎn)，能量約弱，引出的距離不易過長。

1.3 光學(xué)附件——積分球

當(dāng)光線大角度傾斜入射、并且待測(cè)樣品的厚度較大時(shí)，透射光照射在探測(cè)器上的位置會(huì)有一個(gè)明顯的側(cè)向位移，為了消除這種偏移效應(yīng)，本文使用積分球代替標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)器；由于積分球的大小與探測(cè)器得到的光電信號(hào)強(qiáng)弱密切相關(guān)，積分球的開口尺寸不能太小，否則難以消除光束半徑的變形以及傾斜入射時(shí)大厚度樣品產(chǎn)生的偏移效應(yīng)；但積分球的尺寸過大又會(huì)使能量過于分散，導(dǎo)致接收端的信號(hào)變?nèi)酢＝?jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)采用直徑80～150 mm的積分球效果最好，同時(shí)保證了信號(hào)強(qiáng)度與入射光角度的不敏感性。本文采用150 mm的積分球。

1.4 紅外光譜儀反射附件改造

本文采用Spectrum100傅里葉紅外光譜儀進(jìn)行玻璃輻射率的測(cè)試。與傳統(tǒng)的色散型光譜儀相比，傅里葉光譜儀以更高的效率采集來自光源的輻射能量，在信噪比和分辨率方面占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)有Spectrum100傅里葉紅外光譜儀的樣品倉較小，配置的常規(guī)鏡反射裝置，高度低，只能測(cè)試小尺寸樣品（如圖5）。本文通過改變鏡面角度和重新設(shè)計(jì)光路，實(shí)現(xiàn)了樣品位置高于儀器，保證了大尺寸樣品的測(cè)量。因?yàn)楣獬淘黾?，能量衰減，原有鋁鏡在中遠(yuǎn)紅外區(qū)域反射率較低，為了保證測(cè)試的精度，將反射鏡片由鋁鏡改為金鏡。

1.5 大尺寸玻璃的固定支座

為了保證玻璃樣品與光路的垂直，以及測(cè)試的安全和便利性，本文定制了大尺寸玻璃的固定支座（見圖6），中部布設(shè)橫向和縱向?qū)к墸蓪?shí)現(xiàn)樣品的前后左右的調(diào)節(jié)。上部有玻璃固定裝置和定位裝置，保證在樣品移動(dòng)和測(cè)量過程中穩(wěn)定性。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)中選取非鋼化的樣品，從同一樣板上切割100 mm×100 mm和500 mm×500 mm的樣品，分別在設(shè)備改造前和改造后進(jìn)行測(cè)試，將測(cè)得的可見光透射比、可見光反射比、遮蔽系數(shù)的結(jié)果和光譜曲線進(jìn)行比較，從而確定改造后系統(tǒng)的光度準(zhǔn)確度。

為了減少系統(tǒng)漂移，在儀器開機(jī)預(yù)熱45 min后開始測(cè)量，在測(cè)量之初，先對(duì)100%信號(hào)線進(jìn)行校準(zhǔn)。測(cè)量范圍：300～2500 nm，測(cè)量間隔：5 nm。根據(jù)GB/T 2680-94《建筑玻璃可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測(cè)定》進(jìn)行計(jì)算。

改造前后樣品測(cè)試參數(shù)差值多數(shù)都小于3.0%，基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。個(gè)別參數(shù)偏差較大，對(duì)造成這種誤差的原因進(jìn)行分析了。

3 影響因素分析

系統(tǒng)誤差主要是指測(cè)試裝置本身的誤差和由被測(cè)樣品引入的誤差。本系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差主要來源于光束的位置誤差、雜散光、光程變化等引起的偏差。

（1）因系統(tǒng)還不成熟，4塊鋁反射鏡使用磁吸固定器固定，其位置通過理論計(jì)算得出，安裝后根據(jù)光束的入射和探測(cè)器接收情況進(jìn)行微調(diào)，光束與被測(cè)樣品的入射角度可能存在一定的偏移，影響了設(shè)備的測(cè)量準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

