[发明专利]高温高压气体红外辐射-吸收光谱测量系统

说明书

本发明涉及高温高压气体红外辐射‑吸收光谱测量系统，包括：光源，两个卡塞格伦双反射系统，耐高温耐高压气体池，光谱仪。光源发出的红外辐射光，经过第一个卡塞格伦双反射系统后，聚焦于气体池中心，光源的红外辐射因气体池两侧的红外窗口和气体池内的高温高压气体吸收而衰减，再叠加待测气体发出的红外辐射，被另一个卡塞格伦双反射系统收集并聚焦于光谱仪上。本发明的系统，能够实现对高温高压气体红外辐射和吸收光谱的采集和测量，测量精度高，具有实际应用价值。

技术领域

本发明涉及红外光谱测量技术领域，具体说是高温高压气体红外辐射-吸收光谱测量系统。

背景技术

红外目标发出的红外辐射在被光学系统接收前，要在大气中传输，大气中的水蒸气、二氧化碳、臭氧等气体分子和其他微粒会吸收红外辐射，导致目标红外辐射衰减。由于气体辐射具有强烈的光谱选择性，因此常用光谱的或单色的辐射特性参数考虑其选择性。目前，关于常温常压下各种大气组成气体的吸收和辐射光谱测量，已经形成了成熟的实验测试装置。

随着航空航天技术、国防科技的发展，需要详细了解高温高压气体的光谱辐射特性。例如，飞船、卫星、弹道导弹等以高马赫再入大气层时，头部驻点区的温度可达几千甚至上万摄氏度。飞行器头部激波层内的气体分子、尾流等都具有极强的热辐射能力。一方面会影响飞行器的热防护，另一方面也会对飞行器的红外探测系统产生严重干扰，甚至使光电探测器饱和而不能接收来自目标的辐射。

因此，如何测量高温、高压气体红外辐射是目前亟需解决的问题。在测量气体的光谱辐射时，常规的凸透镜折射光路，会由于光学介质对不同色光有不同的折射率而产生色差。同时，现有的高温气体红外辐射特性测量实验侧重于辐射光谱的测量，未考虑气体吸收光谱的测量。总之，目前的现有技术还没有一种有效的装置或系统能测量高温高压下的气体红外辐射-吸收光谱，不能有效解决该问题。

发明内容

针对上述技术不足，本发明提供一种气体红外辐射-吸收光谱测量系统，利用标准光源发射红外辐射，利用卡塞格伦双反射系统收集光源和气体的红外辐射并聚焦于光谱仪上，最终由光谱仪测量辐射值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

高温高压气体红外辐射-吸收光谱测量系统，包括光源，以及沿光路依次设置的第一卡塞格伦双反射系统、气体池、第二卡塞格伦双反射系统和光谱仪；

所述第一卡塞格伦双反射系统包括第一主镜，第一次镜；所述第二卡塞格伦双反射系统包括第二主镜，第二次镜；所述第一卡塞格伦双反射系统、第二卡塞格伦双反射系统的位置相对气体池成镜像；

所述气体池中心设于第一卡塞格伦双反射系统、第二卡塞格伦双反射系统的主镜交点处，其内充满待测的高温高压气体，且气体池两侧为红外输入、输出窗口，用于红外辐射穿透；

所述光源为红外辐射源，且置于第一卡塞格伦双反射系统的次镜焦点处；所述光谱仪置于第二卡塞格伦双反射系统的次镜焦点处。

所述光源为黑体、硅碳棒、钨丝灯的其中一种。

所述第一卡塞格伦双反射系统、第二卡塞格伦双反射系统的主镜为椭球面镜，向内凹的一面为工作面，且所述主镜中心开通光孔，所述通光孔半径小于次镜镜面半径。

所述第一卡塞格伦双反射系统、第二卡塞格伦双反射系统的次镜为双曲面镜，双曲面的其中一面为工作面，朝向光源或光谱仪；所述主镜的工作面与所述次镜的工作面相对设置。

所述气体池为不透光金属材质，两侧的输入、输出窗口材料可透过2-15μm红外波段光源、透光率大于90％。

所述气体池两侧的输入、输出窗口材料为ZnSe材料。

所述气体池内设有加热器。

所述气体池连接高压充气装置。