一种基于三离轴抛物面镜和双参考黑体的发射率测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于三离轴抛物面镜和双参考黑体的发射率测量装置，包括：光谱仪(1)、高温黑体加热装置(2)、样品加热装置(3)、高温参考黑体(4)、低温参考黑体(5)、水平位移平台(6)、电控转台(7)、位移控制系统(8)、计算机(9)、光阑(10)、低温黑体加热装置(11)、离轴剖物面镜Ⅰ(12)、离轴剖物面镜Ⅱ(13)和离轴剖物面镜Ⅲ(14)。本发明专利技术实现了1μm～14μm的光谱范围、50℃～800℃温度范围的材料法向光谱发射率测量，该装置减小了仪器短期漂移及环境变化对于测量结果的影响，提高了测量的效率和测量不确定度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料热物性参数
，特别涉及一种基于三离轴抛物面镜和双参考黑体的发射率测量装置，适用于测量金属、非金属材料表面法向光谱发射率。
技术介绍
法向光谱发射率是材料的重要热物性参数之一，表征了材料表面光谱辐射能量辐射能力。工业应用和科学研究中，辐射测温的方法得到了越发广泛的应用，为了准确的测量材料表面的温度，必须要知道被测表面发射率。此外，在武器装备研制中，评价材料隐身性能的重要指标之一便是其光谱发射率特性。材料光谱发射率是辐射测温、辐射换热分析、材料隐身性能评价的重要基础物性数据。然而，光谱发射率与材料的组分、温度、波长范围、表面状态等诸多因素复杂相关，对于特定的测量实例，已有文献中的相关光谱发射率数据并不能完全满足应用需求。国内外从事热测量科学的学者对材料法向光谱发射率的相关测量技术开展了许多研究工作。根据测试原理的不同，发射率测量方法可分为量热法、反射法、能量法等等。其中采用傅立叶光谱法进行发射率测量的研究工作较为典型，例如：1)2003年，日本Yajima等人采用分离黑体法建立了一套高温下可同时测量全光谱发射率和光学常数的测试系统，对钼和氧化锆试样在光谱范围2μm～10μm、温度范围900K～1400K条件下进行了试验；2)2004年，美国国家标准技术研究院(NIST)利用一系列的黑体辐射源建立了一种新的材料光谱发射率测量系统，测量温度范围为600K～1400K，波长范围为1μm～20μm，主要对不透明材料进行测量。3)2008年，德国联邦物理技术研究院(PTB)研制出一种用于工业校准的发射率测量装置，该装置是通过高质量黑体与样品的辐射进行比较来测量材料光谱发射率，其中考虑了环境辐射与光谱仪本身固有辐射。测量温度范围为80℃～400℃，波长范围为4μm～40μm。)2008年，中国计量科学研究院(NIM)与天津大学合作，研制了基于光栅单色仪的光谱发射率测量装置，利用该装置可以实现在473K～1000K，2μm～15μm范围内定向光谱发射率的测量。目前材料光谱发射率测量系统有很多，特别是基于傅里叶光谱仪的光谱发射率测量系统成为发射率测量的主流发展趋势。然而，目前的材料光谱发射率测量系统大都测量效率低下，且受环境变化及仪器短期漂移影响较大，因此实际测量效果并不理想。针对以上问题，专利技术了一种基于三离轴抛物面镜和双参考黑体的发射率测量装置，具有一定的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于三离轴抛物面镜和双参考黑体的发射率测量装置，实现1～14μm光谱范围、50～800℃温度范围的材料法向光谱发射率测量。本专利技术是通过以下技术方案实现的。本专利技术提出的一种基于三离轴抛物面镜和双参考黑体的发射率测量装置，包括：光谱仪、高温黑体加热装置、样品加热装置、高温参考黑体、低温参考黑体、水平位移平台、电控转台、位移控制系统、计算机、光阑、低温黑体加热装置、离轴剖物面镜Ⅰ、离轴剖物面镜II和离轴剖物面镜III。所述光谱仪将接收到的光信号转变为电信号，并发送给计算机。所述光谱仪为傅里叶变换红外光谱仪。所述高温黑体加热装置固定安装在水平位移平台上，其内部安装高温参考黑体，高温参考黑体用于提供高温参考信号。高温黑体加热装置的温度范围为50℃～800℃。所述样品加热装置固定安装在水平位移平台上，其内部安装待测样品。所述样品加热装置的温度范围为50℃～800℃。所述水平位移平台固定在水平面上，其功能是在位移控制系统的控制下做水平运动。所述电控转台固定在水平面上，电控转台的轴线与水平面平行；电控转台上安装离轴剖物面镜Ⅰ；电控转台为离轴剖物面镜Ⅰ提供水平移动、竖直移动和旋转功能。离轴剖物面镜Ⅰ将接收到的光信号反射到离轴剖物面镜II；离轴剖物面镜II的反射光线经光阑后，到达离轴剖物面镜III。离轴剖物面镜III将接收到的光信号反射到光谱仪。所述光阑放置在离轴剖物面镜II和离轴剖物面镜III之间，起到限制视场和消除杂散光的作用。