本发明专利技术提供一种基于双调制测量材料中红外热辐射光谱的方法和装置，该装置具备：傅里叶变换红外光谱仪，包括将样品辐射信号分解成具有光程差的反射信号和透射信号实现干涉调制的迈克尔逊干涉仪、接收干涉仪的信号的双通道MCT探测器、与探测器相连以采集和记录辐射信号信息的电路板、与电路板相连的含傅里叶逆变换程序的计算机；机械调制系统，包括斩波器及锁相放大器，斩波器的控制单元将同频率参考信号输入到锁相放大器参考信号输入接口，探测器交流信号输出接口与锁相放大器信号输入接口相连，锁相放大器信号输出接口与探测器直流信号输入接口相连；高真空样品室，包括样品架和设于样品架的待测样品。本发明专利技术能够保证接收到足够强的信号强度。
A Method and Device for Measuring Mid-Infrared Thermal Radiation Spectrum of Materials Based on Double Modulation
【技术实现步骤摘要】
一种基于双调制测量材料中红外热辐射光谱的方法和装置
本专利技术涉及一种中红外材料热辐射性能测试方法和装置，具体地涉及一种基于双调制测量材料中红外热辐射光谱的方法和装置。
技术介绍
热辐射是指材料因热原因而发出辐射能的现象，是物体内部微观粒子热运动状态改变时激发出来的。热辐射的强度主要由物体的温度和波长决定。热辐射强度通常随着波长的增加先增加后减少；温度越高，热辐射强度越高，热辐射强度的峰值向短波方向移动。红外光谱主要是研究分子中以化学键联结的原子之间的振动光谱和分子的转动光谱。众所周知，在中红外有个指纹区，不同类型的化合物在指纹区有不同的谱带。水汽和二氧化碳在中红外波段的2.5～3.0μm和5.0～8.0μm处对光谱的选择吸收很严重，所以不除尽大气的影响，很难得到高质量的中红外热辐射光谱。在较低温下中红外辐射信号很微弱，很容易被室温背景辐射信号所掩盖而难易提取，为中红外辐射信号的探测造成困难。
技术实现思路
鉴于以上所述，本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种能够保证接收到足够强的信号强度的基于双调制测量材料中红外热辐射光谱的方法和装置。为此，本专利技术采用如下技术方案：一方面，本专利技术提供的基于双调制技术测量材料中红外热辐射光谱的装置，包括：傅里叶变换红外光谱仪、机械调制系统和高真空样品室；所述傅里叶变换红外光谱仪，包括将样品辐射信号分解成具有一定光程差的反射信号和透射信号实现干涉调制的迈克尔逊干涉仪、接收来自迈克尔逊干涉仪的信号的双通道MCT探测器、与双通道MCT探测器相连的用于采集和记录辐射信号信息的电路板、与电路板相连的含有傅里叶逆变换程序的计算机；所述机械调制系统，包括斩波器及锁相放大器；斩波器的控制单元将同频率参考信号输入到锁相放大器的参考信号输入接口；双通道MCT探测器的交流信号输出接口与锁相放大器的信号输入接口相连；锁相放大器的信号输出接口与双通道MCT探测器的直流信号输入接口相连；所述高真空样品室，包括样品架和设于所述样品架的待测样品。根据本专利技术，基于将斩波器的机械调制及傅里叶变换红外光谱仪的干涉调制相结合的双调制技术，来进行中红外辐射信号的探测，以获得高质量的中红外热辐射光谱。也可以是，本专利技术中，所述傅里叶变换红外光谱仪还包括在中远红外宽波段范围高透过率的金刚石窗片。由此，可减少样品在传输中的损耗。也可以是，本专利技术中，所述高真空样品室的真空度达到1.3～6.0×10-3mbar。由此，可有效消除水汽等的吸收干扰。也可以是，本专利技术中，所述傅里叶变换红外光谱仪为真空型。也可以是，本专利技术中，所述双通道MCT探测器为液氮制冷型。由此，可以减少背景噪音对辐射信号测量的干扰。