[发明专利]高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置及方法，属于高温半透明材料热物性测量技术领域。

背景技术

半透明材料是指其光谱光学厚度在某个或若干个波段范围内为有限值的材料，在很多领域有着广泛的应用，如航天器外表面温控涂层、航天军事技术中导弹飞行器上的硫化锌窗口材料，军事目标红外辐射特性及遥感探测、太阳能利用、红外加热、温控涂层以及玻璃和陶瓷加工等。

半透明材料的折射率和吸收系数作为其重要的热辐射物性参数，是工程设计、热过程及辐射信号传输分析的基础输入数据，对相关工程技术和科学实验研究的发展非常重要。实验测量是获得半透明材料高温热辐射物性数据的基本手段。现有半透明材料高温热辐射物性测量方法存在过程复杂并且测量结果不可靠的缺陷。

发明内容

本发明目的是为了解决现有半透明材料高温热辐射物性的测量方法复杂并且测量结果不可靠的问题，提供了一种高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置及方法。

本发明所述高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置，它包括傅立叶红外光谱分析仪、数据处理系统、黑体光源B、旋转平台、黑体辐射加热器、黑体光源A、真空罐和循环水恒温套筒，

循环水恒温套筒套接于真空罐的外表面，并且循环水恒温套筒和真空罐相应面侧壁上并排设置第一测量窗口和第二测量窗口，黑体光源B、旋转平台和黑体光源A设置于真空罐内部，旋转平台的一侧相对于第一测量窗口，旋转平台的另一侧设置黑体光源A，旋转平台用于放置待测试件和黑体辐射加热器，黑体辐射加热器用于对待测试件进行辐射加热；黑体光源A的光轴通过第一测量窗口的中心；黑体光源B的光轴通过第二测量窗口的中心；

傅立叶红外光谱分析仪用于采集第一测量窗口或第二测量窗口射出的光谱辐射信号；傅立叶红外光谱分析仪的采集信号传输给数据处理系统。

它还包括水平导轨，傅立叶红外光谱分析仪设置在水平导轨上。

一种高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量方法，该方法基于高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置实现，它包括以下步骤：

步骤一：使傅立叶红外光谱分析仪对应于第一测量窗口，开启黑体光源A，采用傅立叶红外光谱分析仪采集黑体光源A的光谱辐射信号S₁；

步骤二：将待测试件放置于旋转平台上，转动旋转平台，使待测试件的测量表面法线方向与黑体光源A中线方向的夹角α为0°；开启黑体辐射加热器，将待测试件加热至预设定温度T并保持温度稳定，然后采用傅立叶红外光谱分析仪采集第一数据S₂，第一数据S₂由黑体光源A的光谱辐射信号S₁透过待测试件之后剩余的信号S₁′、待测试件的光谱辐射信号S_s和黑体辐射加热器的光谱辐射信号透过待测试件之后剩余的信号S₄′组成；

步骤三：关闭黑体光源A，并保持待测试件温度稳定，再采用傅立叶红外光谱分析仪采集第二数据S₃，第二数据S₃由黑体辐射加热器的光谱辐射信号透过待测试件之后剩余的信号S₄′和待测试件的光谱辐射信号S_s组成；

步骤四：取出待测试件，保持黑体辐射加热器当前加热温度不变，采用傅立叶红外光谱分析仪采集黑体辐射加热器的光谱辐射信号S₄；然后关闭黑体辐射加热器；

步骤五：开启黑体光源B，使其达到预定温度并保持稳定后，移动使傅立叶红外光谱分析仪对应于第二测量窗口，采集黑体光源B的光谱辐射信号S_b；

步骤六：由上述测量获得的所有光谱辐射信号数据，计算获得待测试件的测量表面法线方向与黑体光源A中线方向夹角α为0°时，待测试件的光谱方向表观发射率测量值ε(λ,α₁)；式中λ为光源的光谱波长，α₁＝0°；

步骤七：重复步骤一至步骤六，并依次使待测试件的测量表面法线方向与黑体光源A中线方向的夹角α为20°、40°、60°及80°，并依次计算获得待测试件的光谱方向表观发射率测量值ε(λ,α₂)、ε(λ,α₃)、ε(λ,α₄)和ε(λ,α₅)；式中α₂＝20°，α₃＝40°，α₄＝60°，α₅＝80°；