一種快速測量表面紅外半球發射率的裝置和方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種發射率測量技術，尤其設及一種快速測量表面紅外半球發射率的 裝置和方法。
【背景技術】
[0002] 發射率的測量很多都需要在野外或是條件較為惡劣的場合完成，例如在地質勘探 中，隊員需要完成±壤發射率的實時測量W得到溫度等重要信息，例如在衛星發射前，衛星 蒙皮的熱發射率需要在發射場當地完成最后的檢定。紅外熱像儀等非接觸測溫中，發射率 也是影響測溫精度的重要因素之一。因此，發射率檢測儀的便攜性、快捷性、穩定性十分重 要。然而，目前測量物體表面發射率的手段W穩態法居多，一般在實驗室內完成，測試時間 長，受限制較多。而且，物體表面發射率并不是物質的本征參數，它不僅與物質組分有關，還 與其表面粗趟度、溫度、考察波長等有關，難W建立完備的發射率數據庫。現有的測量精度 和重復性都不盡人意，特別是國防、軍事、材料科學和能源領域的快速發展，迫切需要建立 精確快速的發射率測量裝置。
[0003] 目前，基于量熱法的測量裝置，一般采用穩態測量，耗時長，對各種參數如溫度、熱 容精度要求高，雖然美國NIST的脈沖加熱瞬態量熱裝置明顯提高了測量精度和速度，但其 只能用于測量導體材料。基于能量法的測量裝置，雖然能對材料光譜方向發射率進行精確 測量，也是標定發射率的主要手段，但由于需要光源光路等精密設備，造價昂貴、構造復雜， 不便于野外工業等在線測量。而一般的基于反射法的測量裝置，由于材料本身福射的影響， 要求待測材料的溫度遠低于熱腔反射壁的溫度，故不適用于高溫測量，同時材料和環境溫 度變化也會對測量精度有影響。新發展的多波長法，測量速度快，測溫無上限，但還沒有一 種很好的算法適用于所有材料，精度也還有待提高。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種結構簡單、穩定性好、瞬態測量和高信噪比的快速測量 表面紅外半球發射率的裝置和方法。
[0005] 本發明的目的是通過W下技術方案實現的：
[0006] 本發明的快速測量表面紅外半球發射率的裝置，包括外筒，所述外筒的上端和下 端分別設有上支撐盤和下支撐盤，所述外筒與上支撐盤和下支撐盤圍成的空間內設有雙 腔主體，所述雙腔主體的上端固定在所述上支撐盤上，所述雙腔主體的下端鑲嵌有固定底 座；
[0007] 所述下支撐盤的下部固定有電機固定筒，所述電機固定筒內固定有低速電機，所 述低速電機的輸出軸通過聯軸器與穿過所述雙腔主體中部的細長軸連接，所述細長軸的上 端連接有調制盤；
[000引所述雙腔主體內對稱于所述細長軸設有兩個上口大、下口小的熱腔，分別為高溫 熱腔和低溫熱腔，兩個熱腔的外壁分別纏繞有加熱電阻絲，所述加熱電阻絲連接有溫控開 關，所述高溫熱腔和低溫熱腔的外側壁分別設有熱電偶，所述固定底座在對應所述高溫熱 腔和低溫熱腔下口的部位分別開有孔，并在所述孔中分別設有熱釋電傳感器；
[0009] 所述外筒的上端設有試樣，所述調制盤在轉動過程中依次將所述高溫熱腔和低溫 熱腔的上口部分或全部蓋住。
[0010] 本發明的上述的快速測量表面紅外半球發射率的裝置實現快速測量發射率的方 法，包括W下步驟：
[0011] 控溫過程；對兩個熱腔分別預熱至設定溫度；
[0012] 校準過程；對標準試樣的表面發射率進行測量，使得顯示器讀數與其對應的標準 值相等；
[0013] 測量過程：待測試樣的表面正對熱腔上口，設定延時后顯示器上讀出其發射率值。
[0014] 由上述本發明提供的技術方案可W看出，本發明實施例提供的快速測量表面紅外 半球發射率的裝置和方法，通過高低溫熱腔發射、機械調制反射、熱釋電效應和鎖相放大等 相結合的方法，消除了普通反射法自身、環境福射的影響和不適用于高溫測量的缺點，具有 結構簡單、穩定性好、瞬態測量和高信噪比等優點，適用于野外工業等復雜環境的發射率在 線快速測量。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明實施例提供的快速測量表面紅外半球發射率的裝置的結構框圖；結 構不意圖。