所述离轴剖物面镜Ⅰ、离轴剖物面镜II和离轴剖物面镜III均为90°离轴抛物面镜。所述低温黑体加热装置固定在水平面上，并且低温黑体加热装置与高温黑体加热装置相对于电控转台的轴线对称。低温黑体加热装置其内部安装低温参考黑体，低温参考黑体用于提供低温参考信号。所述低温黑体加热装置的温度范围为50℃～800℃。所述计算机分别与光谱仪和位移控制系统连接；计算机的作用是：①接收光谱仪发送来的电信号，计算待测样品的光谱发射率。②给位移控制系统提供位移控制信号。所述位移控制系统分别与计算机、水平位移平台和电控转台连接。位移控制系统接收计算机发送来的位移控制信号，控制水平位移平台和电控转台运动。所述发射率测量装置的工作过程为：步骤1：将所述发射率测量装置开机并预热。步骤2：将待测样品安装在样品加热装置内；计算机通过位移控制系统控制水平位移平台和电控转台位移，使离轴剖物面镜Ⅰ对准待测样品。设置光谱仪的接收信号的波长，用符号λ表示，λ∈[1,14]，单位：μm；步骤3：将待测样品加热到Ts，Ts∈[50,800]，单位：℃。待温度稳定后，光谱仪测量得到待测样品在Ts温度下的测量值，并将其发送给计算机。步骤4：计算机通过位移控制系统控制水平位移平台和电控转台位移，使离轴剖物面镜Ⅰ对准高温参考黑体。步骤5：将高温参考黑体加热到T2，T2∈[50,800]，单位：℃。待温度稳定后，光谱仪测量得到高温参考黑体在T2温度下的测量值，并将其发送给计算机。步骤6：计算机通过位移控制系统控制电控转台旋转及水平和竖直方向的运动，使轴剖物面镜Ⅰ对准低温参考黑体。步骤7：将低温参考黑体加热到T1，T1∈[50,800]，单位：℃；并且T1<T2。待温度稳定后，光谱仪获得低温参考黑体在T1温度下的测量值，并将其发送给计算机。步骤8：计算机根据接收到的待测样品在Ts温度下的测量值、高温参考黑体在T2温度下的测量值以及低温参考黑体在T1温度下的测量值，计算得到待测样品的光谱发射率。所述计算机计算得到待测样品的光谱发射率的方法为：步骤8.1：建立关系式，如公式(1)。Vb(λ,T1)=R(λ)Lb(λ,T1)+S(λ)Vb(λ,T2)=R(λ)Lb(λ,T2)+S(λ)---(1)]]>其中，λ为波长，λ∈[1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三离轴抛物面镜和双参考黑体的发射率测量装置，其特征在于：其包括：光谱仪(1)、高温黑体加热装置(2)、样品加热装置(3)、高温参考黑体(4)、低温参考黑体(5)、水平位移平台(6)、电控转台(7)、位移控制系统(8)、计算机(9)、光阑(10)、低温黑体加热装置(11)、离轴剖物面镜I(12)、离轴剖物面镜II(13)和离轴剖物面镜III(14)；所述光谱仪(1)将接收到的光信号转变为电信号，并发送给计算机(9)；所述光谱仪(1)为傅里叶变换红外光谱仪；所述高温黑体加热装置(2)固定安装在水平位移平台(6)上，其内部安装高温参考黑体(4)，高温参考黑体(4)用于提供高温参考信号；所述高温黑体加热装置(2)的温度范围为50℃～800℃；所述样品加热装置(3)固定安装在水平位移平台(6)上，其内部安装待测样品(15)；所述样品加热装置(3)的温度范围为50℃～800℃；所述水平位移平台(6)固定在水平面上，其功能是在位移控制系统(8)的控制下做水平运动；所述电控转台(7)固定在水平面上，电控转台(7)的轴线与水平面平行；电控转台(7)上安装离轴剖物面镜Ⅰ(12)；电控转台(7)为离轴剖物面镜I(12)提供水平移动、竖直移动和旋转功能；离轴剖物面镜Ⅰ(12)将接收到的光信号反射到离轴剖物面镜II(13)；离轴剖物面镜II(13)的反射光线经光阑(10)后，到达离轴剖物面镜III(14)；离轴剖物面镜III(14)将接收到的光信号反射到光谱仪(1)；所述光阑(10)放置在离轴剖物面镜II(13)和离轴剖物面镜III(14)之间，起到限制视场和消除杂散光的作用；所述低温黑体加热装置(11)固定在水平面上，并且低温黑体加热装置(11)与高温黑体加热装置(2)相对于电控转台(7)的轴线对称；低温黑体加热装置(11)其内部安装低温参考黑体(5)，低温参考黑体(5)用于提供低温参考信号；所述低温黑体加热装置(11)的温度范围为50℃～800℃；所述计算机(9)分别与光谱仪(1)和位移控制系统(8)连接；计算机(9)的作用是：①接收光谱仪(1)发送来的电信号，计算待测样品(15)的光谱发射率；②给位移控制系统(8)提供位移控制信号；所述位移控制系统(8)分别与计算机(9)、水平位移平台(6)和电控转台(7)连接；位移控制系统(8)接收计算机(9)发送来的位移控制信号，控制水平位移平台(6)和电控转台(7)运动。...

