基于紅外熱像儀的空間材料發射率測量系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及空間材料熱物性測量技術領域，具體地，設及基于紅外熱像儀的空間 材料發射率測量系統及方法。
【背景技術】
[0002] 材料表面發射率是航天器熱控系統中普遍應用的熱控涂層中一個非常重要的熱 物理性能參數，對航天器溫度的控制起著重要作用。不同的產品表面有極為不同的表面光 學性質，通過合理地選擇不同太陽吸收比性質的材料，可有效地控制航天器內部和外部的 熱交換，使航天器的溫度控制在指定的范圍之內。隨著新一代航天器的發展，產品呈現非平 整表面現象越來越多，而當前復雜產品表面發射率很難進行直接測量。針對波導縫隙和蜂 窩等非平整表面的發射率通常采用隨爐試片的方式進行測量，無法實現不規則表面產品的 發射率測量、全周期裝配測試過程材料發射率的跟蹤測量和大面積發射率測量。
[0003] 熱像系統是集紅外熱像技術、紅外測溫標定技術和計算機圖像處理技術等多種高 新技術的綜合體。紅外熱像儀能夠提供精確的非接觸溫度測量功能，并且能夠生成紅外圖 像或熱福射圖像。由于發射率與紅外福射直接相關，而目標紅外福射的強弱又能夠通過熱 圖像得到反映，因而材料表面的發射率可W利用熱像儀測得，同時，紅外熱像儀具有發射率 測量的非接觸性和快速獲得大面積發射率數據的優勢。因此，基于紅外熱像儀的空間材料 發射率測量方法能解決不規則表面產品的發射率測量、全周期裝配測試過程材料發射率的 跟蹤測量和大面積發射率測量的問題，并應用于空間材料表面發射率測量。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于紅外熱像儀的空間材料發 射率測量系統及方法。
[0005] 根據本發明提供的基于紅外熱像儀的空間材料發射率測量系統，包括:測溫元件、 柔性電加熱器、溫度控制模塊、數據采集模塊、計算機控制模塊、紅外熱像儀，其中，
[0006] -所述數據采集模塊通過測溫元件測量空間材料的實際溫度，并將測得的溫度數 據傳輸至計算機控制模塊；
[0007] -所述溫度控制模塊通過柔性電加熱器控制空間材料的溫度，并將溫度數據傳輸 至計算機控制模塊；
[000引-所述紅外熱像儀測試所述空間材料的表面溫度；
[0009] -所述計算機控制模塊根據接收到的溫度數據W及紅外熱像儀測試得到的表面溫 度計算得到所述空間材料的發射率。
[0010] 根據本發明提供的基于紅外熱像儀的空間材料發射率測量方法，包括如下步驟：
[0011] 步驟1:利用測溫元件、柔性電加熱器、溫度控制模塊、數據采集模塊、計算機控制 模塊、紅外熱像儀建立測試系統；
[0012] 步驟2:通過溫度測量元件測得空間材料的第一次實際溫度，通過紅外熱像儀測得 空間材料的第一次表面溫度；
[0013] 步驟3:通過溫度控制模塊調節柔性電加熱器的加熱功率，當空間材料的實際溫度 達到設定的值時，通過溫度測量元件測得空間材料的第二次實際溫度，通過紅外熱像儀測 得空間材料的第二次表面溫度；
[0014] 步驟4:重復步驟，得到空間材料的第Ξ次實際溫度、第四次實際溫度、第Ξ次表面 溫度和第四次表面溫度；
[0015] 步驟5:將步驟至步驟得到的溫度數據代入空間材料的發射率計算公式，將得到Ξ 組發射率的計算值平均后得到所述空間材料的發射率。
[0016] 優選地，所述步驟包括：
[0017] 步驟1 . 1:將柔性電加熱器和溫度控制模塊相連;將測溫元件和數據采集模塊相 連;將溫度控制模塊、數據采集模塊連接至計算機控制模塊；
[0018] 步驟1.2:將柔性電加熱器粘貼在待測空間材料的下表面，將測溫元件粘貼在待測 空間材料的上表面；
[0019] 步驟1.3:將紅外熱像儀的測量鏡頭對準待測區域，并通過支架固定。
[0020] 優選地，所述步驟5中的發射率計算公式如下：
[0021] Ε(Τ) = εσΤ4;
[0022] 則：
[0023]
[0024] 式中:Ε(Τ)表示紅外福射強度，ε'表示紅外熱像儀設定的發射率;Τι表示紅外熱像 儀測得的溫度;ε表示空間材料實際的發射率;To表示空間材料實際的溫度;Ea表示環境的發 射率;Ta表示環境的溫度，σ表示斯特藩-玻爾茲曼常數；
[0025] 假設空間材料表面發射率不隨空間材料表面溫度的變化，且多次測量的環境保持 不變，則可W得到如下的計算公式：
