[发明专利]一种不透明材料的光谱发射率测量装置

说明书

本发明涉及一种不透明材料的光谱发射率测量装置，适用于测量金属、非金属材料表面法向光谱发射率，属于材料热物性参数技术领域。该装置包括环控箱、样品加热装置、黑体参考装置、傅里叶光谱仪、光栅光谱仪、平面镜、平移台、球面镜、旋转台、冷却水循环系统、抽真空系统和上位机。本发明实现了不透明材料法向光谱发射率的测量，该装置在真空和恒温条件下实现测量，减小了环境辐射和CO₂、H₂O等气体对测量结果的影响，提高了测量的准确度，同时实现两个光谱仪同时测量，拓宽了测量的波段范围。

技术领域

本发明涉及一种不透明材料的光谱发射率测量装置，适用于测量金属、非金属材料表面法向光谱发射率，属于材料热物性参数技术领域。

背景技术

材料光谱发射率是表征材料表面辐射特性的物理量，是重要的热物性参数之一。材料发射率的测量在现代科学技术和工业生产中扮演着越来越重要的角色，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。目前的材料发射率的测量，由于受环境辐射、CO₂和H₂O等气体吸收的影响，造成发射率测量的不准确性；受装置的影响，测量波段范围有限。本发明针对以上问题，设计了一种光谱发射率测量装置，对于材料光谱发射率的测量具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的是为了实现不透明材料在真空和恒温条件下的发射率测量，同时实现多波段和高低温条件下的测量，而提出了一种不透明材料的光谱发射率测量装置。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的。

一种不透明材料的光谱发射率测量装置，包括：环控箱、样品加热装置、黑体参考装置、傅里叶光谱仪、光栅光谱仪、平面镜、平移台、球面镜、旋转台、冷却水循环系统、抽真空系统和上位机。

连接关系为：平面镜、平移台、球面镜、旋转台位于环控箱中；平面镜固定在平移台上，通过平面镜的移动，切换傅里叶光谱仪和光栅光谱仪，完成中红外、近红外和可见光波段之间的测量；球面镜固定在旋转台上，通过旋转台的转动，切换样品加热装置和黑体参考装置之间的能量测量；样品加热装置用来加热样品，黑体参考装置提供发射率测量的参考信号；平移台、旋转台通过位移控制器连接上位机，傅里叶光谱仪、光栅光谱仪连接上位机，冷却水循环系统通过水管与环控箱连接，抽真空系统通过管路与环控箱连接。

所述平移台、旋转台通过位移控制器连接上位机，通过上位机控制平移台和旋转台的移动。

所述样品加热装置、黑体参考装置、平面镜、球面镜、光栅光谱仪光学镜头、傅里叶光谱仪光学镜头同轴同高安装；将球面镜倾斜固定在旋转台上，球面镜的中心正对黑体参考装置，通过球面镜将黑体参考装置的光反射到傅里叶光谱仪光学镜头中；上位机控制旋转台旋转，将球面镜的中心正对样品加热装置，通过球面镜将样品加热装置的光反射到傅里叶光谱仪光学镜头中，球面镜的旋转完成样品加热装置和黑体参考装置之间的切换；移动平移台，将平面镜的中心正对光栅光谱仪光学镜头，通过平面镜的光路转换，完成光栅光谱仪的光谱测量，移动平移台，保证平面镜不遮挡光路，完成傅里叶光谱仪的光谱测量，平面镜的切换完成傅里叶光谱仪和光栅光谱仪的测量，实现可见光、近红外和中红外波段的测量。

所述样品加热装置采用分体或者一体式结构，利用温度传感器控制温度；样品固定在样品加热装置上，样品的表面温度由热电偶、铂电阻或者比色测温仪测量，样品表面温度根据样品材料的不同而不同，具体温度以实际的测试温度为准。