[发明专利]一种热红外发射率测定装置及其测定方法

说明书

技术领域

本发明属于红外光发射率测定技术领域，涉及一种热红外发射率光谱的测定装置及方法。

背景技术

月表热红外辐射能力取决于目标的温度和红外光谱发射率。物体的发射率表示物体发射热辐射的能力，发射率光谱准确的测量在月球热红外科学研究和应用领域具有重要作用。现有的发射率测量技术主要是在地球环境中对月表模拟样品或者Apollo样品进行测量，但是地球环境中水汽和二氧化碳等对热红外发射率光谱测量结果有较大影响。解决这一问题的办法有两个，一是在模拟月球环境中测量样品的发射率光谱，二是在对红外光谱不产生影响的气体中测量发射率光谱。

Thomas(2012)利用双真空装置模拟月表环境测量了石英的发射率，波长范围为7-13μm，光谱分辨率为0.1μm。结果表明模拟月球环境与实验室环境比较，光谱对比度增大，CF位置向短波方向移动。虽然这种测量装置测量精度较高，但测量过程复杂，测量装置成本较高，不适合大量多次测量。惰性气体(例如氮气)对于红外光谱不产生干扰，因此可以将惰性气体注入密闭装置，同时利用液氮制冷，这样不需要真空模拟月球环境，就可以实现模拟月球热交换环境，同时可以排除大气中的水和二氧化碳对红外光谱的影响，节约测量成本，方便多次测量。

发明内容

为了解决现有技术在模拟月球表面测量环境进行测量时存在的上述不足，本发明提供了一种热红外发射率测定装置及其测定方法。

一种热红外发射率测定装置，由第一层圆柱体1-1、套于第一层圆柱体1-1内的第二层圆柱体1-2和底座1-3组成双层中空的密封圆柱体结构，第一层圆柱体1-1与第二层圆柱体1-2之间中空，第二层圆柱体1-2内部中空且内壁涂抹高发射率吸收黑体漆，使其内壁成为黑体，第一层圆柱体1-1上方开有第一液氮注入孔2，装置侧面中部开有物镜口4和进线孔5，物镜口4用于光谱仪物镜的放置，进线孔5用于光谱仪冷热黑体6供电线和光谱仪连接线的接入。

本发明所提供的一种热红外发射率测定装置的优选技术方案中还包括抽屉式样品盛放盘9，并且在装置侧面下部开有与样品盛放盘9大小相适应的盛放盘插入口8，使样品盛放盘9中盛装的待测样品或金板位于光谱仪物镜下；样品盛放盘9表面涂抹高发射率吸收黑体漆，使其成为黑体，样品盛放盘9侧壁和底部为内部中空结构，，样品盛放盘5侧壁上方设有第二液氮注入孔11。

本发明进一步优选为：第一层圆柱体1-1与第二层圆柱体1-2之间中空内缠绕多圈圆柱体铜圆环3，第一液氮注入孔2与圆柱体铜圆环3相通。本优选方式利用铜圆环的设置减少对液氮的使用量。

本发明进一步优选为：样品盛放盘9侧壁和底部为内部中空结构缠绕多圈盛放盘铜圆环10第二液氮注入孔11与盛放盘铜圆环10相通。本优选方式利用铜圆环的设置减少对液氮的使用量。

本发明进一步优选为：装置侧面中部还开有充气孔7，方便向第二层圆柱体1-2内部的中空内充入氮气。

本发明进一步优选为：底座1-3为可拆卸结构，方便快速测量时使用。

本发明中利用所述热红外发射率测定装置的测定热红外发射率的方法，包括以下步骤：

a、连接光谱仪和热红外发射率测定装置，将光谱仪物镜通过物镜口4放入热红外发射率测定装置中，密封物镜口4，将光谱仪冷热黑体6放入热红外发射率测定装置中，将热红外发射率测定装置与光谱仪之间的连接线和光谱仪冷热黑体6的供电线穿过进线孔5，密封进线孔5，预热光谱仪；

b、从热红外发射率测定装置的第一液氮注入孔2向装置内注入液氮，将测定装置冷却到小于150K；

c、向第二层圆柱体1-2内部中空内注入氮气，并保证装置内的氮气压力高于大气压；

d、将光谱仪冷热黑体6的温度分别设置为低于和高于样品的温度T₁和T₂，测量将光谱仪冷热黑体6放入装置中后光谱仪接收的辐射总量V_BB(λ,T₁)和V_BB(λ,T₂)，根据式(1)计算光谱仪响应函数F(λ)，

式(1)中B_BB(λ,T₁)是利用辐射波长λ和光谱仪冷热黑体温度T₁时基于普朗克定律计算得到的辐射量，B_BB(λ,T₂)是利用辐射波长λ和光谱仪冷热黑体温度T₂时基于普朗克定律计算得到的辐射量；