一种热红外发射率测定装置及其测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于红外光发射率测定技术领域，涉及一种热红外发射率光谱的测定装置 及方法。
【背景技术】
[0002] 月表热红外辐射能力取决于目标的温度和红外光谱发射率。物体的发射率表示物 体发射热辐射的能力，发射率光谱准确的测量在月球热红外科学研究和应用领域具有重要 作用。现有的发射率测量技术主要是在地球环境中对月表模拟样品或者Apollo样品进行 测量，但是地球环境中水汽和二氧化碳等对热红外发射率光谱测量结果有较大影响。解决 这一问题的办法有两个，一是在模拟月球环境中测量样品的发射率光谱，二是在对红外光 谱不产生影响的气体中测量发射率光谱。
[0003] Thomas (2012)利用双真空装置模拟月表环境测量了石英的发射率，波长范围为 7-13 ym，光谱分辨率为0. 1 ym。结果表明模拟月球环境与实验室环境比较，光谱对比度增 大，CF位置向短波方向移动。虽然这种测量装置测量精度较高，但测量过程复杂，测量装置 成本较高，不适合大量多次测量。惰性气体（例如氮气）对于红外光谱不产生干扰，因此可 以将惰性气体注入密闭装置，同时利用液氮制冷，这样不需要真空模拟月球环境，就可以实 现模拟月球热交换环境，同时可以排除大气中的水和二氧化碳对红外光谱的影响，节约测 量成本，方便多次测量。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术在模拟月球表面测量环境进行测量时存在的上述不足，本发明 提供了一种热红外发射率测定装置及其测定方法。
[0005] -种热红外发射率测定装置，由第一层圆柱体1-1、套于第一层圆柱体1-1内的第 二层圆柱体1-2和底座1-3组成双层中空的密封圆柱体结构，第一层圆柱体1-1与第二层 圆柱体1-2之间中空，第二层圆柱体1-2内部中空且内壁涂抹高发射率吸收黑体漆，使其内 壁成为黑体，第一层圆柱体1-1上方开有第一液氮注入孔2,装置侧面中部开有物镜口 4和 进线孔5,物镜口 4用于光谱仪物镜的放置，进线孔5用于光谱仪冷热黑体6供电线和光谱 仪连接线的接入。
[0006] 本发明所提供的一种热红外发射率测定装置的优选技术方案中还包括抽屉式样 品盛放盘9,并且在装置侧面下部开有与样品盛放盘9大小相适应的盛放盘插入口 8,使样 品盛放盘9中盛装的待测样品或金板位于光谱仪物镜下；样品盛放盘9表面涂抹高发射率 吸收黑体漆，使其成为黑体，样品盛放盘9侧壁和底部为内部中空结构，，样品盛放盘5侧壁 上方设有第二液氮注入孔11。
[0007] 本发明进一步优选为：第一层圆柱体1-1与第二层圆柱体1-2之间中空内缠绕多 圈圆柱体铜圆环3,第一液氮注入孔2与圆柱体铜圆环3相通。本优选方式利用铜圆环的设 置减少对液氮的使用量。
[0008] 本发明进一步优选为：样品盛放盘9侧壁和底部为内部中空结构缠绕多圈盛放盘 铜圆环10第二液氮注入孔11与盛放盘铜圆环10相通。本优选方式利用铜圆环的设置减 少对液氮的使用量。
[0009] 本发明进一步优选为：装置侧面中部还开有充气孔7,方便向第二层圆柱体1-2内 部的中空内充入氮气。
[0010] 本发明进一步优选为：底座1-3为可拆卸结构，方便快速测量时使用。
[0011] 本发明中利用所述热红外发射率测定装置的测定热红外发射率的方法，包括以下 步骤：
[0012] a、连接光谱仪和热红外发射率测定装置，将光谱仪物镜通过物镜口 4放入热红外 发射率测定装置中，密封物镜口 4,将光谱仪冷热黑体6放入热红外发射率测定装置中，将 热红外发射率测定装置与光谱仪之间的连接线和光谱仪冷热黑体6的供电线穿过进线孔 5,密封进线孔5,预热光谱仪；
[0013] b、从热红外发射率测定装置的第一液氮注入孔2向装置内注入液氮，将测定装置 冷却到小于150K ;
[0014] c、向第二层圆柱体1-2内部中空内注入氮气，并保证装置内的氮气压力高于大气 压；
