半透明固體材料高溫定向反射比的測量方法
【專利摘要】半透明固體材料高溫定向反射比的測量方法，屬于固體材料高溫熱輻射特性的測量【技術領域】。本發明是為了解決不能從單一半透明固體材料樣片中測量獲得多個高溫定向反射比的問題。它將光源、光闌、圓弧軌道和加熱腔沿光源的光軸方向布置；沿圓弧軌道移動探測器使光敏面中心對準光源的光軸，記錄探測器的初始響應信號；將半透明固體材料樣片放置到加熱腔內，轉動探測器使其光敏面的中心對準半透明固體材料樣片的反射面中心，記錄探測器由每個測量孔獲得的第一探測信號；使光闌遮住光源發射的光束，記錄探測器由每個測量孔獲得的第二探測信號，計算獲得半透明固體材料樣片在目標溫度時的定向反射比。本發明用于測量半透明固體材料高溫定向反射比。
【專利說明】半透明固體材料高溫定向反射比的測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半透明固體材料高溫定向反射比的測量方法，屬于固體材料高溫熱輻射特性的測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著空間科學技術的發展，多孔吸熱芯、隔熱材料等散射性半透明固體材料已經廣泛應用在航空航天領域的高溫熱場合。如太陽能高溫熱轉換利用中，太陽能吸熱腔中需要安裝有SiC陶瓷、Al2O3陶瓷或ZrO陶瓷等多孔吸熱芯來吸收太陽能，用以加熱流動工質，其加熱溫度可以達到上千度。多孔吸熱芯的熱輻射物性是進行吸熱腔結構設計、高溫熱轉換效率及吸熱芯自身結構設計的關鍵參數。另一方面，空天飛行器表面通常覆蓋微納米多孔隔熱材料，用來保護飛行器結構及艙內溫度在允許范圍內。在空天飛行器機動飛行時，嚴重的氣動熱量及隔熱材料自身輻射均會對隔熱材料的高溫隔熱性能產生影響，隔熱材料熱物性隨溫度的變化會導致隔熱功能特性的失效。
[0003]因此，對隔熱材料的高溫定向反射比進行測量，了解其高溫隔熱性能，并進一步研究其熱輻射物性，分析熱輻射傳輸過程，對隔熱材料結構設計具有重要意義。由此，專門針對多孔吸熱芯及隔熱材料等散射性半透明固體材料的熱輻射物性開展高溫實驗測量方法的研究就顯得尤為重要。目前，尚不能實現從單一半透明固體材料樣片中通過測量獲得多個高溫定向反射比數據，這對半透明固體材料熱輻射物性的研究及評價造成了阻礙。
【發明內容】
[0004]本發明目的是為了解決目前不能從單一半透明固體材料樣片中通過測量獲得多個高溫定向反射比的問題，提供了 一種半透明固體材料高溫定向反射比的測量方法。
[0005]本發明所述半透明固體材料高溫定向反射比的測量方法，它包括以下步驟:
[0006]步驟一:將光源、光闌、圓弧軌道和加熱腔沿光源的光軸方向依次固定布置，加熱腔為圓柱形，加熱腔的軸線與所述光軸垂直，使光源的光軸通過加熱腔的橫截面的圓心；力口熱腔側壁上具有光入射孔，該光入射孔的中心位于光源的光軸上；加熱腔側壁沿圓周周向上開有四個測量孔，四個測量孔的圓心與光入射孔的中心在加熱腔的同一橫截平面上；圓弧軌道圓心在加熱腔的軸線上，在圓弧軌道上設置探測器，探測器在圓弧軌道上滑動時其光敏面的中心與測量孔中心在同一平面上；
[0007]步驟二:沿圓弧軌道移動探測器，并轉動探測器使其光敏面中心對準光源的光軸，光源發射的光束經光闌的通光孔后，被探測器的光敏面吸收，記錄探測器的初始響應信號Vs;
[0008]步驟三:將半透明固體材料樣片放置到加熱腔內，使半透明固體材料樣片反射面的中心在加熱腔的軸線上，并且與光入射孔圓心在同一平面內，并且半透明固體材料樣片的法向與光源的光軸重合，監測半透明固體材料樣片的溫度，當半透明固體材料樣片升溫至目標溫度后保持當前溫度，該目標溫度范圍為300K-1200K ;轉動探測器使其光敏面的中心對準半透明固體材料樣片的反射面中心，再沿圓弧軌道滑動探測器使其光敏面中心依次對準四個測量孔的圓心，并記錄探測器由每個測量孔獲得的第一探測信號Vi, i=l, 2,3,4；
