一种快速测量表面红外半球发射率的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种发射率测量技术，尤其设及一种快速测量表面红外半球发射率的 装置和方法。
【背景技术】
[0002] 发射率的测量很多都需要在野外或是条件较为恶劣的场合完成，例如在地质勘探 中，队员需要完成±壤发射率的实时测量W得到温度等重要信息，例如在卫星发射前，卫星 蒙皮的热发射率需要在发射场当地完成最后的检定。红外热像仪等非接触测温中，发射率 也是影响测温精度的重要因素之一。因此，发射率检测仪的便携性、快捷性、稳定性十分重 要。然而，目前测量物体表面发射率的手段W稳态法居多，一般在实验室内完成，测试时间 长，受限制较多。而且，物体表面发射率并不是物质的本征参数，它不仅与物质组分有关，还 与其表面粗趟度、温度、考察波长等有关，难W建立完备的发射率数据库。现有的测量精度 和重复性都不尽人意，特别是国防、军事、材料科学和能源领域的快速发展，迫切需要建立 精确快速的发射率测量装置。
[0003] 目前，基于量热法的测量装置，一般采用稳态测量，耗时长，对各种参数如温度、热 容精度要求高，虽然美国NIST的脉冲加热瞬态量热装置明显提高了测量精度和速度，但其 只能用于测量导体材料。基于能量法的测量装置，虽然能对材料光谱方向发射率进行精确 测量，也是标定发射率的主要手段，但由于需要光源光路等精密设备，造价昂贵、构造复杂， 不便于野外工业等在线测量。而一般的基于反射法的测量装置，由于材料本身福射的影响， 要求待测材料的温度远低于热腔反射壁的温度，故不适用于高温测量，同时材料和环境温 度变化也会对测量精度有影响。新发展的多波长法，测量速度快，测温无上限，但还没有一 种很好的算法适用于所有材料，精度也还有待提高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种结构简单、稳定性好、瞬态测量和高信噪比的快速测量 表面红外半球发射率的装置和方法。
[0005] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的：
[0006] 本发明的快速测量表面红外半球发射率的装置，包括外筒，所述外筒的上端和下 端分别设有上支撑盘和下支撑盘，所述外筒与上支撑盘和下支撑盘围成的空间内设有双 腔主体，所述双腔主体的上端固定在所述上支撑盘上，所述双腔主体的下端镶嵌有固定底 座；
[0007] 所述下支撑盘的下部固定有电机固定筒，所述电机固定筒内固定有低速电机，所 述低速电机的输出轴通过联轴器与穿过所述双腔主体中部的细长轴连接，所述细长轴的上 端连接有调制盘；
[000引所述双腔主体内对称于所述细长轴设有两个上口大、下口小的热腔，分别为高温 热腔和低温热腔，两个热腔的外壁分别缠绕有加热电阻丝，所述加热电阻丝连接有温控开 关，所述高温热腔和低温热腔的外侧壁分别设有热电偶，所述固定底座在对应所述高温热 腔和低温热腔下口的部位分别开有孔，并在所述孔中分别设有热释电传感器；
[0009] 所述外筒的上端设有试样，所述调制盘在转动过程中依次将所述高温热腔和低温 热腔的上口部分或全部盖住。
[0010] 本发明的上述的快速测量表面红外半球发射率的装置实现快速测量发射率的方 法，包括W下步骤：
[0011] 控温过程；对两个热腔分别预热至设定温度；
[0012] 校准过程；对标准试样的表面发射率进行测量，使得显示器读数与其对应的标准 值相等；
[0013] 测量过程：待测试样的表面正对热腔上口，设定延时后显示器上读出其发射率值。
[0014] 由上述本发明提供的技术方案可W看出，本发明实施例提供的快速测量表面红外 半球发射率的装置和方法，通过高低温热腔发射、机械调制反射、热释电效应和锁相放大等 相结合的方法，消除了普通反射法自身、环境福射的影响和不适用于高温测量的缺点，具有 结构简单、稳定性好、瞬态测量和高信噪比等优点，适用于野外工业等复杂环境的发射率在 线快速测量。