[0015] d、将光谱仪冷热黑体6的温度分别设置为低于和高于样品的温度1\和T 2，测量将 光谱仪冷热黑体6放入装置中后光谱仪接收的辐射总量VBB( A，1\)和VBB( A，T2)，根据式 (1)计算光谱仪响应函数F( A)，
[0016] (1)
[0017] 式（1)中Bbb( A，Ti)是利用辐射波长A和光谱仪冷热黑体温度Ti时基于普朗克 定律计算得到的辐射量，Bbb(A，T2)是利用辐射波长A和光谱仪冷热黑体温度1~ 2时基于普 朗克定律计算得到的辐射量；
[0018] e、将光谱仪金板放入热红外发射率测定装置中，测定光谱仪的辐射量e inst(入） Binst (入，T);
[0019] f、将样品温度Tsamp升高至40~50°C后放入热红外发射率测定装置中，测量该条 件下光谱仪接收的辐射总量V_ s( A，T)和样品温度Tsanip;
[0020] g、根据式（2)，计算出样品热红外发射率：
(2)[0022] 式⑵中，e _P(A)为样品的热红外发射率，Bsanp(A，Tsallip)为利用辐射波长入和 样品温度T sanp基于普朗克定律计算得到的样品辐射量，e inst(A)Binst(A，T)是光谱仪辐射 量，V_s( X，T)是光谱仪接收的福射总量，F( A )是光谱仪响应函数。[0023] 本发明中利用所述热红外发射率测定装置优选技术方案测定热红外发射率的方 法，包括以下步骤：[0024] A、连接光谱仪和热红外发射率测定装置，将光谱仪物镜通过物镜口 4放入热红外 发射率测定装置中，密封物镜口 4,将光谱仪冷热黑体6放入热红外发射率测定装置中，将
[0021] 热红外发射率测定装置与光谱仪之间的连接线和光谱仪冷热黑体6的供电线穿过进线孔 5,密封进线孔5,预热光谱仪；
[0025] B、分别从热红外发射率测定装置的第一液氮注入孔2和第二液氮注入孔11向装 置内注入液氮，将测定装置冷却到小于150K;
[0026] C、向第二层圆柱体1-2内部中空内注入氮气，并保证装置内的氮气压力高于大气 压；
[0027] D、将光谱仪冷热黑体6的温度分别设置为低于和高于样品的温度1\和T 2，测量将 光谱仪冷热黑体6放入装置中后光谱仪接收的辐射总量VBB( A，1\)和VBB( A，T2)，根据式 (1)计算光谱仪响应函数F( A)，
[0028] (1)
[0029] AU;T八，丨1;定不洲袖孤波长X和光谱仪冷热黑体温度时基于普朗克 定律计算得到的辐射量，Bbb(A，T2)是利用辐射波长A和光谱仪冷热黑体温度1~ 2时基于普 朗克定律计算得到的辐射量；
[0030] E、将光谱仪金板放入样品盛放盘9中后从盛放盘插入口 8推入热红外发射率测定 装置中，测定光谱仪的辐射量einst(A)Binst(A，T);
[0031] F、取出光谱仪金板将样品温度Tsamp升高至40~50°C放入样品盛放盘9后从 盛放盘插入口 8推入热红外发射率测定装置中，测量该条件下光谱仪接收的辐射总量 V_SU，T)和样品温度Tsanp;
[0032] G、根据式（2)，计算出样品热红外发射率：
[0033] (2)
[0034] 式⑵中，e _P(A)为样品的热红外发射率，Bsanp(A，Tsallip)为利用辐射波长入和 样品温度T sanp基于普朗克定律计算得到的样品辐射量，e inst(A)Binst(A，T)是光谱仪辐射 量，V_s( X，T)是光谱仪接收的福射总量，F( A )是光谱仪响应函数。
[0035] 有益效果：大气中几种主要分子对于热红外辐射的吸收主要为，水的吸收为 2. 5-3. 0 y m，5-7 y m，二氧化碳的吸收峰主要是2. 8 y m和4. 3 y m，大气中其他颗粒虽然也 有吸收作用，但不起主导作用，而氮气对于热红外辐射基本没有吸收。本发明利用氮气对于 热红外辐射没用影响的特性，同时设计液氮制冷装置，既可以模拟月球的热交换环境，也可 以消除大气对于热红外辐射的影响，设计成本较小，操作方法简单实用。
【附图说明】
[0036] 图1为用于室内测量的热红外发射率测定装