本发明专利技术公开了一种光学材料高温透过率测试装置，该装置采用硅碳棒作为红外光源，并采用窄带滤光片进行滤光，提供红外单色光；采用斩波器对红外光进行调制；采用精密温控炉加热样品材料，并利用交流锁相放大技术测量红外信号；利用平面反射镜组将红外一束红外光分为两束，分别作为样品光路和参考光路。从而实现了温度范围从室温至700℃，波长范围从1μm～14μm红外波段的高温透过率测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光学计量与测量领域中的光学材料透过率测试装置，尤其涉及一种红外波段光学材料高温透过率测量装置。
技术介绍
透过率是光学材料最基本的光学性能参数之一，同时也是光学系统设计的基础，无论是光学设计应用还是光学材料生产，都必须准确测量光学材料的透过率值。由于光学系统一般工作在常温条件，为此通常仅测量在室温条件下光学材料的透过率。但在某些特殊应用领域，如导弹整流罩，由于飞行器的高速飞行，整流罩材料会在空气动力学的作用下温度迅速升高，迎流面的温度甚至会达到几百摄氏度。在温度升高后，光学材料的透过率性能会发生显著改变，对于红外光学材料其改变尤为突出。随着温度的升高，材料的红外透射性能明显下降，以红外锗材料为例，在常温条件下，中远红外波段的透过率可达到45%以上，而当材料的温度仅升高到60°C后，透过率特性就明显变差；若材料温度进一步升高，如达到300°C后，对远红外波段的红外光几乎完全不透明，而中红外波段的光透过率也下降到不足20%。整流罩材料透过率的降低，使透过整流罩到达其内部光电武器系统的红外光信号减弱，产生的后果就是导致光电武器系统的工作距离缩短，性能下降。若飞行器的速度进一步提高，窗口材料的温度进一步提高，使窗口材料对某一波段的红外光不透明，会导致其内部的光电系统彻底失盲，无法工作。因此，必须对光学材料的高温透过率进行测量。目前，红外光学材料透过率一般使用红外傅立叶变换分光光度计来进行测量。但是为了测量高温条件下光学材料的透过率就必须有用于加热样品材料的加热设备，而红外傅立叶分光光度计不具有高温加热设备。另一方面，在高温条件下，红外光学材料自身也会变成一个红外辐射源，也会向外辐射红外光，这一部分红外光与用于测量的红外光叠加在一起，探测器无法区分这两部分红外信号，从而导致设备无法准确测量材料的透过率。因此红外傅立叶变换分光光度计只能测量室温条件下光学材料的透过率，不适合用于高温条件下材料的透过率测量。为了实现高温条件下光学材料透过率测量，目前材料的生产方和用户往往采用简易的方法，即利用加热炉将样品加热到某一温度后，取出放置在空气中，迅速放入光路中，测量当样品放入光路后，信号的改变情况，计算透过率。由于样品在离开加热设备后温度会迅速降低，因而测量结果不能反映真实温度下材料的透过率特性，只能获得定性的测量测量结果，无法实现温度70(TC光学材料高温透过率的定量测量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，根据透过率的测量原理，提供一种红外光学材料高温透过率测量装置。为解决上述技术问题，本专利技术提供的红外光学材料高温透过率测量装置包括红外光源系统、平面反射镜组一、精密温控炉，平面反射镜组二、聚焦反射镜，含有红外探测器、前置放大器、锁相放大器和控制器的光电探测处理系统，以及内置了透过率测量软件包的计算机；所述红外光源系统含有红外光源、准直镜、斩波器和滤光片组，滤光片组包括一组中心波长不同的窄带滤光片；所述精密温控炉左侧壁开有两个入射孔，右侧壁开有与两个入射孔一一对称的两个出射孔，两根刚玉管贯穿精密温控炉的炉腔且两端头分别由相应的入射孔和出射孔中伸出，其中一支刚玉管用于放置样品