朝熱腔一的面為高反射率的蒸金鍛層，在兩熱腔最底部各 有一個熱釋電感受件。由于熱腔溫度一高一低且內表面為高發射率的涂黑層，調制盤的反 射率高于試樣表面，在調制盤轉動到完全覆蓋熱腔hi和h2時，熱釋電感受的信號大小存在 兩個極值點，幅值與試樣S反射率相關，根據灰體假設即Es=aS，且不透明（T,= 0)，由 Ps+Ts+as=l得e,=l-p,。根據黑體福射理論，可W計算出如下表達式：
[0044] K=T九批 +P,-])似-Q,)二TuF、J,,Fi,、。批 +P,-])爪、-咕)
[0045]式中S表示試樣，a表示熱釋電，C表示調制盤反發射面，hi和h2表示兩個熱腔， 為空氣透過率，Ah為單個熱腔的面積，0為斯蒂芬玻耳茲曼常數，eS為待測試樣表面發 射率，P。為調制盤蒸金面的發射率，Thi、Th2分別為高溫和低溫熱腔的溫度，FFh為一側 的試樣和熱腔對熱釋電的視角系數。當假定空氣透過率W及蒸金面反射率均為1，其余皆為 已定或設定值，則有V,=ke,，用標準發射率的試樣對裝置進行標定校準即可得到待測表 面的發射率。
[0046] 本發明的有益效果是：
[0047] (1)采用機械調制和鎖相放大的方法，提高了信噪比，保證了測量準確度，同時機 械調制無需光源光路調制所需裝置那么復雜，易于實現，結構簡便；
[0048] (2)相比于傳統的單熱腔法，雙熱腔的兩個熱釋電傳感器互相串聯，在信號調制過 程中就消除了環境溫度和自身福射的影響，并且雙元熱釋電本身有很強的抗干擾性能（熱 傳導引起的溫漂），因此裝置的穩定性良好；
[0049] (3)利用熱釋電效益感受溫度變化，無需達到熱平衡就可W實現快速測量，應對野 外便攜測量的要求；
[0050] 具體實施例：
[0化1] 圖1為本發明的結構框圖，包括溫度控制模塊、機械調制模塊、雙腔主體、傳感器 模塊、鎖相放大模塊、數據處理及顯示模塊。
[0化2] 雙腔主體為裝置的核屯、所在，具體如圖2所示，溫度控制模塊用于對兩熱腔2、12 加熱并維持溫度恒定，溫控精度為0.rc，控溫誤差為0. 5°C，加熱絲纏繞在熱腔外表面，熱 電偶埋入熱腔開孔4、13內。裝置實測前需首先開啟溫控模塊，對熱腔進行預熱，使低溫熱 腔略高于環境溫度，高溫熱腔高于低溫熱腔30°C。機械調制模塊是為了給傳感器提供一個 調制福射，類似光源調制的方法，不過光源調制信號只與其自身福射相關，而機械調制引入 了環境福射的干擾，不過有雙熱腔的存在，該個干擾會在計算幅值時相消掉，其他干擾也會 在隨后的鎖相放大器濾掉，得到一個比較高信噪比與發射率相關的電壓信號輸出到數據處 理及顯示模塊中。
[0053] 機械調制主要由低速電機17通過聯軸器15和細長軸3帶動半圓形調制盤11周期 性轉動，調制盤面對熱腔開口一面鍛上蒸金，幾乎為1的反射率幾乎全部反射熱腔的熱福 射，同時由于是半圓形的結構，存在兩個臨界狀態：調制盤全部覆蓋住高溫熱腔和全部覆蓋 住低溫熱腔，并且有一定停留時間。自然，未被調制盤覆蓋的熱腔開口是被待測材料覆蓋， 只會反射一部分熱福射。因為熱釋電傳感器產生的信號大小與吸收的福射大小正相關，可 W推測，傳感器產生的信號為一個類似梯形波的交變信號，其幅值與待測發射率正相關，其 頻率等于機械調制頻率，確定該頻率后即可對傳感器信號鎖頻放大，而一般噪聲為高頻干 擾，選用的低速電機為80rpm，也就是信號頻率為80化，能有效過濾掉高頻干擾而對有效信 號無失真，具有較高的信噪比。
[0化4] 雙腔主體包括外筒1，上下支撐盤7、10,高低溫熱腔2、12,固定底座5,高低溫熱腔 2、12置于外筒1、上下支撐盤7、10構成的空間內，固定底座嵌在所述的高低溫熱腔2、12下 底，高低溫熱腔大小材料一致，倒錐形內開孔，孔內壁均涂黑（涂層發射率不低于0. 9)，而 且，為防止兩熱腔之間傳熱影響溫控，在之間放置絕熱材料8如保溫棉減小熱傳導。雙熱腔 的尺寸設計對信號輸出大小很重要，具體表現在視角系數上：
【主權項】
1. 一種快速測量表面紅外半球發射率的裝置，其特征在于，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； 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； 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； 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。
2. 根據權利要求1所述的快速測量表面紅外半球發射率的裝置，其特征在于，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。
3. 根據權利要求2所述的快速測量表面紅外半球發射率的裝置，其特征在于，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。
4. 根據權利要求3所述的快速測量表面紅外半球發射率的裝置，其特征在于，所述的 數據處理和顯示模塊包括A/D轉換器、微機、LED顯示屏。
5. 根據權利要求4所述的快速測量表面紅外半球發射率的裝置，其特征在于，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搜狐熱腔上口的一面設有蒸金鍍膜。
6. 根據權利要求5所述的快速測量表面紅外半球發射率的裝置，其特征在于，所述高 溫熱腔和低溫熱腔均為倒錐形腔體，上開口直徑25cm，下開口直徑8. 5cm，高度60cm，內壁 涂黑涂層，兩個熱腔之間設有絕熱材料。
7. 根據權利要求6所述的快速測量表面紅外半球發射率的裝置，其特征在于， 所述的溫控開關溫控精度為〇. 1°C ; 所述的低速電機轉速為80rpm ; 所述蒸金鍍膜的反射率不低于〇. 95 ; 所述黑涂層發射率不低于〇. 9 ; 所述高溫熱腔的溫度高于低溫熱腔30°C ; 所述的熱釋電傳感器的響應時間為微秒級。
8. -種權利要求1至7任一項所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，其特征在于，包括以下步驟： 控溫過程：對兩個熱腔分別預熱至設定溫度； 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； 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。
【專利摘要】本發明公開了一種快速測量表面紅外半球發射率的裝置和方法，包括外筒、上支撐盤和下支撐盤，外筒內設有雙腔主體，低速電機的輸出軸與穿過雙腔主體中部的細長軸連接，細長軸的上端連接有調制盤；雙腔主體內對稱于所述細長軸設有兩個上口大、下口小的高溫熱腔和低溫熱腔，固定底座在對應高溫熱腔和低溫熱腔下口的部位分別開有孔，并在孔中分別設有熱釋電傳感器。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、環境輻射的影響和不適用于高溫測量的缺點，適用于野外工業等復雜環境的發射率在線快速測量。
【IPC分類】G01N25-20
【公開號】CN104865287
【申請號】CN201510262777
【發明人】徐斌, 魏俊
【申請人】中國科學技術大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月21日