[发明专利]一种高温可见-红外光谱测量装置和测量方法

权利要求书

1.一种高温可见-红外光谱测量装置，其特征在于，包括光源组件、光路组件、控温组件、光谱测量组件和控制组件，其中：

(1)所述光源组件为超快脉冲激光器，数量为一台或多台，激光波长范围覆盖0.4～4.8μm波段，激光脉宽2ns，重复频率为0.1～2MHz，单脉冲能量≥0.5nJ/nm；

(2)所述光路组件用于提高激光光束的准直性，进一步聚焦缩小光斑面积及调整光束方向，包括光纤准直器、分色镜、离轴抛物面反射镜、光束提升器、不同孔径的精密针孔、偏振镜，所述离轴抛物面反射镜的有效焦距≥20mm，表面镀有保护膜并在0.4～4.8μm范围上平均反射率＞96％，所述精密针孔采用通光孔可调的光阑，光阑孔径范围10～100μm，所述偏振镜的偏振波长为0.4～4.8μm；

(3)所述控温组件包括控温构件、运动构件和快门屏蔽构件，所述控温构件用于将测试样品加热并维持在指定温度，加热温度范围为1000～1500℃，工作距离＞15mm，控温精度小于±2℃，所述运动构件可沿三维方向移动，移动距离≥10mm，用于调整测试样品的测量距离，所述快门屏蔽构件用于将处于高温下的测量样品与光路组件和光谱测量组件物理隔离，保护光路组件的稳定性和光谱测量组件的安全性，所述快门屏蔽组件的通光孔直径为0.1～10mm，快门的响应时间≤10ms，快门的工作温度≤50℃；

(4)所述光谱测量组件包括光栅构件和光谱仪，用于测量光源反射和透过测试样品的光谱，其特征在于响应时间≤25ns，测量范围覆盖并大于0.4～4.8μm波段；

(5)所述控制组件包括时序控制构件，用于采集光源组件的信息、控制快门屏蔽构件的开启以及控制光谱测量组件的测量过程，其特征在于时序控制构件与光源组件、快门屏蔽构件和光谱测量组件相连接。

2.如权利要求1中所述的一种高温可见-红外光谱测量装置，其特征在于，所述光路组件中的分色镜和离轴抛物面反射镜与控温组件中控温构件的距离≥15mm。

3.如权利要求1中所述的一种高温可见-红外光谱测量装置，其特征在于可使用一台或多台光谱仪，光谱仪可采用光栅光谱仪或阵列光谱仪。

4.如权利要求1中所述的一种高温可见-红外光谱测量装置，其特征在于，所述时序控制构件可采用高速数据采集卡或高速锁相放大器，所述时序控制构件的数据采集频率为光源组件脉冲频率的1000～5000倍。

5.一种如权利要求1～4任一项所述的高温可见-红外光谱测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：光路聚焦与调整；

S1-1：按照图1所示放置并连接各个构件，将测试样品放置并固定在控温构件上；

S1-2：打开控制组件，并由其开启光源组件和快门屏蔽构件，调整分色镜的位置和角度，使其对入射的激光光束透射，对由测试样品反射的光束反射；调整偏振镜的角度，使激光全部通过；调整离轴抛物面反射镜和控温构件位置，使光斑处于测试样品表面且光斑聚焦到最小；

S1-3：取下测试样品，打开光谱测量组件，选择适当尺寸的精密针孔并调整快门屏蔽构件、精密针孔和离轴抛物面反射镜的位置，调整偏振镜的角度，确保激光光束可全部进入光谱测量组件；

S1-4：关闭光源组件、快门屏蔽构件和光谱测量组件；

S2：测试样品加热与保温；

S2-1：将测试样品放置并固定在控温构件上；

S2-2：启动控温构件，将测试样品加热至指定温度并保温待其温度稳定；

S3：透射/反射光谱测量；

S3-1：打开光源组件、快门屏蔽构件和光谱测量组件，控制组件实时采集光源组件的脉冲时序和脉冲能量信息；

S3-2：激光光束经光纤准直器进一步准直后，由离轴抛物面反射镜进行聚焦并改变光束方向，使聚焦后的光束通过偏振镜、精密针孔和快门屏蔽构件后抵达测试样品表面；

S3-3：透射的激光光束与测试样品自身辐射的光谱依次通过控温组件下方的快门屏蔽构件、精密针孔和偏振镜，并由光束提升器改变其传播方向后进入光谱测量组件；

S3-4：由测试样品表面反射的激光光束与其自身辐射的光谱依次通过控温组件上方的快门屏蔽构件、精密针孔、偏振镜后，由离轴抛物面反射镜和分色镜反射进入光谱测量组件；

S3-5：控制组件采集光谱仪所接收的信号，并控制时序控制构件仅响应激光脉宽时间范围内的信号；

S4：测量结果处理；

S4-1：通过时序控制构件对光谱信号进行积分处理，与步骤S3-1的采集的能量做比值求出透射/反射光谱；

S4-2：关闭光源组件、快门屏蔽构件和光谱测量组件；

S4-3：关闭控温构件待测试样品冷却至室温后取下。