【技术特征摘要】
2015.12.10 CN 20151091833031.一种基于三离轴抛物面镜和双参考黑体的发射率测量装置，其特征在于：
其包括：光谱仪(1)、高温黑体加热装置(2)、样品加热装置(3)、高温参考黑
体(4)、低温参考黑体(5)、水平位移平台(6)、电控转台(7)、位移控制系统
(8)、计算机(9)、光阑(10)、低温黑体加热装置(11)、离轴剖物面镜I(12)、
离轴剖物面镜II(13)和离轴剖物面镜III(14)；
所述光谱仪(1)将接收到的光信号转变为电信号，并发送给计算机(9)；
所述光谱仪(1)为傅里叶变换红外光谱仪；
所述高温黑体加热装置(2)固定安装在水平位移平台(6)上，其内部安装
高温参考黑体(4)，高温参考黑体(4)用于提供高温参考信号；所述高温黑体
加热装置(2)的温度范围为50℃～800℃；
所述样品加热装置(3)固定安装在水平位移平台(6)上，其内部安装待测
样品(15)；所述样品加热装置(3)的温度范围为50℃～800℃；
所述水平位移平台(6)固定在水平面上，其功能是在位移控制系统(8)的
控制下做水平运动；
所述电控转台(7)固定在水平面上，电控转台(7)的轴线与水平面平行；
电控转台(7)上安装离轴剖物面镜Ⅰ(12)；电控转台(7)为离轴剖物面镜I
(12)提供水平移动、竖直移动和旋转功能；
离轴剖物面镜Ⅰ(12)将接收到的光信号反射到离轴剖物面镜II(13)；离
轴剖物面镜II(13)的反射光线经光阑(10)后，到达离轴剖物面镜III(14)；
离轴剖物面镜III(14)将接收到的光信号反射到光谱仪(1)；所述光阑(10)放
置在离轴剖物面镜II(13)和离轴剖物面镜III(14)之间，起到限制视场和消除
杂散光的作用；
所述低温黑体加热装置(11)固定在水平面上，并且低温黑体加热装置(11)
与高温黑体加热装置(2)相对于电控转台(7)的轴线对称；低温黑体加热装置
(11)其内部安装低温参考黑体(5)，低温参考黑体(5)用于提供低温参考信
号；所述低温黑体加热装置(11)的温度范围为50℃～800℃；
所述计算机(9)分别与光谱仪(1)和位移控制系统(8)连接；计算机(9)
的作用是：①接收光谱仪(1)发送来的电信号，计算待测样品(15)的光谱发
射率；②给位移控制系统(8)提供位移控制信号；
所述位移控制系统(8)分别与计算机(9)、水平位移平台(6)和电控转台
(7)连接；位移控制系统(8)接收计算机(9)发送来的位移控制信号，控制
水平位移平台(6)和电控转台(7)运动。
2.如权利要求1所述的一种基于三离轴抛物面镜和双参考黑体的发射率测量
装置，其特征在于：所述光谱仪(1)为傅里叶变换红外光谱仪。
3.如权利要求1或2所述的一种基于三离轴抛物面镜和双参考黑体的发射率
测量装置，其特征在于：所述离轴剖物面镜I(12)、离轴剖物面镜II(13)和
离轴剖物面镜III(14)均为90°离轴抛物面镜。
4.如权利要求1或2所述的一种基于三离轴抛物面镜和双参考黑体的发射率
测量装置，其特征在于：所述发射率测量装置的工作过程为：
步骤1：将所述发射率测量装置开机并预热；
步骤2：将待测样品(15)安装在样品加热装置(3)内；计算机(9)通过
位移控制系统(8)控制水平位移平台(6)和电控转台(7)位移，使...

【专利技术属性】
技术研发人员：张术坤，董磊，孟苏，张学聪，蔡静，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11