一种材料法向光谱发射率测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种材料法向光谱发射率测量装置，具备：腔体，设置于所述腔体内的两个相对称且开口相向的部分椭圆形状的反射罩、两个红外加热器、和样品，两个所述反射罩具有一个共用焦点，所述样品设于所述共用焦点处，所述两个红外加热器分别设于两个所述反射罩的非共用焦点处；设置于与所述样品正对的所述腔体的顶部或/和底部的观测窗口；设置于所述腔体外与所述观测窗口对应位置处的光学系统；与所述光学系统连用的傅立叶红外光谱仪；与所述傅立叶红外光谱仪连接的计算机。本装置能测量的固体样品温度可达到2000K，熔体样品温度1373K。光谱范围0.25‑25μm（KBr窗口片）。

A Device for Measuring Normal Spectral Emissivity of Materials

The invention relates to a material normal spectral emissivity measurement device, which comprises a cavity, two relatively symmetrical elliptical reflectors, two infrared heaters and a sample arranged in the cavity, two infrared heaters having a common focus, the sample located in the common focus, and the two infrared heaters located in two places respectively. The non-common focus of the reflector cover, the observation window at the top or/or bottom of the cavity opposite to the sample, the optical system at the corresponding position of the cavity body and the observation window, the Fourier infrared spectrometer for connecting with the optical system, and the computer connected with the Fourier infrared spectrometer are described. The device can measure solid sample temperature up to 2000 K and melt sample temperature 1373 K. The spectral range is 0.25 25 um (KBr window).