（2）開倉測(cè)試時(shí)，自然環(huán)境中的雜散光可能會(huì)影響測(cè)試的精度。雜散光可以分為兩種形式，一種是與待測(cè)光束波長相同的雜光，往往是由于待測(cè)光束因種種原因偏離正常光路，在不通過樣品的情況下，就直接照射到接收器上；引起它的主要原因是光學(xué)或機(jī)械零件包括樣品本身的反射和散射。第二種雜光是指待測(cè)波長以外的偏離正常光路到達(dá)探測(cè)器的光束，通常是由于光學(xué)系統(tǒng)的缺陷所引起的。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初，建造了暗室，盡可能對(duì)自然光進(jìn)行了遮擋和封堵。但分光光度計(jì)本身氘和鎢燈因散熱的需要，不能完全遮擋，用黑色絨布在儀器的上表面進(jìn)行了遮擋，儀器的背面留出散熱空間。這些光線經(jīng)過地面和墻面反射、灰塵的散射等，都會(huì)造成光強(qiáng)探測(cè)的誤差。

（3）改造后光程變長，光強(qiáng)度減弱，儀器在在2000～2500 nm范圍內(nèi)光度噪聲比較大。

4 結(jié)語

該測(cè)試系統(tǒng)可對(duì)大尺寸的玻璃直接進(jìn)行測(cè)試，克服了傳統(tǒng)檢測(cè)方法無法進(jìn)行鋼化玻璃光學(xué)測(cè)試的局限性，通過改造前后實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果可知，該系統(tǒng)能夠較好地反映樣品特征，可見光透射比和遮陽系數(shù)的偏差在可接收范圍內(nèi)，對(duì)于建筑玻璃的工程復(fù)驗(yàn)具有積極的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 李全臣，龐月娟.光譜儀器原理[M].北京理工大學(xué)出版社，1999.

[2] 周磊，鄭小兵.新型高準(zhǔn)確度分光光度計(jì)的設(shè)計(jì)與測(cè)試[J].紅外與激光工程，2008，37（1）：123-125.

[3] 林志聰.光學(xué)系統(tǒng)透過率測(cè)試[D].長春理工大學(xué)，2010.endprint

摘 要：該文針對(duì)工程中鋼化玻璃尺寸較大，無法切割，光學(xué)性能無法直接檢測(cè)的難題，提出了多方面的改進(jìn)，包括光路改造、暗室建設(shè)、可調(diào)玻璃支架等，設(shè)置了一套新型的光譜測(cè)試系統(tǒng)，可測(cè)量工程中任意尺寸玻璃的可見光透射比、遮陽系數(shù)等性能參數(shù)，并討論了影響其誤差的原因給出初步解決方法。

關(guān)鍵詞：大尺寸玻璃 光學(xué) 測(cè)試方法

中圖分類號(hào)：TQ171.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（a）-0199-02

應(yīng)用節(jié)能玻璃是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的重要措施，GB 50411《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》明確要求玻璃進(jìn)場后應(yīng)對(duì)其可見光透射比和遮陽系數(shù)等性能進(jìn)場復(fù)驗(yàn)，且該項(xiàng)檢測(cè)為強(qiáng)制性要求。而現(xiàn)有光學(xué)檢測(cè)設(shè)備僅具備對(duì)定尺寸樣品（通常為100 mm×100 mm）進(jìn)行檢測(cè)，由于鋼化玻璃的不可切割性，目前進(jìn)場復(fù)驗(yàn)中無法對(duì)進(jìn)場的玻璃進(jìn)行抽樣檢測(cè)，只能采用生產(chǎn)廠家特別為檢測(cè)定尺加工的非鋼化玻璃進(jìn)行測(cè)試，使得其檢測(cè)結(jié)果的代表性令人產(chǎn)生懷疑，不利于《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的貫徹實(shí)施。本項(xiàng)目將對(duì)大尺寸玻璃的光學(xué)性能測(cè)定進(jìn)行探討，提出解決方案。

1 現(xiàn)有檢測(cè)系統(tǒng)改造

分光光度計(jì)從結(jié)構(gòu)上分主要有兩種：單光路系統(tǒng)和雙光路系統(tǒng)。對(duì)于單光路系統(tǒng)，樣品透射率的測(cè)定需要進(jìn)行兩次，因此測(cè)試速度比較慢，而且對(duì)光源以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高，因?yàn)楣馓降奈⑿〔▌?dòng)以及單色儀掃描過程中的任何不重復(fù)，都會(huì)導(dǎo)致測(cè)試精度的下降。相比來說，雙光路系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以有效地降低光源穩(wěn)定性對(duì)測(cè)試精度的影響，并且具有較快的測(cè)試速度。主要缺點(diǎn)在于其復(fù)雜的光路、更多光學(xué)元件的需求以及對(duì)系統(tǒng)硬件較高的穩(wěn)定性要求，并且每加入一組附件都要考慮參考光路光程的變化，導(dǎo)致系統(tǒng)難以擴(kuò)展。為了保證生產(chǎn)效率，市面上的商用分光光度計(jì)絕大多數(shù)都是雙光路式的系統(tǒng)。本文采用PE生產(chǎn)的Lamda950紫外/可見/近紅外分光光度計(jì)。

