[发明专利]基于半球型前置反射器的多光谱发射率在线测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光谱发射率在线测量装置及方法。

背景技术

物体的发射率是描述物体热辐射性质的基本参数之一。其在航天航空、军事国防和工农业生产中都具有重要的作用。如卫星的热控、制导与隐身、太阳能利用、红外加热和辐射测温领域中都与材料发射率密不可分。国内外从事材料发射率的研究近年来取得了较大的进步，解决了实验室内光谱发射率测量问题。但现代军事技术、材料科学及能源科学急需能够在线发射率测量的设备，在此方面的研究还很少。

目前在线测量方法最实用的数转换黑体法和多光谱法，其他的方法难以满足在线测量发射率的实际需要。转换黑体法基本原理是在试样上钻孔或加反射罩，使被测材料逼近黑体或变为黑体，使得在同一温度下用同一探测器分别测量黑体及样品的辐射功率，从而得到材料发射率，这种方法会造成被测材料的损坏，并且检测精底较低；多光谱辐射测温法是利用多个光谱下的物体辐射亮度测量信息，经过数据处理得到物体的真实温度及光谱发射率。其优点是：可直接测量发射率，检测速度快，便携等；缺点是：只适用于较小尺寸的样品，易对被测材料造成破坏，需在目标周围安装一些辅助工具。

发明内容

本发明是为了解决现有光谱发射率在线测量方法的检测精度较低、易对被测材料造成破坏的问题，从而提供一种基于半球型前置反射器的多光谱发射率在线测量装置及方法。

基于半球型前置反射器的多光谱发射率在线测量装置，它包括多光谱仪、光学瞄准探头、半球型前置反射器、导轨和支撑架，导轨的两端固定在支撑架上，导轨的主体水平设置，且位于待测试件的上方；半球型前置反射器为下开口结构，半球型前置反射器的顶面开有光辐射孔，所述半球型前置反射器的球面底部与导轨滑动连接；光学瞄准探头悬挂在待测试件的正上方，且所述光学瞄准探头的探测面面向待测试件的上表面；光学瞄准探头的探测面与待测试件的上表面的距离大于半球型前置反射器的高度；多光谱仪的信号输入端与光学瞄准探头的信号输出端连接。

基于上述装置的基于半球型前置反射器的多光谱发射率在线测量方法，它由以下步骤实现：

步骤一、将半球型前置反射器平移至待测试件的正上方，采用光学瞄准探头对准并探测半球型前置反射器顶面的光辐射孔的辐射光束，

根据公式：

L₁(λ，T)＝f(ε(λ，T))L(λ，T)

获得垂直于待测试件平面方向的辐射亮度L₁(λ，T)，式中：f(ε(λ，T))是半球型前置反射器空腔有效发射率函数；L(λ，T)是待测试件表面在相同条件下黑体的辐射亮度；

步骤二、将半球型前置反射器平移出光学瞄准探头探测面的探测范围，采用光学瞄准探头直接探测待测试件上表面的辐射光束，并根据公式：

L₂(λ，T)＝ε(λ，T)L(λ，T)

获得垂直于待测试件所在平面方向的辐射亮度L₂(λ，T)，式中ε(λ，T)是试件表面的法向光谱发射率，L(λ，T)是待测试件表面在相同条件下黑体的辐射亮度；

步骤三、根据公式：

Vλi,R=R(λi)L1(λi,T)]]>

获得光路中加入半球型前置反射器情况下多光谱仪在波长λ_i下的电压输出值

根据公式：