一种瞬态热辐射界面反射率测量系统及方法

本技术属于冲击波物理，尤其涉及一种瞬态热辐射界面反射率测量系统及方法。

背景技术：

1、冲击波物理中直接测量温度的方法主要分为两类，一类是基于黑体（灰体）辐射的基本假设，一类是基于原子或离子热运动与光子相互作用的特征信号。第二种方法是通过宽谱x射线的吸收谱进行分析，或者是单色x射线衍射信号的展宽进行分析，精度不足以提供对物理问题的深入认识。辐射测温是目前最为可靠的温度测量方法，包括亮温法和色温法。亮温是基于单色信号的辐射亮度进行定量测量的，通常是以相对较宽的光谱范围的整体亮度变化作为测量数据，以消除部分分立谱的影响，这个方法的核心是精确的标定和发射率的动态测量，具体实现则是以扫描光学高温计的形式。色温法是对多个波长的辐射强度进行测量，通过谱强度的拟合给出一条最为接近的灰体辐射拟合数据，来确定温度的大小，这个方法也需要进行精确的标定。由于通道数很多，所以各个测量波长的发射率数据很难直接给出，通常是假设在测量的波长范围内发射率一致，这也为物理数据的可靠性带来了巨大的风险。

2、针对冲击动力学研究中的温度和反射率动态测量，目前在用的方法有两种。第一种是基于任意反射面成像速度干涉仪给出的反射信号强度变化来测量反射率，该方法具有很高的时间分辨，但是受制于诊断光源和条纹相机的数量，只能给出一个窄带激光的反射率，与宽谱温度测量之间仍然存在较大差异。第二种是通定常白光光源结合积分球进行反射率测量，问题是只能测量1-2个波长的反射率，时间分辨受限于积分球的积分时间，无法开展高时间分辨的信号测量，同时，反射率测量区域与温度辐射信号测量在空间区域是分开的，也就是两者并不是直接关联。

3、多通道辐射温度测量技术是当前最为可靠的瞬态温度测量方法，其原理是把样品区的辐射信号按光谱进行分光，分别对不同光光谱的辐射强度进行时间分辨的测量，但是并不能实现反射率测量与温度测量同时针对同一个样品区域，因为叠加的连续信号无法区分是灰体辐射带来的还是照明光源的反射带来的。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种瞬态热辐射界面反射率测量系统及方法，该系统在进行反射率测量的时候，有一路脉冲白光单独进行分光，然后经过光电转换后通过数据采集系统采集起来，形成标准数据，在测量过程中作为参考值，实现反射率测量与温度测量同时针对同一个样品区域精确计算出瞬态高温下的待测样品的反射率。

2、一种瞬态热辐射界面反射率测量系统，包括

3、脉冲白光光源；

4、测量探头，所述测量探头与所述脉冲白光光源通过第一多模光纤连接，脉冲白光能够通过所述第一多模光纤向测量探头传输，所述测量探头对准待测样品，所述测量探头在待测样品上的照射区域与待测样品上的温度测量区域相同；

5、白光耦合器，所述白光耦合器安装在所述第一多模光纤上；

6、第一分光器，所述第一分光器与所述测量探头通过第二多模光纤连接；

7、第二分光器，所述第二分光器与所述白光耦合器通过第三多模光纤连接；

8、第一光电转换器，所述第一光电转换器与所述第一分光器通过第四多模光纤连接；

9、第二光电转换器，所述第二光电转换器与所述第二分光器通过第五多模光纤连接；

10、数据采集系统，所述数据采集系统与所述第一光电转换器通过第一数据传输电缆连接，所述数据采集系统与所述第二光电转换器均通过第二数据传输电缆连接。

11、根据本发明的另一些实施例的瞬态热辐射界面反射率测量系统，所述第一光电转换器设有多个，各个所述第一光电转换器均与所述第一分光器通过所述第四多模光纤连接，各个所述第一光电转换器均与所述数据采集系统通过所述第一数据传输电缆连接。

