专利名称：一种非透明材料法向光谱发射率测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光谱发射率精确测量的装置，特别是一种适合于非透明光滑材料测量法向光谱发射率的测量装置。
背景技术：
光谱发射率是表征材料热物性的一个重要参数，准确的光谱发射率数据在辐射测量、 热传导、加热效率、红外遥感、光学常数评估等领域有着重要的科学意义和应用价值。近年来，尽管光谱发射率测量技术取得了飞速的发展，但是其测量精度，尤其是高温段的测量精度仍不能满足科研和应用的需求，因此急需发展一种高温、宽波长、高精度材料光谱发射率
测量装置。目前，光谱发射率的测量方法很多，如辐射能量对比法、反射法、量热法等。不管使用那种方法测量发射率，要想精确的测量光谱发射率，其中最关键的一个问题就是，如何准确测量物体表面的温度。目前常用的测温方法有两种一是利用热电偶进行测量，通常是把热电偶焊接在待测物体表面区域的附近或者是通过打孔把热电偶放入待测物体内部，近似认为该点的温度即为待测表面的温度。另外一种方法是用辐射测温仪进行测量，通常是在待测物体表面区域附近钻孔形成人工黑体，用辐射测温仪来测量人工黑体的温度，即近似认为是待测物体表面的温度。对于金属材料而言，由于金属的热导系数较高，在中低温时， 用高精度热电偶测量的温度与待测区域的温度相差较小，但在高温时，两者误差较大，通常在10摄氏度以上。对于非金属材料，由于热导系数低，待测物体表面温度梯度大，即便是在中低温下，热电偶测得的温度与待测区域的真实温度相差也非常大，而在高温下，表面温度梯度甚至可达100摄氏度，这将导致光谱发射率测量极大的误差。显然，不管是用热电偶还是辐射测温仪，测得的温度仅是待测区域附近的温度，都不是待测区域的真实温度。而这两者温度差随着测量温度的升高，差值会越来越大，这是目前光谱发射率测量面临的一个难题。虽然目前提出的基于最小二乘法和神经网络的多光谱辐射测温技术，能够直接测量物体表面的温度。但多光谱辐射测温理论是建立在准确的发射率模型之上的，而发射率模型与物体表面粗糙度、波长、温度等许多因素密切相关，很难找到一个普适的光谱发射率模型。现阶段多光谱辐射测温的精度还不能满足光谱发射率测量的需求。针对上述问题，发展一种高温、宽波长、高精度的光谱发射率测量装置对科学研究和实际应用都是非常有意义的。
发明内容
本发明的目的是设计一种适合于非透明材料法向光谱发射率的测量装置。本发明的技术方案是，一种非透明材料法向光谱发射率测量装置，它包括半球形水冷法兰，石墨加热体，其特征在于在圆柱形腔体内设有石墨加热体，石墨加热体顶部设有凹槽，石墨加热体通有水冷电极，水冷电极连通有大功率直流电源，在圆柱形腔体顶部设有半球形水冷法兰，与石墨加热体顶部的凹槽对应的半球形水冷法兰上均布有三个观测孔，在两侧的观测孔外部分别安装有单波长探测器和斩波器、镀金反射镜，单波长探测器和斩波器通过导线分别与微处理器控制系统连接，微处理器控制系统通过导线与人工智能调节器连接，人工智能调节器通过导线与大功率直流电源连接，半球形水冷法兰上的中间观测孔外部设有球面反射镜，与球面反射镜配合装配的有傅里叶红外光谱仪和计算机，在半球形水冷法兰上设有抽真空装置。所述的半球形水冷法兰上的观测孔，其中一个为球心位置，另两个对称于球心位置，与法线呈15度角。所述观测孔为KBr窗口。本发明相对于使用热电偶和辐射测量仪而言，无需考虑待测样品的表面温度梯度，其测温精度有较大的提高，减小了以往测量过程中由于测量温度误差而导致的光谱发射率误差；本发明能测得发射率的范围是500摄氏度到3000摄氏度，波长范围为 1. 5 μ m—25 μ m，加热速度快，真空度较高，测量的精度高。
图1是本发明的结构示意图。
具体实施例方式
结合附图详细描述实施例