1.1 樣品倉改造

現(xiàn)有紫外/可見/近紅外分光光度計(jì)在進(jìn)行大尺寸玻璃測(cè)試時(shí)，存在以下困難。樣品倉尺寸不足，詳見圖1；為適應(yīng)工程不同尺寸玻璃的需要，需要檢測(cè)系統(tǒng)有一個(gè)開放式的樣品倉，同時(shí)需保證試驗(yàn)不受外界自然光的影響，本文擬打造一個(gè)大型光學(xué)暗室。為了避免外界自然光學(xué)的影響，暗室的門窗使用遮光布、黑色絨布雙層遮擋，墻壁和吊頂涂黑色涂料，地面采用深色瓷磚。理論上，當(dāng)在黑暗的房間內(nèi)，出射光照射周圍的黑色空間，出射光被完全吸收，理論上反射為0，實(shí)際上反射值以一定的數(shù)值存在，這是由于一些雜散光、電路噪聲所形成的。

1.2 光路改造

Lamda950分光光度計(jì)現(xiàn)有檢測(cè)系統(tǒng)光路示意圖（見圖2），改造后的檢測(cè)系統(tǒng)光路示意圖（見圖3）。使用4塊反射鏡將光路引出樣品倉，擺脫原有設(shè)備對(duì)樣品尺寸的限制（見圖4），光程越遠(yuǎn)，能量約弱，引出的距離不易過長。

1.3 光學(xué)附件——積分球

當(dāng)光線大角度傾斜入射、并且待測(cè)樣品的厚度較大時(shí)，透射光照射在探測(cè)器上的位置會(huì)有一個(gè)明顯的側(cè)向位移，為了消除這種偏移效應(yīng)，本文使用積分球代替標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)器；由于積分球的大小與探測(cè)器得到的光電信號(hào)強(qiáng)弱密切相關(guān)，積分球的開口尺寸不能太小，否則難以消除光束半徑的變形以及傾斜入射時(shí)大厚度樣品產(chǎn)生的偏移效應(yīng)；但積分球的尺寸過大又會(huì)使能量過于分散，導(dǎo)致接收端的信號(hào)變?nèi)酢＝?jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)采用直徑80～150 mm的積分球效果最好，同時(shí)保證了信號(hào)強(qiáng)度與入射光角度的不敏感性。本文采用150 mm的積分球。

1.4 紅外光譜儀反射附件改造

本文采用Spectrum100傅里葉紅外光譜儀進(jìn)行玻璃輻射率的測(cè)試。與傳統(tǒng)的色散型光譜儀相比，傅里葉光譜儀以更高的效率采集來自光源的輻射能量，在信噪比和分辨率方面占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)有Spectrum100傅里葉紅外光譜儀的樣品倉較小，配置的常規(guī)鏡反射裝置，高度低，只能測(cè)試小尺寸樣品（如圖5）。本文通過改變鏡面角度和重新設(shè)計(jì)光路，實(shí)現(xiàn)了樣品位置高于儀器，保證了大尺寸樣品的測(cè)量。因?yàn)楣獬淘黾?，能量衰減，原有鋁鏡在中遠(yuǎn)紅外區(qū)域反射率較低，為了保證測(cè)試的精度，將反射鏡片由鋁鏡改為金鏡。

1.5 大尺寸玻璃的固定支座

為了保證玻璃樣品與光路的垂直，以及測(cè)試的安全和便利性，本文定制了大尺寸玻璃的固定支座（見圖6），中部布設(shè)橫向和縱向?qū)к?，可?shí)現(xiàn)樣品的前后左右的調(diào)節(jié)。上部有玻璃固定裝置和定位裝置，保證在樣品移動(dòng)和測(cè)量過程中穩(wěn)定性。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)中選取非鋼化的樣品，從同一樣板上切割100 mm×100 mm和500 mm×500 mm的樣品，分別在設(shè)備改造前和改造后進(jìn)行測(cè)試，將測(cè)得的可見光透射比、可見光反射比、遮蔽系數(shù)的結(jié)果和光譜曲線進(jìn)行比較，從而確定改造后系統(tǒng)的光度準(zhǔn)確度。