另一方面，本专利技术还提供了一种基于上述装置测量材料中红外热辐射光谱的方法，包括以下步骤：S1、将斩波器固定在待测样品的辐射信号进入傅里叶变换红外光谱仪的光路中；S2、对傅里叶变换红外光谱仪和真空样品室分别抽真空；S3、启动斩波器对待测样品的辐射信号进行机械调制；经机械调制后的辐射信号进入傅里叶变换红外光谱仪，由迈克尔逊干涉仪对辐射信号进行干涉调制，形成双调制信号；双调制信号由双通道MCT探测器接收，以交流信号的形式输入到锁相放大器的信号输入接口；经锁相放大器对机械调制进行解调，从双通道MCT探测器接收到的信号中提取得到来自待测样品的热辐射的直流信号，并输入到双通道MCT探测器的直流信号输入接口；S4、电路板采集输入到双通道MCT探测器的直流信号得到相应的干涉图，并将其输入到计算机中，利用程序进行傅里叶逆变换，得到待测样品的双调制中红外热辐射光谱。也可以是，本专利技术中，在步骤S1中，将傅里叶变换红外光谱仪置于测量模式，借助计算机的程序中的信号检查功能，调整光路使待测样品的辐射信号最大。也可以是，本专利技术中，在步骤S2中，将傅里叶变换红外光谱仪和真空样品室分别抽真空至1mbar以下。也可以是，本专利技术中，在步骤S3中，将傅里叶变换红外光谱仪置于步进扫描测试。也可以是，本专利技术中，所述待测样品为各种具有不同发射率的块体及薄膜材料。附图说明图1示出了本专利技术一实施形态的基于双调制测量材料中红外热辐射光谱的装置的结构示意图；图2示意性地示出了图1所示装置中的电路板的功能性框图；图3为采用本专利技术的装置及方法测量不锈钢和自制腔式黑体在193K时在5～20μm热辐射光谱的示图；附图标记：1傅里叶变换红外光谱仪，1-1迈克尔逊干涉仪，1-2双通道MCT探测器，1-3电路板，1-4金刚石窗片，1-5计算机，2机械调制系统，2-1斩波器，2-2锁相放大器，3高真空样品室，3-1样品，3-2样品台。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，附图和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。傅里叶变换红外光谱仪由于具有高分辨率和高信噪比，且能高效率采集辐射能量，而成为红外波段中最有利的光谱工具。因此专利技术人在此提出基于斩波器的机械调制及步进扫描模式下，傅里叶变换红外光谱仪的干涉调制相结合的双调制技术，来进行中红外辐射信号的探测，以获得高质量的中红外热辐射光谱。即，基于真空型傅里叶变换红外光谱仪的迈克尔逊干涉仪干涉调制和斩波器机械调制的双调制技术，得到材料的中红外热辐射光谱的方法和装置。为了获得高质量的中红外热辐射光谱，消除空气中的水汽和二氧化碳对样品辐射信号的选择吸收，从探测器探测到的信号中提取出样品辐射信号和保证探测器有效接收到辐射信号等是主要问题。针对空气中的水汽和二氧化碳对样品辐射信号的选择吸收，对傅里叶变换红外光谱仪和高真空样品室分别抽真空，使整个光路处于较高真空度，消除水汽等的吸收干扰。针对室温背景辐射的干扰影响，采用将斩波器的机械调制及步进扫描模式下傅里叶变换红外光谱仪的干涉调制相结合的双调制技术来提取样品辐射信号。进一步地，针对保证探测器有效接收到样品辐射信号，采用在中远红外高透过率的金刚石窗口减少样品在传输中的损耗。此外，还使用在中红外波段有高灵敏度和高信噪比的双通道MCT探测器来确保微弱的样品辐射信号能被接收到。具体地，本专利技术的基于双调制技术测量材料中红外热辐射光谱的装置，包括：傅里叶变换红外光谱仪、机械调制系统、和高真空样品室。该傅里叶变换红外光谱仪是真空型傅里叶变换红外光谱仪。该真空型傅里叶变换红外光谱仪，包括将样品辐射信号分解成具有一定光程差的反射信号和透射信号实现干涉调制的迈克尔逊干涉仪、接收来自迈克尔逊干涉仪的信号且对中红外辐射信号具有高灵敏度的双通道MCT探测器、与双通道MCT探测器相连的用于采集和记录辐射信号信息的电路板、与电路板相连的含有傅里叶逆变换程序的计算机。该双通道MCT探测器为液氮制冷，以减少背景噪音对辐射信号测量的干扰。