[发明专利]一种低温光谱发射率测量系统

说明书

本发明公开了一种低温光谱发射率测量系统，其包括变温黑体、低温样品炉、平面反射镜、低温参考黑体、低温斩波器、光路传输管道、反射镜真空仓、标准辐射计、椭球面反射镜、样品真空仓、低温光阑、金刚石窗片、傅立叶红外光谱仪、锁相放大器和信号传输线，通过低温斩波器实现低温发射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，从而有效减少噪音带来的影响。本发明能够对低温辐射信号进行低温斩波调制，并进行锁相放大，减小了测量系统噪声的影响；本发明将斩波调制技术与傅立叶变换技术相结合，极大地提高了测量系统的信噪比。

技术领域

本发明属于光度学、辐射度学以及辐射测温技术领域，具体涉及一种低温光谱发射率测量系统。

背景技术

发射率是材料重要的热物性参数之一，材料在低温下的光谱发射率数据对于航空航天、核装置、医药卫生以及军事等领域都具有重要意义。然而当温度较低时，材料向外辐射的能量非常微弱，而仪器较大的背景噪声会极大地增加测量的难度。目前低温材料的光谱发射率测量方法有反射法和直接测量法，由于反射法测量受到材料表面粗糙程度的限制，测量范围有限，测量精度不高，不能满足航空航天等高精尖领域的需求。因此主要的研究方向集中在采用直接测量法得到低温材料的光谱发射率，即通过测量相同条件下的样品和标准黑体的光谱信号，结合一定的算法得到低温材料准确的光谱发射率。该方法面临的问题是一般仪器的背景辐射噪声要比低温下材料的辐射信号大很多，因此测量信号很容易淹没在噪声之中，无法得到准确的测量数据。为了解决背景噪声所带来的影响，国内外一般通过降温的方式来减小背景噪声的影响，但测量光路中部分测量部件(如傅立叶红外光谱仪)在低温下无法正常工作，而研制开发能够在低温环境下使用的光谱仪难度太大，成本太高。

对辐射光信号进行斩波调制，再对测量的电压信号进行锁相放大是一种有效减小仪器噪声影响的方法，该方法经常用于中高温光谱发射率的测量。在低温下测量光谱发射率时，如果斩波片的温度高于待测样品，则斩波片自身的热辐射会导致测量结果可靠性不高。因此将斩波调制技术应用与低温光谱发射率测量系统需要使斩波片的温度小于待测样品。

发明内容

本发明的目的是针对各领域对低温材料光谱发射率的需求，结合低温斩波调制技术提出了一种能够有效减小背景辐射噪声影响的低温光谱发射率测量系统。

本发明为实现上述目的采用如下技术方案，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。