為了減少系統(tǒng)漂移，在儀器開機(jī)預(yù)熱45 min后開始測(cè)量，在測(cè)量之初，先對(duì)100%信號(hào)線進(jìn)行校準(zhǔn)。測(cè)量范圍：300～2500 nm，測(cè)量間隔：5 nm。根據(jù)GB/T 2680-94《建筑玻璃可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測(cè)定》進(jìn)行計(jì)算。

改造前后樣品測(cè)試參數(shù)差值多數(shù)都小于3.0%，基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。個(gè)別參數(shù)偏差較大，對(duì)造成這種誤差的原因進(jìn)行分析了。

3 影響因素分析

系統(tǒng)誤差主要是指測(cè)試裝置本身的誤差和由被測(cè)樣品引入的誤差。本系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差主要來源于光束的位置誤差、雜散光、光程變化等引起的偏差。

（1）因系統(tǒng)還不成熟，4塊鋁反射鏡使用磁吸固定器固定，其位置通過理論計(jì)算得出，安裝后根據(jù)光束的入射和探測(cè)器接收情況進(jìn)行微調(diào)，光束與被測(cè)樣品的入射角度可能存在一定的偏移，影響了設(shè)備的測(cè)量準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

（2）開倉測(cè)試時(shí)，自然環(huán)境中的雜散光可能會(huì)影響測(cè)試的精度。雜散光可以分為兩種形式，一種是與待測(cè)光束波長相同的雜光，往往是由于待測(cè)光束因種種原因偏離正常光路，在不通過樣品的情況下，就直接照射到接收器上；引起它的主要原因是光學(xué)或機(jī)械零件包括樣品本身的反射和散射。第二種雜光是指待測(cè)波長以外的偏離正常光路到達(dá)探測(cè)器的光束，通常是由于光學(xué)系統(tǒng)的缺陷所引起的。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初，建造了暗室，盡可能對(duì)自然光進(jìn)行了遮擋和封堵。但分光光度計(jì)本身氘和鎢燈因散熱的需要，不能完全遮擋，用黑色絨布在儀器的上表面進(jìn)行了遮擋，儀器的背面留出散熱空間。這些光線經(jīng)過地面和墻面反射、灰塵的散射等，都會(huì)造成光強(qiáng)探測(cè)的誤差。

（3）改造后光程變長，光強(qiáng)度減弱，儀器在在2000～2500 nm范圍內(nèi)光度噪聲比較大。

4 結(jié)語

該測(cè)試系統(tǒng)可對(duì)大尺寸的玻璃直接進(jìn)行測(cè)試，克服了傳統(tǒng)檢測(cè)方法無法進(jìn)行鋼化玻璃光學(xué)測(cè)試的局限性，通過改造前后實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果可知，該系統(tǒng)能夠較好地反映樣品特征，可見光透射比和遮陽系數(shù)的偏差在可接收范圍內(nèi)，對(duì)于建筑玻璃的工程復(fù)驗(yàn)具有積極的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 李全臣，龐月娟.光譜儀器原理[M].北京理工大學(xué)出版社，1999.

[2] 周磊，鄭小兵.新型高準(zhǔn)確度分光光度計(jì)的設(shè)計(jì)與測(cè)試[J].紅外與激光工程，2008，37（1）：123-125.

[3] 林志聰.光學(xué)系統(tǒng)透過率測(cè)試[D].長春理工大學(xué)，2010.endprint

摘 要：該文針對(duì)工程中鋼化玻璃尺寸較大，無法切割，光學(xué)性能無法直接檢測(cè)的難題，提出了多方面的改進(jìn)，包括光路改造、暗室建設(shè)、可調(diào)玻璃支架等，設(shè)置了一套新型的光譜測(cè)試系統(tǒng)，可測(cè)量工程中任意尺寸玻璃的可見光透射比、遮陽系數(shù)等性能參數(shù)，并討論了影響其誤差的原因給出初步解決方法。

關(guān)鍵詞：大尺寸玻璃 光學(xué) 測(cè)試方法

中圖分類號(hào)：TQ171.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（a）-0199-02

