[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

说明书

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，属于热辐射测量技术领域。为了解决现有的采用数值模拟方法存在因为受到待测材料厚度以及测量误差的影响较大导致的重建结果精度交叉的问题。本发明沿辐射传递方向将红外头罩试件等分，根据辐射传输原理和能量守恒关系依次得到透过头罩材料第1层、第1～2层、……、1～n层的总辐射；随后基于能量法推演出厚度为Δ且温度为T的红外头罩材料的透过率和自身辐射与整个红外探测头罩的透过率和自身辐射之间所满足的代数关系。通过实验测量出厚度x的红外头罩的透射率和自身辐射等热辐射特性，基于代数关系计算单位厚度材料的的热辐射特性数据。主要用于获得红外头罩的热辐射特性。

技术领域

本发明属于热辐射测量技术领域，具体涉及一种高温红外头罩不同厚度材料热辐射特性测量方法。

背景技术

飞行器在大气层内超高声速飞行时，高温红外头罩迅速成为红外探测系统气动热辐射效应的主要因素。高温使红外头罩自身热辐射增加，红外头罩表面的辐射主要集中于红外波段，高温激波气体和红外头罩产生强烈的气动热辐射效应，对探测器形成辐射干扰，对目标的红外信号形成干扰，使探测器背景亮度增加，降低目标的探测信噪比，降低了系统对目标的检测和跟踪能力，甚至导致红外探测器饱和而不能准确分辨来自目标的信号，引起目标探测、跟踪与识别能力的减弱，使红外探测系统成像质量下降。

目前对红外头罩材料的测量研究多集中在强度、硬度﹑熔点、折射率、热导率和耐腐蚀等物理化学性能，而透过率、衰减系数等热辐射传输特性的研究较少，高温状态的数据更少，影响甚至制约了高温红外光学窗口的气动热辐射效应研究的发展，阻碍了红外探测系统在高超声速飞行器领域的应用。

传统的红外头罩辐射特性测试方法针对同一种材料，材料厚度改变时需要开展一次乃至多次重复性实验，每次实验的温度等环境工况不能保证完全一致，红外头罩材料辐射特性测量值与真实值误差较大且造成额外的实验成本浪费。传统的思路为采用数值模拟的方法包括离散坐标法、有限体积法等对实际情况进行模拟，结合不同角度的表观辐射强度测量结果，反演重建介质内部的辐射特性场，如吸收系数场、折射率场等。重建过程受到测量误差等影响较大，且重建的精度随着介质的厚度增加而降低。因此急需一种在高温状态下实现不同厚度红外头罩材料热辐射特性一次性测量的方法，更加高效地建立高温红外头罩传输特性量化模型。

发明内容

本发明为了解决现有的采用数值模拟方法存在因为受到待测材料厚度以及测量误差的影响较大导致的重建结果精度交叉的问题。

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，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。

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，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；