12、根据本发明的另一些实施例的瞬态热辐射界面反射率测量系统，所述第二光电转换器设有多个，各个所述第二光电转换器均与所述第二分光器通过所述第五多模光纤连接，各个所述第二光电转换器均与所述数据采集系统通过所述第二数据传输电缆连接。

13、根据本发明的另一些实施例的瞬态热辐射界面反射率测量系统，所述测量探头为双芯多模光纤测量探头。

14、根据本发明的另一些实施例的瞬态热辐射界面反射率测量系统，所述第二分光器的分光通道数和各通道的光谱参数与所述第一分光器的分光通道数和各通道的光谱参数一致。

15、一种瞬态温度中界面反射率测量方法，采用以上任意一种瞬态热辐射界面反射率测量系统，包括以下步骤

16、反射率检测步骤：

17、测量探头对准待测样品；

18、脉冲白光通过第一多模光纤进入测量探头，然后照射到待测样品上；

19、经过待测样品反射后的脉冲白光和待测样品上的温度自发辐射光会进入第二多模光纤，然后第二多模光纤会将脉冲白光的反射光和温度自发辐射光传送至第一分光器；

20、第一分光器进行光谱分光，将不同波段的光分别通过第四多模光纤传送至相应的第一光电转换器；

21、各个第一光电转换器将形成的电信号通过第一数据传输电缆传送至数据采集系统收集；

22、标准脉冲检测步骤：

23、将上述脉冲白光通过第三多模光纤单独引出一路进入第二分光器；

24、第二分光器进行光谱分光，将脉冲白光的不同波段光分别通过第五多模光纤传送至相应的第二光电转换器；

25、各个第二光电转换器形成的电信号通过第二数据传输电缆传送至数据采集系统收集；

26、数据采集系统将待测样品上的脉冲白光反射光和自发辐射光产生的数据与单独的脉冲白光产生的标准数据进行对比即可得到待测样品在瞬态高温下的反射率。

27、根据本发明的另一些实施例的瞬态温度中界面反射率测量方法，脉冲白光光源的光谱稳定性足够好时，第三多模光纤直接连接脉冲白光光源和第二光电转换器，通过比对脉冲白光的总强度和反射信号强度可得到待测样品在瞬态高温下的反射率。

28、根据本发明的另一些实施例的瞬态温度中界面反射率测量方法，脉冲白光光源的光谱稳定性和单脉冲能量稳定性足够好时，只进行所述反射率检测步骤，通过比对第一分光器后各通道信号强度在温度信号出现前后的变化即可得到各通道的待测样品在瞬态高温下的反射率。

29、本发明实施例的瞬态热辐射界面反射率测量系统至少具有如下有益效果：测量过程中，脉冲白光光源发出的脉冲白光其中一路经过第一多模光纤进入到测量探头，另一路经过第三多模光纤进入到第二分光器，然后进入第二光电转换器，通过第二光电转换器的转换后通过数据采集系统收集，从而收集到单纯脉冲白光的脉冲数据，形成标准数据，进入到测量探头的脉冲白光照射到待测样品上，由于测量探头在待测样品上的照射区域与待测样品上的温度测量区域相同，所以照射到待测样品上的脉冲白光的反射光与待测样品自身的高温辐射光会一同进入第二多模光纤，然后经过第一分光器对待测样品的温度辐射光和脉冲白光的反射光进行光谱分光，从而获得了在各通道光谱范围内的连续辐射信号和脉冲探测信号，该信号被第一光电转换器接收后通过数据采集系统收集起来，数据采集系统将脉冲白光的反射光与待测样品自发辐射光的脉冲数据跟上述的标准数据进行对比，即可得到瞬态高温下待测样品的反射率。因此该系统在进行反射率测量的时候，有一路脉冲白光单独进行分光，然后经过光电转换后通过数据采集系统采集起来形成标准数据，在测量过程中作为参考值，实现反射率测量与温度测量同时针对同一个样品区域精确计算出瞬态高温下的待测样品的反射率。