[0009]步驟四:繼續保持半透明固體材料樣片的當前溫度，使光闌遮住光源發射的光束，再使探測器光敏面的中心依次對準四個測量孔的圓心，并記錄探測器由每個測量孔獲得的第二探測信號V」，j=l, 2, 3,4 ；
[0010]步驟五:根據探測器的初始響應信號Vs、第一探測信號Vi和第二探測信號Vj,計算獲得半透明固體材料樣片在目標溫度時的定向反射比。
[0011]所述半透明固體材料樣片在目標溫度時的定向反射比的計算方法為:
[0012]根據高溫定向反射比的計算公式:(V1-VjVVs,
[0013]分別計算獲得半透明固體材料樣片反射面的中心與四個測量孔中心的連線方向的目標溫度時的定向反射比。
[0014]本發明的優點:本發明所述測量方法適用于對半透明固體材料實施所需溫度和方向的定向反射比測量，可以進行300K-1200K溫度范圍內的定向反射比測量。它可以按照測量需要升溫樣片至300K-1200K范圍內任一溫度，按照測量方向的需要，調整測量孔開孔位置，即β1; β2，β3，β4的確切值。測量時，在無樣片的條件下先探測獲得初始響應信號Vs，再放入樣片升溫至目標溫度，分別測量光闌不遮住光源和遮住光源時探測方向上的響應值。
[0015]本發明測量方法可以對多孔吸熱芯、微納米多孔隔熱材料等散射性半透明固體材料實施定向反射比測量，解決了雜散輻射抑制，溫度均勻性、高溫有效信號提取、測量單樣片獲得較多熱輻射物性信息等一系列問題，可以根據需要獲得所需溫度或方向的散射性材料高溫定向反射比數據。
[0016]本發明測量方法在加熱腔內維持在某一高溫溫度時，即可獲得該溫度下的樣片的多個定向反射比數據。該方法原理簡單、操作容易，其目標溫度和方向可根據需要設定和布置，獲得單一樣片定向反射比的數據豐富。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明所述半透明固體材料高溫定向反射比的測量方法的原理圖。
【具體實施方式】
[0018]【具體實施方式】一:下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述半透明固體材料高溫定向反射比的測量方法，它包括以下步驟:
[0019]步驟一:將光源1、光闌2、圓弧軌道4和加熱腔5沿光源I的光軸方向依次固定布置，加熱腔5為圓柱形，加熱腔5的軸線與所述光軸垂直，使光源I的光軸通過加熱腔5的橫截面的圓心；加熱腔5側壁上具有光入射孔,該光入射孔的中心位于光源I的光軸上；力口熱腔5側壁沿圓周周向上開有四個測量孔5-1，四個測量孔5-1的圓心與光入射孔的中心在加熱腔5的同一橫截平面上；圓弧軌道4圓心在加熱腔5的軸線上，在圓弧軌道4上設置探測器3，探測器3在圓弧軌道4上滑動時其光敏面的中心與測量孔5-1中心在同一平面上；
[0020]步驟二:沿圓弧軌道4移動探測器3，并轉動探測器3使其光敏面中心對準光源I的光軸，光源I發射的光束經光闌2的通光孔后，被探測器3的光敏面吸收，記錄探測器3的初始響應信號Vs ；
[0021]步驟三:將半透明固體材料樣片6放置到加熱腔5內，使半透明固體材料樣片6反射面的中心在加熱腔5的軸線上，并且與光入射孔圓心在同一平面內，并且半透明固體材料樣片6的法向與光源I的光軸重合，監測半透明固體材料樣片6的溫度，當半透明固體材料樣片6升溫至目標溫度后保持當前溫度，該目標溫度范圍為300K-1200K ;轉動探測器3使其光敏面的中心對準半透明固體材料樣片6的反射面中心，再沿圓弧軌道4滑動探測器3使其光敏面中心依次對準四個測量孔5-1的圓心，并記錄探測器3由每個測量孔5-1獲得的第一探測信號Vi;i=l，2，3,4；
[0022]步驟四:繼續保持半透明固體材料樣片6的當前溫度，使光闌2遮住光源I發射的光束，再使探測器3光敏面的中心依次對準四個測量孔5-1的圓心，并記錄探測器3由每個測量孔5-1獲得的第二探測信號Vj, j=l, 2,3,4；
[0023]步驟五:根據探測器3的初始響應信號Vs、第一探測信號Vi和第二探測信號Vj,計算獲得半透明固體材料樣片6在目標溫度時的定向反射比。
