[发明专利]一种低温光谱发射率测量系统

权利要求书

1.一种低温光谱发射率测量系统，其特征在于包括反射镜真空仓及连接于反射镜真空仓上的光路传输管道，光路传输管道的辐射信号输入端设有沿管道径向分布的变温黑体、低温样品炉和低温参考黑体，该变温黑体、低温样品炉和低温参考黑体一侧的光路传输管道内设有用于实现变温黑体、低温样品炉和低温参考黑体辐射信号切换的平面反射镜，变温黑体、低温样品炉和低温参考黑体另一侧的光路传输管道内设有用于实现辐射信号调制的低温斩波器，反射镜真空仓内的真空平移台上设有并排固定的椭球面反射镜和标准辐射计，通过移动真空平移台实现椭球面反射镜和标准辐射计之间的切换，光路传输管道的信号输出端设有傅立叶红外光谱仪，该傅立叶红外光谱仪通过信号传输线与锁相放大器连接，通过低温斩波器实现低温辐射信号的斩波调制，并经过锁相放大器放大后输入傅立叶红外光谱仪进行傅立叶变换得到增强的红外辐射信号，从而有效减少噪声带来的影响。

2.根据权利要求1所述的低温光谱发射率测量系统，其特征在于：所述变温黑体、低温样品炉中样品和低温参考黑体均作为测量系统的辐射源，该变温黑体、低温样品炉和低温参考黑体共用一套真空系统，其真空度为5×10^-4Pa，其中低温样品炉具有单独的样品真空仓，该样品真空仓通过一个高真空插板阀与光路传输管道连接，当需要更换样品时，关闭高真空插板阀，放掉样品真空仓中的真空后更换样品，更换样品完成后再闭合样品真空仓，采用机械泵将样品真空仓真空度抽到低于10Pa，打开高真空插板阀使样品处于与变温黑体和低温参考黑体同等的真空环境中；所述变温黑体的温度范围为-100～150℃，采用液氮对该变温黑体的腔体进行降温，并采用高精度的电阻丝进行调温和控温，变温黑体的腔体采用无氧铜以增加腔体的温度均匀性，该腔体内壁喷涂发射率大于0.9的黑漆；所述低温样品炉加热主体采用高精度电阻丝加热，采用缠绕有液氮管道的球壳对加热主体进行浮冷降温，球壳内壁做粗糙处理并喷涂高发射率黑漆，采用高精度电阻丝对加热主体进行精细调温，用于实现样品-60～150℃范围内的高精度控温；所述低温参考黑体采用镂空的无氧铜结构，无氧铜内部用于储存液氮，低温参考黑体的腔体一直处于液氮环境中，使得该腔体温度稳定在-196℃。

3.根据权利要求1所述的低温光谱发射率测量系统，其特征在于：所述平面反射镜通过安装底座安装于高真空步进电机上并与高真空步进电机的输出轴同轴连接，该平面反射镜的镜面与步进电机的输出轴呈45°倾斜设置且能够实现平面反射镜0～180°旋转，通过旋转平面反射镜角度能够实现样品、变温黑体和低温参考黑体辐射信号的切换，平面反射镜的安装底座通过无氧铜材料的导热带与参考黑体中的液氮容器相连，用于实现对平面反射镜的降温，以使得平面反射镜的温度低于-100℃，该平面反射镜采用高导热、低膨胀系数的铝材料制成。

4.根据权利要求1所述的低温光谱发射率测量系统，其特征在于：所述低温斩波器包括低温斩波片、腔内转轴、双轴输出伺服电机、腔外转轴、常温斩波片、U型光电开关和控制器，其中低温斩波片处于光路传输管道内，该低温斩波片与伺服电机一侧输出轴通过腔内转轴同轴连接，低温斩波片安装于光路传输管道的热沉内，管道的热沉与低温斩波片之间通过热辐射达到热平衡状态，以实现对低温斩波片的降温，微弱辐射光信号经旋转的低温斩波片被均匀地调制成交变的辐射光信号；伺服电机、常温斩波片和U型光电开关均处于真空腔外，该常温斩波片与伺服电机另一侧输出轴通过腔外转轴同轴连接，常温斩波片周边设有用于实时监测常温斩波片转动频率的U型光电开关，由于低温斩波片与常温斩波片同轴连接，故低温斩波片与常温斩波片具有相同的转动频率，通过将U型光电开关采集的低温斩波片的转动频率输入控制器并转化成能够被锁相放大器识别的交变参考电信号，从而使得锁相放大器完成对待测目标辐射信号的识别和放大。