應(yīng)用節(jié)能玻璃是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的重要措施，GB 50411《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》明確要求玻璃進(jìn)場后應(yīng)對(duì)其可見光透射比和遮陽系數(shù)等性能進(jìn)場復(fù)驗(yàn)，且該項(xiàng)檢測(cè)為強(qiáng)制性要求。而現(xiàn)有光學(xué)檢測(cè)設(shè)備僅具備對(duì)定尺寸樣品（通常為100 mm×100 mm）進(jìn)行檢測(cè)，由于鋼化玻璃的不可切割性，目前進(jìn)場復(fù)驗(yàn)中無法對(duì)進(jìn)場的玻璃進(jìn)行抽樣檢測(cè)，只能采用生產(chǎn)廠家特別為檢測(cè)定尺加工的非鋼化玻璃進(jìn)行測(cè)試，使得其檢測(cè)結(jié)果的代表性令人產(chǎn)生懷疑，不利于《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的貫徹實(shí)施。本項(xiàng)目將對(duì)大尺寸玻璃的光學(xué)性能測(cè)定進(jìn)行探討，提出解決方案。

1 現(xiàn)有檢測(cè)系統(tǒng)改造

分光光度計(jì)從結(jié)構(gòu)上分主要有兩種：單光路系統(tǒng)和雙光路系統(tǒng)。對(duì)于單光路系統(tǒng)，樣品透射率的測(cè)定需要進(jìn)行兩次，因此測(cè)試速度比較慢，而且對(duì)光源以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高，因?yàn)楣馓降奈⑿〔▌?dòng)以及單色儀掃描過程中的任何不重復(fù)，都會(huì)導(dǎo)致測(cè)試精度的下降。相比來說，雙光路系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以有效地降低光源穩(wěn)定性對(duì)測(cè)試精度的影響，并且具有較快的測(cè)試速度。主要缺點(diǎn)在于其復(fù)雜的光路、更多光學(xué)元件的需求以及對(duì)系統(tǒng)硬件較高的穩(wěn)定性要求，并且每加入一組附件都要考慮參考光路光程的變化，導(dǎo)致系統(tǒng)難以擴(kuò)展。為了保證生產(chǎn)效率，市面上的商用分光光度計(jì)絕大多數(shù)都是雙光路式的系統(tǒng)。本文采用PE生產(chǎn)的Lamda950紫外/可見/近紅外分光光度計(jì)。

1.1 樣品倉改造

現(xiàn)有紫外/可見/近紅外分光光度計(jì)在進(jìn)行大尺寸玻璃測(cè)試時(shí)，存在以下困難。樣品倉尺寸不足，詳見圖1；為適應(yīng)工程不同尺寸玻璃的需要，需要檢測(cè)系統(tǒng)有一個(gè)開放式的樣品倉，同時(shí)需保證試驗(yàn)不受外界自然光的影響，本文擬打造一個(gè)大型光學(xué)暗室。為了避免外界自然光學(xué)的影響，暗室的門窗使用遮光布、黑色絨布雙層遮擋，墻壁和吊頂涂黑色涂料，地面采用深色瓷磚。理論上，當(dāng)在黑暗的房間內(nèi)，出射光照射周圍的黑色空間，出射光被完全吸收，理論上反射為0，實(shí)際上反射值以一定的數(shù)值存在，這是由于一些雜散光、電路噪聲所形成的。

1.2 光路改造

Lamda950分光光度計(jì)現(xiàn)有檢測(cè)系統(tǒng)光路示意圖（見圖2），改造后的檢測(cè)系統(tǒng)光路示意圖（見圖3）。使用4塊反射鏡將光路引出樣品倉，擺脫原有設(shè)備對(duì)樣品尺寸的限制（見圖4），光程越遠(yuǎn)，能量約弱，引出的距離不易過長。

1.3 光學(xué)附件——積分球

當(dāng)光線大角度傾斜入射、并且待測(cè)樣品的厚度較大時(shí)，透射光照射在探測(cè)器上的位置會(huì)有一個(gè)明顯的側(cè)向位移，為了消除這種偏移效應(yīng)，本文使用積分球代替標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)器；由于積分球的大小與探測(cè)器得到的光電信號(hào)強(qiáng)弱密切相關(guān)，積分球的開口尺寸不能太小，否則難以消除光束半徑的變形以及傾斜入射時(shí)大厚度樣品產(chǎn)生的偏移效應(yīng)；但積分球的尺寸過大又會(huì)使能量過于分散，導(dǎo)致接收端的信號(hào)變?nèi)?。?jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)采用直徑80～150 mm的積分球效果最好，同時(shí)保證了信號(hào)強(qiáng)度與入射光角度的不敏感性。本文采用150 mm的積分球。

