一种基于三组合反射罩的高温加热装置的制作方法

本发明涉及中子散射实验领域，尤其是涉及一种基于三组合反射罩的高温加热装置。

背景技术：

随着对材料微观结构研究的深入，中子散射法或同步辐射法得到更多的推广和应用。以中子散射法为例，常温和较低加热温度的散射实验已经有了成熟的实践经验，为了更为精确地理解高温下材料性能的实时变化，设计一款高温加热炉变得越发的迫切。从世界现有的四大散列中子源官网以及公开资料显示，工程样品的高温原位实验中，通常采用线圈感应加热和红外加热两种方法，感应加热法受到样品形状和尺寸的限制比较明显，红外加热法相对的适用范围更宽一些。

红外加热法通常选用卤素钨丝灯管为光源，为了提高加热效果，配以反射罩在样品处实现光线聚焦，目前可达到的工程样品最高加热温度约为1000℃，对部分特殊高温材料，现有的中子散射原位实验加热炉不能满足要求，需设计出一款更高温度的加热炉。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种实现更优光线聚焦和更高出射强度，同时满足样品后中子散射覆盖角几何要求，并实现加热炉整体结构紧凑布置的基于三组合反射罩的高温加热装置。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种基于三组合反射罩的高温加热装置，用以提升样品处光线聚焦效果，所述基于三组合反射罩的高温加热装置包括若干加热单元，每一加热单元包括槽型组合反射罩及安装于所述槽型组合反射罩内的加热灯管，所述槽型组合反射罩包括第一椭圆反射罩、两圆反射罩以及两第二椭圆反射罩，所述第一椭圆反射罩和所述两第二椭圆反射罩的第一焦点、第二焦点均重合，所述两圆反射罩分别从所述第一椭圆反射罩的两端延伸而出，每一所述第二椭圆反射罩从所述圆反射罩远离所述第一椭圆反射罩一端延伸而出，所述加热灯管位于所述第一椭圆反射罩及所述两第二椭圆反射罩的第一焦点，并位于两所述圆反射罩的圆心处。

进一步地，所述加热单元的数量为偶数个，并对称设置于所述样品两侧。

进一步地，所述样品位于所述第一椭圆反射罩及所述两第二椭圆反射罩的第二焦点。

进一步地，所述槽型组合反射罩还包括平面出射口，所述平面出射口位于两所述第二椭圆反射罩之间并位于靠近所述样品一侧。

进一步地，所述加热单元的数量为4个或6个，分为两组对称布置于所述样品两侧，所述样品与每一组外侧的平面出射口端点连线形成中子散射覆盖角。

进一步地，所述加热单元为对称结构。

进一步地，所述中子散射实验高温加热炉的组合反射罩中心对称，所述样品为对称中心。

进一步地，所述第一椭圆反射罩、所述圆反射罩以及所述第二椭圆反射罩内表面采用镀金层提高反射效率。

进一步地，所述第一椭圆反射罩、所述圆反射罩以及所述第二椭圆反射罩外表面设有冷却通道系统。

相比现有技术，本发明基于三组合反射罩的高温加热装置有以下优点：

1)本发明采用槽型反射罩结构，横截面为椭圆弧、圆弧和椭圆弧的组合形状，第一椭圆反射罩充分把位于第一焦点处加热灯管发出的光线聚焦到位于第二焦点处的样品上，尤其是大角度发射方向的光线；其次圆反射罩把中等发射角度的光线再次经第一焦点反射到第一椭圆反射罩上，最终仍聚焦到样品上；最后第二椭圆反射罩把小角度发射的光线聚焦到位于第二焦点处的样品上。与中子散射领域现在通用的反射罩相比，该组合形状使得整个反射罩沿样品方向的出射口宽度变窄，在样品后中子散射覆盖角一定的情况下，单个反射罩体积变大且整体结构更紧凑，同时保证反射罩总深度不过于太浅，更有利于聚光提升样品加热温度。

