[发明专利]一种红外光谱辐射能量测量装置及其标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外隐身涂层材料红外光谱发射率测量，具体涉及一种用于材料红外光谱发射率测量的红外光谱辐射能量测量装置及其标定方法。

背景技术

红外发射率、红外发射光谱等辐射特性在评价隐身材料、诱饵涂层材料性能时，是非常重要的指标数据。在进行红外隐身涂层等材料的红外光谱发射率测量时，最主要的内容就是利用红外光谱辐射能量测量装置准确测量被测物体在指定温度下的红外波段辐射能量。对红外光谱辐射能量测量系统进行标定，使之具有良好的测量线性度，能够准确反映指定温度下各波段的光谱能量分布，是材料红外光谱发射率测量结果准确可靠的前提。通常，测量红外光谱辐射能量测量装置，采用单色仪等分光仪器分成窄波段的光谱配合红外探测器或采用傅里叶红外光谱仪进行测量。但是，由于受到光路系统能量损失、红外探测器信号输出非线性等因素影响，直接进行测量输出的结果准确度，不能满足测量要求。

发明内容

为了解决红外隐身涂层等材料的红外光谱发射率测量中红外光谱能量信号测量水平不高的问题，本发明提供一种红外光谱辐射能量测量装置及其标定方法。

本发明所述的一种红外光谱辐射能量测量装置，其包括光栅单色仪、红外探测器、锁相放大器和斩波器；其中，斩波器置于光栅单色仪的入射狭缝前10～20mm，红外探测器紧邻光栅单色仪的出射狭缝；锁相放大器与斩波器、红外探测器相连，对红外探测器产生的交流信号进行放大处理。

本发明所述的一种红外光谱辐射能量测量装置的标定方法，其包括如下步骤：

（a）将黑体辐射源一稳定在设定的温度T1，将黑体辐射源二稳定在设定的温度T2，使黑体辐射源一的辐射能量和黑体辐射源二的辐射能量分别射入光栅单色仪（6）的入射狭缝；温度T1、T2高于室温100℃以上；

（b）斩波器置于光栅单色仪的入射狭缝前10～20mm，红外探测器紧邻光栅单色仪的出射狭缝；

斩波器以设定的固定频率反复遮挡黑体辐射源一或黑体辐射源二的辐射能量，使辐射能量以固定的频率通、断；通的时候红外探测器测量的是黑体辐射源一或黑体辐射源二的辐射能量；断的时候，红外探测器测量的是斩波器的辐射能量，由于斩波器以固定频率遮挡黑体辐射源一或黑体辐射源二的辐射能量，且黑体辐射源一或黑体辐射源二的温度远高于室温，而斩波器的温度为室温，所以红外探测器上产生频率稳定的交流电信号；

（c）锁相放大器与斩波器、红外探测器相连，对红外探测器产生的交流信号进行放大处理，再传输给数据采集处理系统；

数据采集处理系统每次采集100～300个交流电信号数据取平均值，改善信噪比参数；同时，计算得黑体辐射源一及黑体辐射源二的输出电压U₁、U₂；

输出电压U₁反映的是黑体辐射源一在指定方向的有效光谱辐射能量L_eff(λ,T₁)与斩波器表面的有效光谱辐射能量L_meff(λ,T_am)之差；其中，λ为光栅单色仪分光获得的波长，T_am为斩波器的温度、即室温，

U₁=[L_eff(λ,T₁)-L_meff(λ,T_am)]·η(λ)·R(λ)·Δλ  (1)

式（1）中：R(λ)为红外探测器的光谱响应度，η(λ)为光栅单色仪的光谱效率，Δλ为光栅单色仪分光获得的波长带宽；

相应地，输出电压U₂反映的是黑体辐射源二在指定方向的有效光谱辐射能量L_reff(λ,T₂)与斩波器表面的有效光谱辐射能量L_meff(λ,T_am)之差；其中，λ为光栅单色仪分光获得的波长，T_am为斩波器的温度、即室温，

U2=[L_reff(λ,T₂)-L_meff(λ,T_am)]·η(λ)·R(λ)·Δλ  （2）；

式（2）中：R(λ)为红外探测器的光谱响应度，η(λ)为光栅单色仪的光谱效率，Δλ为光栅单色仪分光获得的波长带宽；

一定温度下黑体辐射源一及黑体辐射源二的辐射能量M₁及M₂应满足普朗克定律，分别为：