；所述平面反射镜组一与所述平面反射镜组二具有相同的结构，都含有电控平移台和表面相互平行的两个平面反射镜，两平面反射镜固连在于其对应的电控平移台上且与水平方向成45°夹角；所述红外光源发出的红外光经准直镜准直成为与水平方向平行的平行光，该平行光由斩波器调制成交变的红外光束，该红外光束经相应的窄带滤光片变为单色红外光，当平面反射镜组一移入测量光路，而平面反射镜组二位于测量光路之外时，单色红外光经平面反射镜组一反射进入一支刚玉管，由该刚玉管出射的单色红外光直接由聚焦反射镜聚焦到红外探测器的靶面上；当所述平面反射镜组一移出测量光路，而所述平面反射镜组二移入测量光路时，单色红外光直接进入另一支刚玉管，由该刚玉管出射的单色红外光经平面反射镜组二反射后由聚焦反射镜聚焦到红外探测器的靶面上；红外探测器将光信号转换为电信号，该电信号经前置放大器放大后，再经过锁相放大器对相应频率的信号进行锁定和放大后送入计算机；控制器在计算机的控制下驱动两个电控平移台进行相应的移动；所述透过率测量软件包含有界面模块、控制模块、采集模块、计算模块和存储模块，界面模块的功能是，通过键盘接收测试人员设定的测量波长、样品测量温度、样品名称；控制模块的功能是，根据设定的测量波长驱动滤光片组转动，使相应波长的窄带滤光片切入测量光路，根据测量时序向控制器发送相应电控平台的驱动指令；采集模块的功能是，采集锁相放大器输出的四组电压信号即测量光路一的一组背景电压值、测量光路二的一组背景电压值、测量光路一的一组测量电压值、测量光路二的一组测量电压值；计算模块的功能，根据式T= (V2/V02)/(V1/V01)或T= (V1/V01)/(V2/V02)计算出样品在当前温度、当前波长下的透过率T，其中，V01、V02分别为测量光路一、测量光路二的平均背景电压值，V1、V2分别为测量光路一和测量光路二的平均测量电压值，样品放入测量光路一时用前一计算式，而样品放入测量光路二时用后一计算式；存储模块的功能是，存储测量过程中的测量数据，并将透过率测量结果T存储为Excell文件。本专利技术的有益效果体现在以下三个方面。(一)本专利技术采用了锁相放大技术对光学材料的高温透过率进行测量，避免了由于被测光学材料温度升高后自身产生红外辐射与测量信号光路的红外辐射的叠加所导致透过率无法测量的问题。实现了波长范围为Iym 14μπι，温度范围为室温 700°C的红外光学材料高温透过率准确测量。( 二 )采用精密温控炉对样品材料进行升温和控温，可以在室温 700°C很好地对样品材料温度进行控制，可获得任意温度下的材料的透过率；样品在精密温控炉进行长时间的加热和保温，使材料完全达到热平衡，另外，采用辐射加热的方式对光学材料进行加热，而非热传导的方式直接利用加热模块对样品加热，这两项措施使样品在测量时具有良好的温度均匀性，改善了透过率测量准确度。(三)利用平面反射镜组将红外光源分成两束，一束作为测量光路，一束作为参考光路，利用探测器分别接收透射样品后以及来自光源的光信号，从而可以实时监测到系统在长时间的工作过程中光源强度的变化，避免了由于红外光源的漂移以及光学系统的透射率和反射率的变化等对透过率测量结果的影响。特别是对于高温透过率测量，在长时间的加热和测量过程中，光学系统元件的反射率、透射率会发生较大变化，而红外光源的强度也会发生漂移，若采用单光路法则无法对系统自身光信号强度的变化进行修正，因此进一步提高了透过率测量准确性。附图说明图1是本专利技术高温透过率测量装置的系统构成示意图。图2是图1所示中红外光源系统的组成示意图。图3是图1所示中平面反射镜组一的组成示意图。图4是精密温控炉的组成示意图。图5是图1所示中平面反射镜组二的组成示意图。图6是聚焦反射镜与探测器的关系示意图。