[发明专利]高温红外头罩不同厚度材料热辐射特性高效测量系统及方法

权利要求书

1.一种高温红外头罩不同厚度材料热辐射特性高效测量系统，其特征在于，包括傅里叶变换红外光谱仪、加热炉、黑体炉、温控巡检仪和数据采集及处理系统；

测量时，傅里叶红外光谱仪的探测镜头中心、加热炉中心以及黑体炉腔体中心设置在同一条水平线上；

黑体炉，用于发射黑体红外辐射；在测量工作过程中，调整黑体炉改变黑体温度，以发射不同黑体温度下的红外辐射；

加热炉，用于红外头罩样品加热；在测量工作过程中，调整加热炉的温度，为红外头罩样品材料提供不同温度；

温控巡检仪，用于检测和控制加热炉内的温度；

傅里叶红外光谱仪，用于获取透过红外头罩的黑体红外辐射；

数据采集及处理系统，用于采集傅里叶红外光谱仪的数据和温控巡检仪，并利用傅里叶红外光谱仪得到的信号计算得到材料在温控巡检仪所显示的温度下的法相光谱表观辐射强度。

2.一种高温红外头罩不同厚度材料热辐射特性高效测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、搭建权利要求1所述的高温红外头罩不同厚度材料热辐射特性高效测量系统；

步骤二、初始阶段，不启动加热炉，加热炉内不放置样品，启动黑体炉，设定黑体炉温度为T_b，用傅里叶红外光谱仪获取黑体的红外辐射L_obj；

步骤三、将红外头罩样品放置于高温加热炉内加热，待红外头罩样品材料温度达到指定温度T_win且分布均匀后，用红外探测器获取透过红外头罩样品材料的红外辐射L_tot；

步骤四、控制样品材料温度，使其温度保持T_win不变，改变黑体温度T_b状态下，重复步骤二与步骤三，获取多组黑体温度T_b,i状态下的红外辐射L_obj,i和L_tot,i；其中下标i表示第i次测量；

步骤五、当材料的温度不变时，其辐射特性参数为固定值，通过对试验结果的统计，利用最小二乘法拟合多组黑体温度T_b,i状态下的红外辐射L_obj,i和L_tot,i，进而得出温度T_win均匀分布的红外头罩样品材料的透过率τ_T,win和自身辐射L_T,win；

步骤六、沿厚度方向将红外头罩样品等分成n层，根据能量守恒关系获得单位厚度Δ的红外头罩样品材料的表观光谱透过率自身辐射并基于获得表观法向光谱发射率

步骤七、根据辐射传输逆问题求解算法，假设红外头罩样品材料的折射率为吸收系数为通过求解辐射传输方程计算得到该红外头罩样品材料的出射界面上任意角度的表观光谱辐射强度表观法向光谱发射率估计值以及表观光谱透过率估计值

步骤八、将步骤六得到的红外头罩样品材料的表观法向光谱发射率与表观光谱透过率和步骤七得到的红外头罩样品材料的表观法向发射率估计值与表观光谱透过率估计值代入如下目标函数计算公式，计算得到目标函数值F_obj；

步骤九、判断步骤八中的目标函数值F_obj是否小于设定阈值ξ，

若是，则步骤八中所假设的红外头罩样品材料的折射率吸收系数即为该的红外头罩样品材料的真实折射率、吸收系数；

若不是，则返回步骤七，根据逆问题算法更新的红外头罩样品材料的折射率吸收系数重新设定红外头罩样品材料的折射率和吸收系数重新计算，直至步骤八中的目标函数值F_obj小于设定阈值ξ，得到该的红外头罩样品材料的真实折射率吸收系数

结合步骤六，目前获得了温度为T_win的样品材料的自身辐射折射率吸收系数

步骤十、改变样品材料的温度T_win，重复步骤二至步骤九，以获得不同温度T_win,j下，单位厚度Δ红外头罩样品材料的折射率吸收系数与自身辐射其中下标j表示第j组测量；

通过计算得到单位厚度Δ红外头罩样品材料的不同方向的自身辐射

通过不同温度T_win,j下的样品材料的折射率吸收系数与自身辐射建立不同温度单位厚度Δ红外头罩材料的辐射物性数据库；

步骤十一、利用物理离散的思想，将待测红外头罩均匀分成m层厚度为Δ的薄层；使用红外热像仪测量，待测工况下，各个红外头罩薄层的温度，记为T_win,k，其中下标k＝1,2,…,m，表示第k个薄层；根据测量结果建立红外头罩的温度场，查询步骤十中建立的不同温度单位厚度Δ红外头罩材料的辐射物性数据库，得到各个红外头罩薄层的折射率、吸收系数、自身辐射分布场以及不同方向辐射分布场；进而得到红外头罩内不同位置处的折射率以及吸收系数，通过沿厚度方向叠加获取待测红外头罩的方向辐射强度以及方向发射率。