一种连续测量材料方向光谱发射率的装置和方法
【专利摘要】本发明公开了一种连续测量材料方向光谱发射率的装置和方法。本发明的技术方案要点为：一种连续测量材料方向光谱发射率的装置，主要由椭圆轨道、步进电机A、步进电机B、反射镜A、反射镜B、抛物面反射镜、加热及控温装置、标准黑体、电动位移平台和探测装置构成，该装置利用椭圆的几何性质，将待测样品放置于椭圆左焦点处，样品的表面中心发出的辐射光经由置于椭圆轨道上且和椭圆轨道始终相切的反射镜A反射后到达椭圆右焦点处，通过放置在右焦点处的反射镜B反射，再经抛物面反射镜反射后到达探测装置中。本发明既不用旋转样品，也不用旋转探测器，通过两个步进电机带动的反射镜的同步调节来实现材料方向光谱发射率的测量。
【专利说明】一种连续测量材料方向光谱发射率的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料热物性测量【技术领域】，具体涉及一种连续测量材料方向光谱发射率的装置和方法。
【背景技术】
[0002]材料的光谱发射率是表征材料表面红外辐射能力大小的物理量，是一项重要的热物性参数，在辐射测温、红外制导、卫星遥感、红外加热等领域有着重要的应用价值。
[0003]方向发射率的测量方法可以分为两种:一种是反射法，即先通过测量方向反射率，进而计算求出方向发射率，此方法仅限于测量不透明材料；另一种是直接测量法，即分别测量同一角度下材料的红外辐射和黑体的红外辐射，然后根据定义计算出方向发射率数值。直接测量法目前有两种主要的形式:一是探测装置不动，通过旋转样品来测量方向发射率，此种方法对于测量高温样品存在很大的技术困难，因为温度很高时，加热样品所需的加热装置体积也很大，无论是旋转样品还是旋转加热装置都十分困难；另一种是被测样品不动，通过移动探测装置的位置来测量方向发射率，旋转探测装置对于光路的调整技术要求很高，此外，对于一些体积较大的探测装置的旋转也十分困难，如傅立叶红外光谱仪。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有方向光谱发射率测量装置的局限性，利用椭圆的几何性质设计了一种连续测量材料方向光谱发射率的装置，使用该装置既不用旋转样品，也不用旋转探测器，通过两个步进电机带动的反射镜的同步调节来实现材料方向光谱发射率的测量，对于材料方向光谱发射率的科学研究和实际应用具有重要意义。另外，本发明还公开了基于该方向光谱发射率测量装置的测量方法。
[0005]本发明的技术方案为:一种连续测量材料方向光谱发射率的装置，其特征在于主要由椭圆轨道、步进电机A、步进电机B、反射镜A、反射镜B、抛物面反射镜、加热及控温装置、标准黑体、电动位移平台和探测装置构成，所述的椭圆轨道固定于支架上，步进电机A固定于椭圆轨道外侧并沿椭圆轨道方向运行，在步进电机A的转轴上固定有反射镜A，该反射镜A的镜面与椭圆轨道的内壁相切，并且在步进电机A沿椭圆轨道运行过程中通过转轴调整反射镜A的镜面始终与椭圆轨道的内壁相切，所述的步进电机B固定于椭圆轨道右焦点的外侧，在步进电机B的转轴上固定有反射镜B，该反射镜B镜面的中心位置与椭圆轨道的右焦点重合，通过步进电机B的转轴调整反射镜B的角度使经过反射镜B的辐射光方向竖直向下，反射镜B的下方沿光传输方向设有抛物面反射镜，在抛物面反射镜的右侧沿光传输方向设有探测装置，所述的加热及控温装置分别设置于电动位移平台上，并且加热及控温装置中样品的表面中心及标准黑体的孔径中心分别与椭圆轨道的左右焦点处于同一水平面上，通过计算机控制电动位移平台的移动、步进电机A和步进电机B转轴的转动以及探测装置的数据采集。
[0006]本发明所述的反射镜A为平面反射镜，所述的反射镜B为正反面材质和光学特性相同的平面反射镜。
[0007]—种连续测量材料方向光谱发射率的方法，其特征在于包括以下步骤:(1)通过电动位移平台将加热及控温装置移动至样品的表面中心与椭圆轨道的左焦点重合，在控温装置上设定要加热的温度，并开启加热装置对样品和标准黑体同时进行加热；(2)在椭圆轨道的外侧调整步进电机A至待测角度Θ方向，反射镜A的镜面与椭圆轨道的内壁相切，
椭圆轨道的方程为
【权利要求】
1.一种连续测量材料方向光谱发射率的装置，其特征在于主要由椭圆轨道、步进电机A、步进电机B、反射镜A、反射镜B、抛物面反射镜、加热及控温装置、标准黑体、电动位移平台、探测装置和计算机构成，所述的椭圆轨道固定于支架上，步进电机A固定于椭圆轨道外侧并沿椭圆轨道方向运行，在步进电机A的转轴上固定有反射镜A，该反射镜A的镜面与椭圆轨道的内壁相切，并且在步进电机A沿椭圆轨道运行过程中通过转轴调整反射镜A的镜面始终与椭圆轨道的内壁相切，所述的步进电机B固定于椭圆轨道右焦点的外侧，在步进电机B的转轴上固定有反射镜B，该反射镜B镜面的中心位置与椭圆轨道的右焦点重合，通过步进电机B的转轴调整反射镜B的角度使经过反射镜B的辐射光方向竖直向下，反射镜B的下方沿光传输方向设有抛物面反射镜，在抛物面反射镜的右侧沿光传输方向设有探测装置，所述的加热及控温装置分别设置于电动位移平台上，并且加热及控温装置中样品的表面中心及标准黑体的孔径中心分别与椭圆轨道的左右焦点处于同一水平面上，通过计算机控制电动位移平台的移动、步进电机A和步进电机B转轴的转动以及探测装置的数据采集。
2.根据权利要求1所述的连续测量材料方向光谱发射率的装置，其特征在于:所述的反射镜A为平面反射镜，所述的反射镜B为正反面材质和光学特性相同的平面反射镜。
3.—种连续测量材料方向光谱发射率的方法，其特征在于包括以下步骤:(1)通过电动位移平台将加热及控温装置移动至样品的表面中心与椭圆轨道的左焦点重合，在控温装置上设定要加热的温度，并开启加热装置对样品和标准黑体同时进行加热；(2)在椭圆轨道的外侧调整步进电机A至待测角度Θ方向，反射镜A的镜面与椭圆轨道的内壁相切，椭圆轨道的方程为
4.根据权利要求3所述的连续测量材料方向光谱发射率的方法，其特征在于:所述的角度Θ的范围为0° -85°。
【文档编号】G01N25/00GK103884734SQ201410126374
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】于坤, 张凯华, 张峰, 刘玉芳, 刘彦磊 申请人:河南师范大学