此外，该真空型傅里叶变换红外光谱仪还包括为减少辐射信号在传输过程中的衰减而采用的在中远红外宽波段范围高透过率的金刚石窗片。具体地，傅里叶变换红外光谱仪的壳体上可设有开口作为辐射信号入口，金刚石窗片设于该开口上。上述机械调制系统，包括斩波器及锁相放大器。斩波器的控制单元将同频率参考信号输入到锁相放大器的参考信号输入接口；双通道MCT探测器的交流信号输出接口与锁相放大器的信号输入接口相连；锁相放大器的信号输出接口与双通道MCT探测器的直流信号输入接口相连。上述高真空样品室，包括待测样本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于双调制技术测量材料中红外热辐射光谱的装置，其特征在于，包括：傅里叶变换红外光谱仪（1）、机械调制系统（2）和高真空样品室（3）；所述傅里叶变换红外光谱仪（1），包括将样品辐射信号分解成具有一定光程差的反射信号和透射信号实现干涉调制的迈克尔逊干涉仪（1‑1）、接收来自迈克尔逊干涉仪的信号的双通道MCT探测器（1‑2）、与双通道MCT探测器相连的用于采集和记录辐射信号信息的电路板（1‑3）、与电路板相连的含有傅里叶逆变换程序的计算机（1‑5）；所述机械调制系统（2），包括斩波器（2‑1）及锁相放大器（2‑2）；斩波器（2‑1）的控制单元将同频率参考信号输入到锁相放大器（2‑2）的参考信号输入接口；双通道MCT探测器（1‑2）的交流信号输出接口与锁相放大器（2‑2）的信号输入接口相连；锁相放大器（2‑2）的信号输出接口与双通道MCT探测器（1‑2）的直流信号输入接口相连；所述高真空样品室（3），包括样品架（3‑2）和设于所述样品架（3‑2）的待测样品（3‑1）。
【技术特征摘要】
1.一种基于双调制技术测量材料中红外热辐射光谱的装置，其特征在于，包括：傅里叶变换红外光谱仪（1）、机械调制系统（2）和高真空样品室（3）；所述傅里叶变换红外光谱仪（1），包括将样品辐射信号分解成具有一定光程差的反射信号和透射信号实现干涉调制的迈克尔逊干涉仪（1-1）、接收来自迈克尔逊干涉仪的信号的双通道MCT探测器（1-2）、与双通道MCT探测器相连的用于采集和记录辐射信号信息的电路板（1-3）、与电路板相连的含有傅里叶逆变换程序的计算机（1-5）；所述机械调制系统（2），包括斩波器（2-1）及锁相放大器（2-2）；斩波器（2-1）的控制单元将同频率参考信号输入到锁相放大器（2-2）的参考信号输入接口；双通道MCT探测器（1-2）的交流信号输出接口与锁相放大器（2-2）的信号输入接口相连；锁相放大器（2-2）的信号输出接口与双通道MCT探测器（1-2）的直流信号输入接口相连；所述高真空样品室（3），包括样品架（3-2）和设于所述样品架（3-2）的待测样品（3-1）。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述傅里叶变换红外光谱仪（1）还包括在中远红外宽波段范围高透过率的金刚石窗片（1-4）。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述高真空样品室（3）的真空度达到1.3~6.010-3mbar。4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述傅里叶变换红外光谱仪（1）为真空型。5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述双通道MC...
【专利技术属性】
技术研发人员：章俞之，马佳玉，吴岭南，宋力昕，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31
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