[发明专利]有限区域内测量粗糙表面反射率的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及反射率测定领域。更具体地说，本发明涉及一种有限区域内测量粗糙表面反射率的方法及装置。

背景技术

目标和背景的光学特性，尤其是对其反射特性的研究，有着强烈的需求和应用背景。反射率的概念已经渗透到各个学科领域中，例如大气科学、地理科学、城市气候、生态植被、光学器件、建筑节能等。反射率决定着地球表面与大气之间辐射能量的分配过程，进而影响着生态系统中如地表温度、蒸腾、能量平衡、光合及呼吸作用等一系列物理、生理和生物化学过程，同时也是降低建筑围护结构表面温度最敏感参数。量化物体表面太阳吸收量的前提需要了解其表面的反射率变化规律。

目前，测量物体表面反射率的方法很多，可概括为实验室检测和现场原位测试。1)实验室反射率测试主要针对小样品试样(5cm²范围内)，通常采用积分球法或光谱法。ASTM C1549方法通过使用便携式太阳反射光测定近环境温度的太阳光反射比，适用于在5cm²范围既有镜面反射，又有漫反射光学特性的材料样品，如玻璃纤维、沥青瓦等，且规定被测量表面必须干燥。相关标准《JB/T235-2014》等推荐采用的是光谱法，其原理是分光光度计测得的反射光谱与标准太阳入射光谱的加权积分，其积分值即为物体表面某点处的反射率。由于分光光度计的测量条件是有一定方向的光照射，半球接收，因此获得的反射率异于野外测量。此外，室内测量时要有严格的样品采集和处理加工过程。例如，植被样品要有代表性，采集后冷藏保鲜，并在12h内送实验室测定；土壤或岩石试样应按专业要求并制备成粉或块，实验室过高的测量条件大大限制了测量方法地应用。2)对于野外物体反射率的测量，通常采用ASTM E1918测量方法，操作过程中通过一个日射强度计交替测量目标区域内的反射量和入射量，两者的比值即目标反射率。该方法要求被测样品的区域面积为4×4m²以上以确保95％的反射辐射由目标区域提供。在实践中，准备这样大的样品区域是不切实际的。此外，在测量过程中仪器本身的阴影的影响导致测试表面的真实反照率被低估。该方法适合于天空晴朗无云，为了获得稳定可靠的数据，要求太阳高度角大于45°(一般处于早上10点-下午2点之间)。该测量方法的缺陷在于：无法消除仪器自身阴影和周围介质的影响。而且，单靠一个日照探射器测量，在操作过程中会因为读取入射辐射和反射辐射产生的时间差可能增加测量误差，尤其是在多云天气。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种有限区域内测量粗糙表面反射率的方法，该方法能够在野外对小面积(1-1.5m²)的粗糙表面测量反射率，操作简单，经济合理。

本发明还有一个目的是提供一种有限区域内测量粗糙表面反射率的方法，通过设置遮光罩，限制日照探射器接收到的反射量仅由目标区域表面提供。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种有限区域内测量粗糙表面反射率的方法，包括以下步骤：

1)在目标区域表面正上方设置太阳辐射仪，太阳辐射仪上的日照探射器朝下时与目标区域中心表面的垂直距离H至少为0.4m；

2)太阳辐射仪接收入射太阳辐射I_t和反射太阳辐射R_t，所述太阳辐射仪在接收反射太阳辐射R_t时，太阳辐射仪的日照探射器外周设置有圆环形的遮光罩；

3)在目标区域的表面覆盖一张具有非选择性光谱且已知反射率的参照板，并记录此时入射太阳辐射I_r和反射太阳辐射R_r；

4)计算目标区域反射率ρ_t，其中，ρ_r为参照板的反射率，ρ₂遮光罩内表面反射率，ρ_s周围环境介质反射率，F_2→s表示周围环境介质到遮光罩内表面的视角因子，F_1→2表示遮光罩内表面到日照探射器的视角因子。

优选的是，所述太阳辐射仪包括两个日照探射器，其中一个日照探射器朝上设置，另一个日照探射器朝下设置，两个日照探射器在同一时刻分别接收当前的入射太阳辐射和反射太阳辐射。

优选的是，所述太阳辐射仪的型号为Kipp&Zonen CMA11。

优选的是，太阳辐射仪上的日照探射器朝下时与目标区域中心表面的垂直距离H为0.4～1m。

优选的是，当所述遮光罩内表面由逆反射材料制成时，