2)该结构的光线聚焦效果更优，有利于更高温度的样品加热。

3)第一椭圆反射罩、圆反射罩和第二椭圆反射罩的深度可通过模拟软件计算得出，以获得样品最大吸收光通量。

4)反射罩内表面全部采用镀金层设计提高反射效率。

5)本发明提出的组合型反射罩通过tracepro软件模拟，在几何约束条件和加热灯管等输入参数相同时，样品吸收光通量比椭圆反射罩增加约82％。

附图说明

图1为本发明基于三组合反射罩的高温加热装置的立体图；

图2为图1的基于三组合反射罩的高温加热装置的结构示意图；

图3为图2的基于三组合反射罩的高温加热装置的加热单元的正视图。

图中：10、加热单元；11、加热灯管；12、槽型组合反射罩；120、第一椭圆反射罩；121、圆反射罩；122、第二椭圆反射罩；123、平面出射口；20、中子散射覆盖角；200、样品；300、中子探测器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图3，本发明一种基于三组合反射罩的高温加热装置包括若干加热单元10。

每一加热单元10包括加热灯管11及槽型组合反射罩12。加热灯管11安装于槽型组合反射罩12内。槽型组合反射罩12包括第一椭圆反射罩120、两圆反射罩121、两第二椭圆反射罩122及平面出射口123。两圆反射罩121从第一椭圆反射罩120的端部延伸而出，每一第二椭圆反射罩122从一圆反射罩121远离第一椭圆反射罩120一端延伸而出，平面出射口123位于两第二椭圆反射罩122之间。第一椭圆反射罩120所在椭圆的第一焦点与第二椭圆反射罩122所在椭圆的第一焦点重合。第一椭圆反射罩120所在椭圆的第二焦点与第二椭圆反射罩122所在椭圆的第二焦点重合。加热灯管11位于第一椭圆反射罩120及第二椭圆反射罩122的第一焦点上。样品200位于第一椭圆反射罩120及第二椭圆反射罩122的第二焦点上。加热灯管11位于两圆反射罩121的圆心处。第一椭圆反射罩120、两圆反射罩121以及两第二椭圆反射罩122的内表面采用镀金层提高反射效率。第一椭圆反射罩120、两圆反射罩121以及两第二椭圆反射罩122的外壁均设有冷却通道系统。

加热单元10的数量为偶数个。优选地，加热单元10的数量为4个或6个。加热单元10分为两组对称分布于样品200的两侧，样品200与平面出射口123端点之间的连线形成中子散射覆盖角20。样品200的轴向左右两侧分别设有中子探测器300，从物理角度出发，对经样品200散射后的出射中子有一定覆盖角度的要求，故要求中子散射覆盖角20必须大于物理要求的覆盖角度值。

本发明基于三组合反射罩的高温加热装置有以下优点：

1)本发明采用槽型反射罩结构，横截面为椭圆弧、圆弧和椭圆弧的组合形状，第一椭圆反射罩120充分把位于第一焦点处加热灯管11发出的光线聚焦到位于第二焦点处的样品200上，尤其是大角度发射方向的光线；其次圆反射罩121把中等发射角度的光线再次经第一焦点反射到第一椭圆反射罩120上，最终仍聚焦到样品200上；最后第二椭圆反射罩122把小角度发射的光线聚焦到位于第二焦点处的样品200上。与中子散射领域现在通用的反射罩相比，该组合形状使得整个反射罩沿样品方向的出射口宽度变窄，在样品后中子200散射覆盖角一定的情况下，单个反射罩体积变大且整体结构更紧凑，同时保证反射罩总深度不过于太浅，更有利于聚光提升样品200加热温度。

2)该结构的光线聚焦效果更优，有利于更高温度的样品200加热。

3)第一椭圆反射罩120、圆反射罩121和第二椭圆反射罩122的深度可通过模拟软件计算得出，以获得样品最大吸收光通量。

4)槽型组合反射罩12内表面全部采用镀金层设计提高反射效率。

5)本发明提出的槽型组合反射罩12通过tracepro软件模拟，在几何约束条件和加热灯管等输入参数相同时，样品吸收光通量比椭圆反射罩增加约82％。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。