[发明专利]一种光谱发射率的瞬态测试系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种光谱发射率的瞬态测试系统与方法。

背景技术

光谱发射率是材料重要的热物性参数之一，表征了材料表面的光谱辐射能力，是光学测量、辐射热传递以及热效率分析的重要基础物性数据，在辐射测温、红外加热、遥测遥感、能源动力、航空航天等领域有着重要意义和广泛应用。

现有的光谱发射率的测试方法包括基于光谱发射率定义的直接测量法以及基于特定发射率模型的多光谱测试方法。

基于光谱发射率定义的直接测量法通过比较相同温度条件下被测材料和理想黑体的光谱辐射强度来计算特定温度下的光谱发射率，例如：(1)1999年，法国的Rozenbaum等人建立了一套采用二氧化碳激光器加热样品的测量半透明材料光谱发射率的系统，光谱范围10-12000cm^-1，温度范围600-3000K；(2)2004年，美国的Hanssen等人介绍了在美国NIST建立的一套光谱发射率的瞬态测试系统，光谱范围1～20μm，温度范围600-1400K；(3)2007年，国内的戴景民等研制了基于傅里叶光谱仪的材料光谱发射率测量单元，波长范围0.66～25μm，温度范围100～1500℃。

基于特定发射率模型的多光谱测试方法，通过构造发射率假设模型，利用多光谱测试数据，实现材料样品温度与发射率函数的同时反演。

现有技术存在的问题如下：基于光谱发射率定义的直接测量法，需对被测材料进行高温加热，在该方法中，光谱发射率的测量精度与被测材料表面温度的测量精度相关，因此光谱发射率的测量精度受被测材料表面温度的测量精度影响严重。

基于特定发射率模型的多光谱测试方法中光谱发射率假设模型对于不同材料的适用性问题仍然是光谱发射率测量中不可回避的重要问题，是该方法应用的局限性。

综上所述，现有的光谱发射率测量方法的材料高温加热与控制、高温样品温度准确的瞬态测试、样品表面光谱辐射强度的高精度测量有待解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的测试方法及系统对高温样品温度准确测量的依赖性、样品光谱发射率假设模型的局限性的问题。

为此目的，本发明提出一种光谱发射率的瞬态测试系统，该系统包括：

样品加热单元，用于对样品进行热辐射加热，所述样品为具有漫射表面的不透明材料；

判断单元，用于判断所述样品加热单元的加热时间是否达到预设加热时长，若达到预设加热时长，则停止所述样品加热单元的加热，样品自然冷却降温，否则不停止；

光谱辐射能量测量单元，用于对样品表面的多光谱辐射能量进行测量；

光谱发射率反演单元，用于根据多光谱辐射能量反演样品的光谱发射率与温度。

其中，所述光谱辐射能量测量单元与所述判断单元连接，所述判断单元停止所述样品加热单元的加热时向所述光谱辐射能量测量单元发送信号，所述光谱辐射能量测量单元接收到信号后开始测量样品表面的光谱辐射能量。

其中，所述样品加热单元包括：半球型密闭腔体、加热器、气压调节子单元及样品支架；

所述半球型密闭腔体曲面上开有一窗口，所述气压调节子单元安装在所述半球型密闭腔体底部。

其中，多个加热器均匀安装在所述半球型密闭腔体曲面内壁上构成热辐射源，所述热辐射源的多光谱辐射能量为预设值。

其中，所述加热器包括钨带石英灯、红外加热棒、电阻加热丝或石墨板。

其中，所述气压调节子单元包括真空泵或充气排气器。

其中，所述半球型密闭腔体曲面内壁表面均匀喷涂吸收涂层，所述吸收涂层的吸收率大于0.9。

其中，所述半球型密闭腔体曲面内壁设置有循环冷却水夹层。

本发明还提出一种光谱发射率的瞬态测试的方法，该方法包括：

S1.通过样品加热单元中的热辐射源对样品进行热辐射加热；

S2.通过判断单元判断所述样品加热单元的加热时间是否达到预设加热时长，若达到预设加热时长，则停止所述样品加热单元的加热，样品自然冷却降温，否则不停止；

S3.在所述样品自然冷却降温过程中，通过光谱辐射能量测量单元对样品表面的多光谱辐射能量进行实时测量，所述样品表面的多光谱辐射能量为样品表面的自发辐射能量；

S4.根据步骤S3测得的样品表面的多光谱辐射能量反演样品的光谱发射率与温度。