1.4 紅外光譜儀反射附件改造

本文采用Spectrum100傅里葉紅外光譜儀進(jìn)行玻璃輻射率的測(cè)試。與傳統(tǒng)的色散型光譜儀相比，傅里葉光譜儀以更高的效率采集來自光源的輻射能量，在信噪比和分辨率方面占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)有Spectrum100傅里葉紅外光譜儀的樣品倉較小，配置的常規(guī)鏡反射裝置，高度低，只能測(cè)試小尺寸樣品（如圖5）。本文通過改變鏡面角度和重新設(shè)計(jì)光路，實(shí)現(xiàn)了樣品位置高于儀器，保證了大尺寸樣品的測(cè)量。因?yàn)楣獬淘黾樱芰克p，原有鋁鏡在中遠(yuǎn)紅外區(qū)域反射率較低，為了保證測(cè)試的精度，將反射鏡片由鋁鏡改為金鏡。

1.5 大尺寸玻璃的固定支座

為了保證玻璃樣品與光路的垂直，以及測(cè)試的安全和便利性，本文定制了大尺寸玻璃的固定支座（見圖6），中部布設(shè)橫向和縱向?qū)к?，可?shí)現(xiàn)樣品的前后左右的調(diào)節(jié)。上部有玻璃固定裝置和定位裝置，保證在樣品移動(dòng)和測(cè)量過程中穩(wěn)定性。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)中選取非鋼化的樣品，從同一樣板上切割100 mm×100 mm和500 mm×500 mm的樣品，分別在設(shè)備改造前和改造后進(jìn)行測(cè)試，將測(cè)得的可見光透射比、可見光反射比、遮蔽系數(shù)的結(jié)果和光譜曲線進(jìn)行比較，從而確定改造后系統(tǒng)的光度準(zhǔn)確度。

為了減少系統(tǒng)漂移，在儀器開機(jī)預(yù)熱45 min后開始測(cè)量，在測(cè)量之初，先對(duì)100%信號(hào)線進(jìn)行校準(zhǔn)。測(cè)量范圍：300～2500 nm，測(cè)量間隔：5 nm。根據(jù)GB/T 2680-94《建筑玻璃可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測(cè)定》進(jìn)行計(jì)算。

改造前后樣品測(cè)試參數(shù)差值多數(shù)都小于3.0%，基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。個(gè)別參數(shù)偏差較大，對(duì)造成這種誤差的原因進(jìn)行分析了。

3 影響因素分析

系統(tǒng)誤差主要是指測(cè)試裝置本身的誤差和由被測(cè)樣品引入的誤差。本系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差主要來源于光束的位置誤差、雜散光、光程變化等引起的偏差。

（1）因系統(tǒng)還不成熟，4塊鋁反射鏡使用磁吸固定器固定，其位置通過理論計(jì)算得出，安裝后根據(jù)光束的入射和探測(cè)器接收情況進(jìn)行微調(diào)，光束與被測(cè)樣品的入射角度可能存在一定的偏移，影響了設(shè)備的測(cè)量準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

（2）開倉測(cè)試時(shí)，自然環(huán)境中的雜散光可能會(huì)影響測(cè)試的精度。雜散光可以分為兩種形式，一種是與待測(cè)光束波長相同的雜光，往往是由于待測(cè)光束因種種原因偏離正常光路，在不通過樣品的情況下，就直接照射到接收器上；引起它的主要原因是光學(xué)或機(jī)械零件包括樣品本身的反射和散射。第二種雜光是指待測(cè)波長以外的偏離正常光路到達(dá)探測(cè)器的光束，通常是由于光學(xué)系統(tǒng)的缺陷所引起的。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初，建造了暗室，盡可能對(duì)自然光進(jìn)行了遮擋和封堵。但分光光度計(jì)本身氘和鎢燈因散熱的需要，不能完全遮擋，用黑色絨布在儀器的上表面進(jìn)行了遮擋，儀器的背面留出散熱空間。這些光線經(jīng)過地面和墻面反射、灰塵的散射等，都會(huì)造成光強(qiáng)探測(cè)的誤差。

（3）改造后光程變長，光強(qiáng)度減弱，儀器在在2000～2500 nm范圍內(nèi)光度噪聲比較大。

4 結(jié)語

該測(cè)試系統(tǒng)可對(duì)大尺寸的玻璃直接進(jìn)行測(cè)試，克服了傳統(tǒng)檢測(cè)方法無法進(jìn)行鋼化玻璃光學(xué)測(cè)試的局限性，通過改造前后實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果可知，該系統(tǒng)能夠較好地反映樣品特征，可見光透射比和遮陽系數(shù)的偏差在可接收范圍內(nèi)，對(duì)于建筑玻璃的工程復(fù)驗(yàn)具有積極的意義。

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