[0035]式中：Til表示紅外熱像儀第一次測量測得的溫度;Τ?2表示紅外熱像儀第二次測量 測得的溫度;Τ?3表示紅外熱像儀第Ξ次測量測得的溫度;Τ?4表示紅外熱像儀第四次測量測 得的溫度;Toi表示第一次測量空間材料表面的實際溫度;Τ〇2表示第二次測量空間材料表面 的實際溫度;Τ〇3表示第Ξ次測量空間材料表面的實際溫度;Τ〇4表示第四次測量空間材料表 面的實際溫度，ει表示第一次計算出的空間材料實際發射率，ε2表示第二次計算出的空間材 料實際發射率，63表示第Ξ次計算出的空間材料實際發射率。
[0036] 與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：
[0037] 1、本發明提供的基于紅外熱像儀的空間材料發射率測量方法解決了不規則表面 產品的發射率測量、全周期裝配測試過程材料發射率的跟蹤測量和大面積發射率測量問 題，通過黑體福射理論和紅外熱像儀測量原理推導出空間材料表面發射率測量的計算公式 后，通過多次測量空間材料的實際溫度和紅外熱像儀測得的表面溫度計算得到所述空間材 料的發射率，步驟簡單，精度高。
[0038] 2、本發明提供的基于紅外熱像儀的空間材料發射率測量方法實現非接觸測量，在 線監測，并適用于大面積測量，且測試系統搭建的成本低，便于推廣。
【附圖說明】
[0039] 通過閱讀參照W下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、 目的和優點將會變得更明顯：
[0040] 圖1為本發明提供的基于紅外熱像儀的空間材料發射率測量系統的原理示意圖。 [0041 ]圖中；
[0042] 1-空間材料；
[0043] 2-測溫元件；
[0044] 3-柔性電加熱器；
[0045] 4-溫度控制模塊；
[0046] 5-數據采集模塊；
[0047] 6-計算機控制模塊；
[004引7-紅外熱像儀。
【具體實施方式】
[0049] 下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。W下實施例將有助于本領域的技術 人員進一步理解本發明，但不W任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可W做出若干變形和改進。運些都屬于本發明 的保護范圍。
[0050] 本發明是為了解決不規則表面產品的發射率測量、全周期裝配測試過程材料發射 率的跟蹤測量和大面積發射率測量等問題;本發明首先通過黑體福射理論和紅外熱像儀7 測量原理推導出空間材料1表面發射率測量的計算公式;然后通過溫度控制模塊4控制柔性 電加熱器巧日熱待測的空間材料1，并使用測溫元件2和數據采集模塊5現慢待測空間材料1 的表面溫度，得到了待測空間材料1表面的實際溫度，同時，使用紅外熱像儀7現慢待測空間 材料1的表面溫度，得到了待測空間材料1表面的測量溫度;最后將待測空間材料1表面的實 際溫度和測量溫度代入計算公式得出待測空間材料1的發射率。
[0051] 根據本發明提供的基于紅外熱像儀的空間材料發射率測量系統，包括:測溫元件 2、柔性電加熱器3、溫度控制模塊4、數據采集模塊5、計算機控制模塊6、紅外熱像儀7,其中，
[0052] -所述數據采集模塊5通過測溫元件2測量空間材料1的實際溫度，并將測得的溫度 數據傳輸至計算機控制模塊6;
[0053] -所述溫度控制模塊4通過柔性電加熱器3控制空間材料1的溫度，并將溫度數據傳 輸至計算機控制模塊6;
[0054] -所述紅外熱像儀7測試所述空間材料1的表面溫度；
[0055] -所述計算機控制模塊6根據接收到的溫度數據W及紅外熱像儀7測試得到的表面 溫度計算得到所述空間材料1的發射率。
[0056] 根據本發明提供的基于紅外熱像儀的空間材料發射率測量方法，包括如下步驟：
[0057] 步驟1:利用測溫元件2、柔性電加熱器3、溫度控制模塊4、數據采集模塊5、計算機 控制模塊6、紅外熱像儀7建立測試系統；
[0058] 步驟2:通過溫度測量元件2測得空間材料1的第一次實際溫度，通過紅外熱像儀7 測得空間材料1的第一次表面溫度；
[0059] 步驟3:通過溫度控制模塊4調節柔性電加熱器3的加熱功率，當空間材料1的實際 溫度達到設定的值時，通過溫度測量元件2測得空間材料1的第二次實際溫度，通過紅外熱 像儀7測得空間材料1的第二次表面溫度；
[0060] 步驟4:重復步驟3,得到空