[发明专利]一种材料法向光谱发射率测量装置

说明书

本发明涉及一种材料法向光谱发射率测量装置，具备：腔体，设置于所述腔体内的两个相对称且开口相向的部分椭圆形状的反射罩、两个红外加热器、和样品，两个所述反射罩具有一个共用焦点，所述样品设于所述共用焦点处，所述两个红外加热器分别设于两个所述反射罩的非共用焦点处；设置于与所述样品正对的所述腔体的顶部或/和底部的观测窗口；设置于所述腔体外与所述观测窗口对应位置处的光学系统；与所述光学系统连用的傅立叶红外光谱仪；与所述傅立叶红外光谱仪连接的计算机。本装置能测量的固体样品温度可达到2000K，熔体样品温度1373K。光谱范围0.25‑25μm（KBr窗口片）。

技术领域

本发明涉及材料热物性测量技术领域，特别涉及一种材料法向光谱发射率测量装置，适用于测量固体、熔体材料的法向光谱发射率。

背景技术

发射率是材料热物性的一个重要表征参数发射率的精确测量对军事、化工、建筑、医疗、航空航天等领域的发展有重大作用，在数值仿真方面也起着重要作用。近年来，对材料法向光谱发射率的研究越来越多，而材料法向光谱辐射率的测量对光谱辐射表面的材料和涂层的研究也尤为重要。例如在航空航天领域中，在飞行器进入太空之前和离开太空之后的一段时间内，飞行器表面由于与空气摩擦导致温度急剧升高，表面涂层的发射率大小会决定表面的辐射散热的多少，影响飞行器的散热效果，因而对涂层发射率的准确测量在飞行器防护结构热设计过程中尤为重要。

目前，材料的发射率测量方法分为直接式测量和间接式测量两种。其中，直接式测量方法又包括量热法和能量法等；间接式测量方法分为反射法和多波长法等。应用最为广泛的测量方法为能量法，原理简单即对黑体和样品进行加热，使二者达到同样温度，测量样品的辐射力与黑体的辐射力之比。应用典型的能量法为分离黑体法，伴随傅立叶红外光谱仪的发展，采用傅立叶红外光谱仪测量发射率也得到越来越广泛的应用。

基于傅立叶红外光谱仪的能量法是近年来的主要发展方向，也代表了发射率测量的最高水平。现有的测量装置加热方式首先是电加热，控制性好，加热速度温和与加热效率高等优点，但是电加热温度上限一般不超过800℃，其次激光加热方式虽然可以达到较高温度，但激光光束很小，导致样品加热过程中热量损失严重，温度均匀性不高。所以，对温度范围测量上限高，加热均匀的发射率测量装置的研究非常重要。

发明内容

发明要解决的问题：

本发明目的在于提供一种能够测量宽温度和宽光谱范围且加热均匀的材料法向光谱发射率测量装置。

解决问题的手段：

一种材料的法向光谱发射率测量装置，具备：腔体；设置于所述腔体内的两个相对称且开口相向的部分椭圆形状的反射罩、两个红外加热器和样品，两个所述反射罩具有一个共用焦点，所述样品设于所述共用焦点处，所述两个红外加热器分别设于两个所述反射罩的非共用焦点处；设置于与所述样品正对的所述腔体的顶部或/和底部观察窗口（其中，顶部用于光路测量窗口，底部属于备用窗口，可与其他设备连接用，这里不做说明（也可只设一个窗口用于观察），底部窗口不使用状态可用挡光板挡住）；设置于所述腔体外与所述观测窗口对应位置处的光学系统；与所述光学系统联用（连用）的傅立叶红外光谱仪；与所述傅立叶红外光谱仪联用的计算机。

本发明中，样品位于两椭圆灯罩的公共焦点处，样品加热温度由灯管加热功率和灯管与样品间的距离所决定。本装置能测量的固体样品温度可达到2000K，熔体样品温度1373K。光谱范围0.25-25 μm（KBr窗口片）。

根据本发明，样品位于两个部分椭圆形的反射罩的共用焦点处；两个红外加热器分别安放于两个部分椭圆形的反射罩的非共用焦点处，红外加热灯管的长度与样品一致，由此，在椭圆形灯罩的反射下，可使红外加热器对样品加热均匀，加热效率高，加热速度快，减小了由于温度测量不准而引起发射率测量的误差。且本发明的材料法向光谱发射率测量装置的辐射能测量系统为傅立叶红外光谱仪，能同时测量记录所有谱元信号，高的信噪比和分辨率。