【技术实现步骤摘要】
一种材料法向光谱发射率测量装置
本专利技术涉及材料热物性测量
，特别涉及一种材料法向光谱发射率测量装置，适用于测量固体、熔体材料的法向光谱发射率。
技术介绍
发射率是材料热物性的一个重要表征参数发射率的精确测量对军事、化工、建筑、医疗、航空航天等领域的发展有重大作用，在数值仿真方面也起着重要作用。近年来，对材料法向光谱发射率的研究越来越多，而材料法向光谱辐射率的测量对光谱辐射表面的材料和涂层的研究也尤为重要。例如在航空航天领域中，在飞行器进入太空之前和离开太空之后的一段时间内，飞行器表面由于与空气摩擦导致温度急剧升高，表面涂层的发射率大小会决定表面的辐射散热的多少，影响飞行器的散热效果，因而对涂层发射率的准确测量在飞行器防护结构热设计过程中尤为重要。目前，材料的发射率测量方法分为直接式测量和间接式测量两种。其中，直接式测量方法又包括量热法和能量法等；间接式测量方法分为反射法和多波长法等。应用最为广泛的测量方法为能量法，原理简单即对黑体和样品进行加热，使二者达到同样温度，测量样品的辐射力与黑体的辐射力之比。应用典型的能量法为分离黑体法，伴随傅立叶红外光谱仪的发展，采用傅立叶红外光谱仪测量发射率也得到越来越广泛的应用。基于傅立叶红外光谱仪的能量法是近年来的主要发展方向，也代表了发射率测量的最高水平。现有的测量装置加热方式首先是电加热，控制性好，加热速度温和与加热效率高等优点，但是电加热温度上限一般不超过800℃，其次激光加热方式虽然可以达到较高温度，但激光光束很小，导致样品加热过程中热量损失严重，温度均匀性不高。所以，对温度范围测量上限高，加热均匀的发射率测量装置的研究非常重要。
技术实现思路
专利技术要解决的问题：本专利技术目的在于提供一种能够测量宽温度和宽光谱范围且加热均匀的材料法向光谱发射率测量装置。解决问题的手段：一种材料的法向光谱发射率测量装置，具备：腔体；设置于所述腔体内的两个相对称且开口相向的部分椭圆形状的反射罩、两个红外加热器和样品，两个所述反射罩具有一个共用焦点，所述样品设于所述共用焦点处，所述两个红外加热器分别设于两个所述反射罩的非共用焦点处；设置于与所述样品正对的所述腔体的顶部或/和底部观察窗口（其中，顶部用于光路测量窗口，底部属于备用窗口，可与其他设备连接用，这里不做说明（也可只设一个窗口用于观察），底部窗口不使用状态可用挡光板挡住）；设置于所述腔体外与所述观测窗口对应位置处的光学系统；与所述光学系统联用（连用）的傅立叶红外光谱仪；与所述傅立叶红外光谱仪联用的计算机。本专利技术中，样品位于两椭圆灯罩的公共焦点处，样品加热温度由灯管加热功率和灯管与样品间的距离所决定。本装置能测量的固体样品温度可达到2000K，熔体样品温度1373K。光谱范围0.25-25μm（KBr窗口片）。根据本专利技术，样品位于两个部分椭圆形的反射罩的共用焦点处；两个红外加热器分别安放于两个部分椭圆形的反射罩的非共用焦点处，红外加热灯管的长度与样品一致，由此，在椭圆形灯罩的反射下，可使红外加热器对样品加热均匀，加热效率高，加热速度快，减小了由于温度测量不准而引起发射率测量的误差。且本专利技术的材料法向光谱发射率测量装置的辐射能测量系统为傅立叶红外光谱仪，能同时测量记录所有谱元信号，高的信噪比和分辨率。本专利技术中，还包括用于对所述腔体内抽真空的抽真空装置。借助于此，本专利技术发射率测量装置真空度高，发射率测量准确度高。优选地，通过调节抽真空装置使腔体的内部压强达到10-4Pa以下，以此提高发射率测量准确度。本专利技术中，还包括与所述腔体的壁连通的循环水冷装置。借助于此，能够保持腔体壁四周温度恒定为室温状态。本专利技术中，所述光学系统包括依次设置于所述腔体外的可变光阑和反射镜。所述反射镜的表面涂有高反射率涂层（金膜的红外段反射率可达0.9，铝膜的红外段反射率约为0.8），可使光束反射效果大大提高，减少光损失。本专利技术中，所述样品中心与反射镜中心等高，反射镜中心与傅立叶红外光谱仪中心等高。两两等高的效果使中心相对，调整光路，保证反射镜能够接收最大光量和傅立叶光谱仪能精准接收来自反射镜的反射光。本专利技术中，所述观测窗口的两侧分别涂有高吸收率涂层()，这里将腔体内壁全部涂上此涂层，降低腔体内壁多次反射带来的影响，以提高测量准确度。所述观测窗口根据测量光谱波段范围选择。如CaF2窗口片（250nm-7μm），BaF2窗口片（200nm-12μm），KBr窗口片（250nm-26μm）等。本专利技术中，所述反射罩的内表面也镀有高反射率涂层（例如，Au、Ag、Al等），利用椭圆形其中一个焦点处放置光源，光源发出的光通过镀有高反射率涂层椭圆罩反射后，几乎全部聚焦于另一个焦点，使光源所发射的光集中聚焦到样品加热，加热速度快并且均匀。本专利技术可包含权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构的任意组合。尤其是，本专利技术包含权利要求书的各项权利要求的两个以上的任意组合。根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本专利技术的上述及其他目的、特征和优点。附图说明图1是根据本专利技术一实施形态的材料法向光谱发射率测量装置的结构示意图；符号说明：1腔体2、3反射罩4、5红外加热灯管6样品7循环水冷装置8抽真空装置9直流电源10温度控制器11观测窗口12反射镜13傅立叶红外光谱仪（FTIR）14计算机。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。在各图中相同或相应的附图标记表示同一部件，并省略重复说明。图1是根据本专利技术一实施形态的材料法向光谱发射率测量装置的结构示意图。如图1所示，本实施形态的材料法向光谱发射率测量装置，具有腔体1，在本实施形态中该腔体1为长方体，但本专利技术不限于此。该腔体1内表面涂有高吸收率涂层。如图1所示，所述腔体1的内部包含两个部分椭圆形的反射罩2、3，以对称且未完全封闭的形式安放，两个所述部分椭圆形的反射罩2、3尺寸相同且其内表面均镀有高反射率涂层。两个反射罩2、3共用一个焦点，样品6安放于两个所述部分椭圆形的反射罩2、3的共用焦点处。两个红外加热器4、5分别安放于上述两个所述部分椭圆形的反射罩2、3的各自的非共用焦点处，且选用卤钨灯作为红外光源，采用电加热方式进行加热。红外加热装置4、5可与直流电源9相连，温度控制器10通过导线与直流电源相连。此外，还如图1所示，还设有用于对腔体1内抽真空的抽真空装置8。借助于此，本专利技术发射率测量装置真空度高，发射率测量准确度高。优选地，可通过调节抽真空装置8使腔体1的内部压强达到10-4Pa以下，以此提高发射率测量准确度。具体而言，如图1所示，可在腔体1上设有真空抽气孔，抽真空装置8通过该真空抽气空对腔体1内抽真空。另外，还如图1所示，还设有与腔体1的壁连通的循环水冷装置7借助于此，能够保持腔体壁四周温度恒定为室温状态。还如图1所示，在与样品6正对的腔体1的顶部（和底部）安装有观测窗口11，该观测窗口11的两侧除了观测窗口的整个腔体内部涂有高吸收率涂层，并且，该观测窗口11根据测量光谱波段范围选择，如CaF2窗口片（250nm-7μm），BaF2窗口片（200nm-12μm），KBr窗口片（250nm-26μm）等。在与上述观测窗口11正对的腔体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种材料法向光谱发射率测量装置，其特征在于，具备：腔体，设置于所述腔体内的两个相对称且开口相向的部分椭圆形状的反射罩、两个红外加热器、和样品，两个所述反射罩具有一个共用焦点，所述样品设于所述共用焦点处，所述两个红外加热器分别设于两个所述反射罩的非共用焦点处；设置于与所述样品正对的所述腔体的顶部或/和底部的观测窗口；设置于所述腔体外与所述观测窗口对应位置处的光学系统；与所述光学系统连用的傅立叶红外光谱仪；与所述傅立叶红外光谱仪连接的计算机。

【技术特征摘要】
1.一种材料法向光谱发射率测量装置，其特征在于，具备：腔体，设置于所述腔体内的两个相对称且开口相向的部分椭圆形状的反射罩、两个红外加热器、和样品，两个所述反射罩具有一个共用焦点，所述样品设于所述共用焦点处，所述两个红外加热器分别设于两个所述反射罩的非共用焦点处；设置于与所述样品正对的所述腔体的顶部或/和底部的观测窗口；设置于所述腔体外与所述观测窗口对应位置处的光学系统；与所述光学系统连用的傅立叶红外光谱仪；与所述傅立叶红外光谱仪连接的计算机。2.根据权利要求1所述的材料法向光谱发射率测量装置，其特征在于，还包括用于对所述腔体内抽真空的抽真空装置。3.根据权利要求1所述的材料法向光谱发射率测量装置，其特征在于，还包括与所述腔体的壁连通的循环水冷装置。4.根据权利要求1所述的材料法向光谱发射率测量装置，其特征在于，所述光学系统包括依...

【专利技术属性】
技术研发人员：方会双，杨莉萍，钟秋，陶冶，李会东，徐子君，汪文兵，雒彩云，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：上海,31