[0016]圖2為本發明實施例提供的快速測量表面紅外半球發射率的裝置的結構示意圖；
[0017] 圖3本發明實施例中雙熱腔法測發射率的原理示意圖。
[001引 圖中；
[0019] 1、外筒，2、低溫熱腔，3、細長軸，4、放置熱電偶的孔，5、固定底座，6、熱釋電傳感 器，7、下支撐盤，8、絕熱材料，9、試樣，10、上支撐盤，11、調制盤，12、高溫熱腔，13、放置熱電 偶的孔，14、熱釋電傳感器，15、聯軸器，16、電機固定筒，17、低速電機。
【具體實施方式】
[0020] 下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。
[0021] 本發明的快速測量表面紅外半球發射率的裝置，其較佳的【具體實施方式】是：
[0022] 包括外筒，所述外筒的上端和下端分別設有上支撐盤和下支撐盤，所述外筒與上 支撐盤和下支撐盤圍成的空間內設有雙腔主體，所述雙腔主體的上端固定在所述上支撐盤 上，所述雙腔主體的下端鑲嵌有固定底座；
[0023] 所述下支撐盤的下部固定有電機固定筒，所述電機固定筒內固定有低速電機，所 述低速電機的輸出軸通過聯軸器與穿過所述雙腔主體中部的細長軸連接，所述細長軸的上 端連接有調制盤；
[0024] 所述雙腔主體內對稱于所述細長軸設有兩個上口大、下口小的熱腔，分別為高溫 熱腔和低溫熱腔，兩個熱腔的外壁分別纏繞有加熱電阻絲，所述加熱電阻絲連接有溫控開 關，所述高溫熱腔和低溫熱腔的外側壁分別設有熱電偶，所述固定底座在對應所述高溫熱 腔和低溫熱腔下口的部位分別開有孔，并在所述孔中分別設有熱釋電傳感器；
[0025] 所述外筒的上端設有試樣，所述調制盤在轉動過程中依次將所述高溫熱腔和低溫 熱腔的上口部分或全部蓋住。
[0026] 所述熱釋電傳感器與鎖相放大模塊連接，所述鎖相放大模塊與數據處理及顯示模 塊連接。
[0027] 所述鎖相放大模塊包括前置放大電路、二階低通濾波電路、移相電路、鎖相相乘電 路和四階低通濾波電路。
[002引所述的數據處理和顯示模塊包括A/D轉換器、微機、L邸顯示屏。
[0029] 所述的調制盤為半圓形薄片，所述的調制盤距所述試樣下表面和所述熱腔上口的 距離分別為0. 5cm，所述的調制盤面向速捜狐熱腔上口的一面設有蒸金鍛膜。
[0030] 所述高溫熱腔和低溫熱腔均為倒錐形腔體，上開口直徑25畑1，下開口直徑8. 5畑1， 高度60cm，內壁涂黑涂層，兩個熱腔之間設有絕熱材料。
[0031] 所述的溫控開關溫控精度為0.rc ;
[0032] 所述的低速電機轉速為80巧m ;
[0033] 所述蒸金鍛膜的反射率不低于0. 95 ;
[0034] 所述黑涂層發射率不低于0. 9 ;
[0035] 所述高溫熱腔的溫度高于低溫熱腔30°C;
[0036] 所述的熱釋電傳感器的響應時間為微秒級。
[0037] 本發明的上述的快速測量表面紅外半球發射率的裝置實現快速測量發射率的方 法，其較佳的【具體實施方式】是：
[00測包括W下步驟：
[0039] 控溫過程；對兩個熱腔分別預熱至設定溫度；
[0040] 校準過程；對標準試樣的表面發射率進行測量，使得顯示器讀數與其對應的標準 值相等；
[0041] 測量過程：待測試樣的表面正對熱腔上口，設定延時后顯示器上讀出其發射率值。
[0042] 本發明可快速測量材料發射率，適用于野外工業等復雜環境的在線測量，其測量 原理是：
[00創如圖3所述，試樣S待測表面朝向兩溫度不同的熱腔hi和h2開口處，之間存在做 周期性圓周運動的調制盤C，其面