图7是探测系统构成原理图。图8是本专利技术中透过率测量软件包的工作流程图。具体实施例方式下面结合附图及优选实施例对本专利技术作进一步说明。正如图1所示，本专利技术优选实施例的高温透过率测量仪由红外光源系统、平面反射镜组一、精密温控炉，平面反射镜组二、聚焦反本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光学材料高温透过率测试装置，包括红外光源系统、聚焦反射镜(5)，含有红外探测器(6?2)、前置放大器(6?3)、锁相放大器(6?4)和控制器(6?6)的光电探测处理系统，以及内置了透过率测量软件包的计算机，所述红外光源系统含有红外光源(1?1)、准直镜(1?4)、斩波器(1?5)和滤光片组(1?6)，滤光片组(1?6)包括一组中心波长不同的窄带滤光片，所述红外光源(1?1)发出的红外光经准直镜(1?4)准直成为与水平方向平行的平行光，该平行光由斩波器(1?5)调制成交变的红外光束，该红外光束经相应窄带滤光片变为单色红外光；其特征在于：还包括精密温控炉、平面反射镜组一和平面反射镜组二；?所述精密温控炉的左侧壁开有两个入射孔，右侧壁开有与两个入射孔一一对称的两个出射孔，两根刚玉管贯穿精密温控炉炉腔且两端头分别由相应的入射孔和出射孔中伸出，其中一支刚玉管用于放置样品；?所述平面反射镜组一与所述平面反射镜组二具有相同的结构，都含有电控平移台和表面相互平行的两个平面反射镜，两平面反射镜固连在于其对应的电控平移台上且与水平方向成45°夹角；?当所述平面反射镜组一移入测量光路，而所述平面反射镜组二位于测量光路之外时，所述单色红外光经平面反射镜组一反射进入一支刚玉管，由该刚玉管出射的单色红外光直接由所述聚焦反射镜聚焦到红外探测器的靶面上，当平面反射镜组一移出测量光路，而平面反射镜组二移入测量光路时，所述单色红外光直接进入另一支刚玉管，由该刚玉管出射的单色红外光经平面反射镜组二反射后由所述聚焦反射镜(5)聚焦到红外探测器(6?2)的靶面上；所述红外探测器(6?2)将光信号转换为电信号，该电信号经前置放大器(6?3)放大后，再经过锁相放大器(6?4)对相应频率的信号进行锁定和放大后送入计算机(6?5)；控制器(6?6)在计算机(6?5)的控制下驱动两个电控平移台进行相应的移动；?所述透过率测量软件包含有界面模块、控制模块、采集模块、计算模块和存储模块，界面模块的功能是，通过键盘接收测试人员设定的测量波长、?样品测量温度、样品名称；控制模块的功能是，根据设定的测量波长驱动滤光片组转动，使相应波长的窄带滤光片切入测量光路，根据测量时序向控制器发送相应电控平台的驱动指令；采集模块的功能是，采集锁相放大器输出的四组电压信号即测量光路一的一组背景电压值、测量光路二的一组背景电压值、测量光路一的一组测量电压值、测量光路二的一组测量电压值；计算模块的功能，根据式T＝(V2/V02)/(V1/V01)或T＝(V1/V01)/(V2/V02)计算出样品在当前温度、当前波长下的透过率T，其中，V01、V02分别为测量光路一、测量光路二的平均背景电压值，V1、V2分别为测量光路一和测量光路二的平均测量电压值，样品放入测量光路一时用前一计算式，而样品放入测量光路二时用后一计算式；存储模块的功能是，存储测量过程中的测量数据，并将透过率测量结果T存储为Excell文件。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王雷，许荣国，辛舟，阴万宏，谢毅，
申请(专利权)人：中国兵器工业第二零五研究所，
类型：发明
国别省市：
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