一种非透明材料法向光谱发射率测量装置，它包括半球形水冷法兰12，石墨加热体 13，在圆柱形腔体14内设有石墨加热体，石墨加热体顶部设有凹槽17，石墨加热体通有水冷电极16，水冷电极连通有大功率直流电源1，在石墨加热体外部设有隔热材料15，在圆柱形腔体顶部设有半球形水冷法兰，与石墨加热体顶部的凹槽对应的半球形水冷法兰上均布有三个观测孔8，所述的观测孔，其中一个为球心位置，另两个对称于球心位置，与法线呈 15度角，观测孔为KBr窗口 ；在两侧的观测孔外部分别安装有单波长探测器7和斩波器10、 镀金反射镜9，单波长探测器和斩波器通过导线分别与微处理器控制系统3连接，微处理器控制系统通过导线与人工智能调节器2连接，人工智能调节器通过导线与大功率直流电源连接，半球形水冷法兰上的中间观测孔外部设有球面反射镜4，与球面反射镜配合装配的有傅里叶红外光谱仪5和计算机6，在半球形水冷法兰上设有抽真空装置11，在圆柱形腔体外设有水冷系统。本发明的工作步骤是，
1、用高温黑体炉对红外傅里叶红外光谱仪进行校准。2、用傅里叶红外光谱仪测量高温炉在设定温度点下的光谱辐射能量，并将测得的数据存储到计算机，应确保高温炉与傅里叶红外光谱仪的距离与测量待测物体表面辐射能量时的距离一致。3、在人工智能调节器上设定要加热的时间和温度。4、启动水循环系统和真空泵，待真空度达到10-4 时，启动直流加热装置。5、当温度达到500度时，调制盘开始工作，温度测量系统输出温度信号至温控装置。6、温控装置根据预先设定的加热时间和温度值，自动调节加热电流大小。7、待温度达到设定值后，启动红外傅里叶红外光谱仪测量待测物体表面辐射能量，并存储待测温度点下的辐射能量值。8、计算机寻找相同温度点下的黑体辐射能量值，并对比，得出光谱发射率值。本发明测量发射率的范围是500摄氏度到3000摄氏度，波长范围为1.5μπι— 25 μ m0
权利要求
1.一种非透明材料法向光谱发射率测量装置，它包括半球形水冷法兰，石墨加热体，其特征在于在圆柱形腔体内设有石墨加热体，石墨加热体顶部设有凹槽，石墨加热体通有水冷电极，水冷电极连通有大功率直流电源，在圆柱形腔体顶部设有半球形水冷法兰，与石墨加热体顶部的凹槽对应的半球形水冷法兰上均布有三个观测孔，在两侧的观测孔外部分别安装有单波长探测器和斩波器、镀金反射镜，单波长探测器和斩波器通过导线分别与微处理器控制系统连接，微处理器控制系统通过导线与人工智能调节器连接，人工智能调节器通过导线与大功率直流电源连接，半球形水冷法兰上的中间观测孔外部设有球面反射镜， 与球面反射镜配合装配的有傅里叶红外光谱仪和计算机，在半球形水冷法兰上设有抽真空直O
2.如权利要求1所述的一种非透明材料法向光谱发射率测量装置，其特征在于所述的半球形水冷法兰上的观测孔，其中一个为球心位置，另两个对称于球心位置，与法线呈15度角。
3.如权利要求1所述的一种非透明材料法向光谱发射率测量装置，其特征在于所述观测孔为KBr窗口。
全文摘要
一种非透明材料法向光谱发射率测量装置，本发明的技术方案要点是，在圆柱形腔体内设有石墨加热体，石墨加热体通有水冷电极，水冷电极连通有直流电源，在圆柱形腔体顶部设有半球形水冷法兰，与石墨加热体顶部的凹槽对应的半球形水冷法兰上均布有观测孔，在两侧的观测孔外部分别安装有探测器和斩波器、反射镜，探测器和斩波器通过导线分别与微处理器控制系统连接，微处理器控制系统通过导线与人工智能调节器连接，人工智能调节器通过导线与直流电源连接，半球形水冷法兰上的中间观测孔外部设有球面反射镜，与球面反射镜配合装配的有傅里叶红外光谱仪和计算机，在半球形水冷法兰上设有抽真空装置。本发明加热速度快，真空度较高，测量的精度高。
文档编号G01N25/00GK102565116SQ201210013968
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月17日 优先权日2012年1月17日
发明者于坤, 刘玉芳, 施德恒, 朱遵略, 魏山城 申请人:河南师范大学