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例提供的快速测量表面红外半球发射率的装置的结构框图；结 构不意图。
[0016]图2为本发明实施例提供的快速测量表面红外半球发射率的装置的结构示意图；
[0017] 图3本发明实施例中双热腔法测发射率的原理示意图。
[001引 图中；
[0019] 1、外筒，2、低温热腔，3、细长轴，4、放置热电偶的孔，5、固定底座，6、热释电传感 器，7、下支撑盘，8、绝热材料，9、试样，10、上支撑盘，11、调制盘，12、高温热腔，13、放置热电 偶的孔，14、热释电传感器，15、联轴器，16、电机固定筒，17、低速电机。
【具体实施方式】
[0020] 下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
[0021] 本发明的快速测量表面红外半球发射率的装置，其较佳的【具体实施方式】是：
[0022] 包括外筒，所述外筒的上端和下端分别设有上支撑盘和下支撑盘，所述外筒与上 支撑盘和下支撑盘围成的空间内设有双腔主体，所述双腔主体的上端固定在所述上支撑盘 上，所述双腔主体的下端镶嵌有固定底座；
[0023] 所述下支撑盘的下部固定有电机固定筒，所述电机固定筒内固定有低速电机，所 述低速电机的输出轴通过联轴器与穿过所述双腔主体中部的细长轴连接，所述细长轴的上 端连接有调制盘；
[0024] 所述双腔主体内对称于所述细长轴设有两个上口大、下口小的热腔，分别为高温 热腔和低温热腔，两个热腔的外壁分别缠绕有加热电阻丝，所述加热电阻丝连接有温控开 关，所述高温热腔和低温热腔的外侧壁分别设有热电偶，所述固定底座在对应所述高温热 腔和低温热腔下口的部位分别开有孔，并在所述孔中分别设有热释电传感器；
[0025] 所述外筒的上端设有试样，所述调制盘在转动过程中依次将所述高温热腔和低温 热腔的上口部分或全部盖住。
[0026] 所述热释电传感器与锁相放大模块连接，所述锁相放大模块与数据处理及显示模 块连接。
[0027] 所述锁相放大模块包括前置放大电路、二阶低通滤波电路、移相电路、锁相相乘电 路和四阶低通滤波电路。
[002引所述的数据处理和显示模块包括A/D转换器、微机、L邸显示屏。
[0029] 所述的调制盘为半圆形薄片，所述的调制盘距所述试样下表面和所述热腔上口的 距离分别为0. 5cm，所述的调制盘面向速捜狐热腔上口的一面设有蒸金锻膜。
[0030] 所述高温热腔和低温热腔均为倒锥形腔体，上开口直径25畑1，下开口直径8. 5畑1， 高度60cm，内壁涂黑涂层，两个热腔之间设有绝热材料。
[0031] 所述的温控开关温控精度为0.rc ;
[0032] 所述的低速电机转速为80巧m ;
[0033] 所述蒸金锻膜的反射率不低于0. 95 ;
[0034] 所述黑涂层发射率不低于0. 9 ;
[0035] 所述高温热腔的温度高于低温热腔30°C;
[0036] 所述的热释电传感器的响应时间为微秒级。
[0037] 本发明的上述的快速测量表面红外半球发射率的装置实现快速测量发射率的方 法，其较佳的【具体实施方式】是：
[00測包括W下步骤：
[0039] 控温过程；对两个热腔分别预热至设定温度；
[0040] 校准过程；对标准试样的表面发射率进行测量，使得显示器读数与其对应的标准 值相等；
[0041] 测量过程：待测试样的表面正对热腔上口，设定延时后显示器上读出其发射率值。
[0042] 本发明可快速测量材料发射率，适用于野外工业等复杂环境的在线测量，其测量 原理是：
[00创如图3所述，试样S待测表面朝向两温度不同的热腔hi和h2开口处，之间存在做 周期性圆周运动的调制盘C，其面