[发明专利]一种基于太阳能模拟器加热的不透明固体材料法向发射率测量装置及测量方法

说明书

一种基于太阳能模拟器加热的不透明固体材料法向发射率测量装置及测量方法，涉及一种法向发射率测量装置及测量方法。目的是解决不透明固体材料高温法向发射率测量方法准确性差的问题。本发明通过太阳能模拟器直接加热样品，避免了常规高温测量光路中光学窗口导致的多次反射对测量信号的干扰，红外热像仪保证待测样品温度均匀；在测量发射光谱之前先对其背景光谱进行测量，在计算中将该背景光谱从发射光谱中减去，去除了背景信号的干扰，通过校准系数的测量，消除了测量光路之间可能存在的测量偏差。设置的玻璃屏能够减弱光源的杂散辐射。本发明能够准确地计算不透明固体材料的高温法向发射率。本发明适用于不透明固体材料的高温法向发射率测量。

技术领域

本发明涉及一种法向发射率测量装置及测量方法。

背景技术

随着航空航天领域的发展，金属材料及防隔热材料的高温应用受到越来越多的关注。由于高温条件下辐射传热占主导，因此不透明固体材料高温下的发射特性研究对于热辐射传输及材料性能优化等领域具有重要意义，故开展针对不透明固体材料高温法向发射率测量方法的研究迫在眉睫。

但在目前已开展的研究中，采用封闭式高温炉体加热方式需配备光学窗口，由窗口和样品组成的光路系统内会存在测量信号的多次反射，使得测量信号与实际情况不符；并且现有研究中，没有对待测样品表面的温度分布情况进行具体考虑，也没有将测量辐射强度信号中的背景信号去除，则会使测量结果与实际存在偏差。因此现有研究中样品法向发射率光谱的提取的准确性差。

发明内容

本发明为了解决现有不透明固体材料高温法向发射率测量方法准确性差的问题，提出一种基于太阳能模拟器加热的不透明固体材料法向发射率测量装置及测量方法。

本发明基于太阳能模拟器加热的不透明固体材料法向发射率测量装置由太阳能模拟器、玻璃屏、高温样品支架、热电偶、滑轨、红外热像仪、抛物面反光镜、傅里叶红外光谱仪、黑体炉、反光镜底座、样品出射面遮挡装置和热像仪底座构成；

所述样品出射面遮挡装置由前挡板、后挡板和双轨滑道构成；所述前挡板为板状，前挡板中部为空腔，前挡板侧部设置有与空腔连通的冷却水进水管和冷却水出水管；后挡板为板状，后挡板中部为空腔，后挡板侧部设置有与空腔连通的冷却水进水管和冷却水出水管；前挡板和后挡板分别设置在两条平行的双轨滑道之间，前挡板设置于双轨滑道的其中一个滑道内，后挡板设置于双轨滑道的另一个滑道内；前挡板中心设置有垂直于前挡板板面的第一圆形通孔，后挡板中心设置有垂直于后挡板板面的第二圆形通孔；

所述太阳能模拟器、玻璃屏、高温样品支架和样品出射面遮挡装置依次设置在滑轨一侧，太阳能模拟器远离滑轨设置；样品出射面遮挡装置中前挡板朝向高温样品支架设置；黑体炉设置在滑轨另一侧，热像仪底座和反光镜底座并列设置在滑轨上；傅里叶红外光谱仪设置在滑轨的设置有反光镜底座一端；玻璃屏中心设置有光通过圆孔，太阳能模拟器的光束出口朝向玻璃屏的光通过圆孔设置；抛物面反光镜设置在反光镜底座上，反光镜底座上表面垂直固接有反光镜转动轴，抛物面反光镜的支架套设在反光镜转动轴上；傅里叶红外光谱仪的光束入口朝向抛物面反光镜设置；红外热像仪设置在热像仪底座上；所述高温样品支架为环形，高温样品支架内设置有待测样品，红外热像仪一侧的待测样品表面上设置有热电偶；第一圆形通孔的直径为50～60mm；

所述玻璃屏为板状中空石英玻璃，玻璃屏的侧边设置有冷却水进水管和冷却水出水管；

所述高温样品支架为金属材质，高温样品支架的环形内表面与样品之间设置有隔热材料；其中，高温样品支架用于固定圆片状样品，样品的厚度为0.1～1mm；高温样品支架为金属材质，高温样品支架与样品之间通过隔热材料分隔开，隔热材料的热导率低，减少了样品的径向热损耗；同时环形的高温样品支架其具有使样品圆周上的热应力与机械应力均匀分布的优点；力均匀分布能够防止样品加热过程中发生变形，保证测量时样品表面为平面，不会对测量方向产生影响。