[0024]本實施方式中，四個測量孔5-1所在半徑與半透明固體材料樣片6反射面的法向成不同角度，即圖1中所示β4。測量孔5-1選擇為四個，是為了防止測量孔過多造成加熱腔5漏熱嚴重，使溫度場均勻性受到影響。
[0025]加熱腔5側壁上的光入射孔與四個測量孔5-1位于加熱腔5同一橫截面的圓周上，光軸穿過該橫截面的圓心。
[0026]【具體實施方式】二:下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，本實施方式所述半透明固體材料樣片6在目標溫度時的定向反射比的計算方法為:
[0027]根據高溫定向反射比的計算公式:(V1-VjVVs,
[0028]分別計算獲得半透明固體材料樣片6反射面的中心與四個測量孔5-1中心的連線方向的目標溫度時的定向反射比。
[0029]本實施方式中，V1-'為半透明固體材料樣片6反射輻射引起的響應值，該響應值再與Vs作比值即為半透明固體材料樣片6的由反射面的中心依次與四個測量孔5-1中心的徑向連線方向的高溫定向反射比，即探測方向上的定向反射比，四個探測方向依次為圖1中的β4所指方向。
【權利要求】
1.一種半透明固體材料高溫定向反射比的測量方法，其特征在于，它包括以下步驟: 步驟一:將光源(I)、光闌(2)、圓弧軌道(4)和加熱腔(5)沿光源(I)的光軸方向依次固定布置，加熱腔(5)為圓柱形,加熱腔(5)的軸線與所述光軸垂直,使光源(I)的光軸通過加熱腔(5)的橫截面的圓心；加熱腔(5)側壁上具有光入射孔，該光入射孔的中心位于光源(I)的光軸上；加熱腔(5)側壁沿圓周周向上開有四個測量孔(5-1)，四個測量孔(5-1)的圓心與光入射孔的中心在加熱腔(5)的同一橫截平面上；圓弧軌道(4)圓心在加熱腔(5)的軸線上，在圓弧軌道(4 )上設置探測器(3 )，探測器(3 )在圓弧軌道(4 )上滑動時其光敏面的中心與測量孔(5-1)中心在同一平面上； 步驟二:沿圓弧軌道(4)移動探測器(3)，并轉動探測器(3)使其光敏面中心對準光源(I)的光軸，光源(I)發射的光束經光闌(2)的通光孔后，被探測器(3)的光敏面吸收，記錄探測器(3)的初始響應信號Vs ； 步驟三:將半透明固體材料樣片(6)放置到加熱腔(5)內，使半透明固體材料樣片(6)反射面的中心在加熱腔(5)的軸線上，并且與光入射孔圓心在同一平面內，并且半透明固體材料樣片(6)的法向與光源(I)的光軸重合，監測半透明固體材料樣片(6)的溫度，當半透明固體材料樣片(6)升溫至目標溫度后保持當前溫度，該目標溫度范圍為300K-1200K ;轉動探測器(3)使其光敏面的中心對準半透明固體材料樣片(6)的反射面中心，再沿圓弧軌道(4)滑動探測器(3)使其光敏面中心依次對準四個測量孔(5-1)的圓心，并記錄探測器(3)由每個測量孔(5-1)獲得的第一探測信號Vi, i=l, 2,3,4； 步驟四:繼續保持半透明固體材料樣片(6)的當前溫度，使光闌(2)遮住光源(I)發射的光束，再使探測器(3)光敏面的中心依次對準四個測量孔(5-1)的圓心，并記錄探測器(3)由每個測量孔(5-1)獲得的第二探測信號Vj, j=l, 2,3,4； 步驟五:根據探測器(3)的初始響應信號Vs、第一探測信號Vi和第二探測信號 '，計算獲得半透明固體材料樣片(6)在目標溫度時的定向反射比。
2.根據權利要求1所述的半透明固體材料高溫定向反射比的測量方法，其特征在于，所述半透明固體材料樣片(6)在目標溫度時的定向反射比的計算方法為: 根據高溫定向反射比的計算公式:(V1-VjVVs, 分別計算獲得半透明固體材料樣片(6)反射面的中心與四個測量孔(5-1)中心的連線方向的目標溫度時的定向反射比。
【文檔編號】G01N25/00GK103698356SQ201410003477
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月3日 優先權日:2014年1月3日
【發明者】夏新林, 張順德, 談和平, 李東輝 申請人:哈爾濱工業大學