一種連續(xù)測(cè)量材料方向光譜發(fā)射率的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種連續(xù)測(cè)量材料方向光譜發(fā)射率的裝置和方法。本發(fā)明的技術(shù)方案要點(diǎn)為：一種連續(xù)測(cè)量材料方向光譜發(fā)射率的裝置，主要由橢圓軌道、步進(jìn)電機(jī)A、步進(jìn)電機(jī)B、反射鏡A、反射鏡B、拋物面反射鏡、加熱及控溫裝置、標(biāo)準(zhǔn)黑體、電動(dòng)位移平臺(tái)和探測(cè)裝置構(gòu)成，該裝置利用橢圓的幾何性質(zhì)，將待測(cè)樣品放置于橢圓左焦點(diǎn)處，樣品的表面中心發(fā)出的輻射光經(jīng)由置于橢圓軌道上且和橢圓軌道始終相切的反射鏡A反射后到達(dá)橢圓右焦點(diǎn)處，通過(guò)放置在右焦點(diǎn)處的反射鏡B反射，再經(jīng)拋物面反射鏡反射后到達(dá)探測(cè)裝置中。本發(fā)明既不用旋轉(zhuǎn)樣品，也不用旋轉(zhuǎn)探測(cè)器，通過(guò)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的反射鏡的同步調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)材料方向光譜發(fā)射率的測(cè)量。
【專利說(shuō)明】一種連續(xù)測(cè)量材料方向光譜發(fā)射率的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料熱物性測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種連續(xù)測(cè)量材料方向光譜發(fā)射率的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]材料的光譜發(fā)射率是表征材料表面紅外輻射能力大小的物理量，是一項(xiàng)重要的熱物性參數(shù)，在輻射測(cè)溫、紅外制導(dǎo)、衛(wèi)星遙感、紅外加熱等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]方向發(fā)射率的測(cè)量方法可以分為兩種:一種是反射法，即先通過(guò)測(cè)量方向反射率，進(jìn)而計(jì)算求出方向發(fā)射率，此方法僅限于測(cè)量不透明材料；另一種是直接測(cè)量法，即分別測(cè)量同一角度下材料的紅外輻射和黑體的紅外輻射，然后根據(jù)定義計(jì)算出方向發(fā)射率數(shù)值。直接測(cè)量法目前有兩種主要的形式:一是探測(cè)裝置不動(dòng)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)樣品來(lái)測(cè)量方向發(fā)射率，此種方法對(duì)于測(cè)量高溫樣品存在很大的技術(shù)困難，因?yàn)闇囟群芨邥r(shí)，加熱樣品所需的加熱裝置體積也很大，無(wú)論是旋轉(zhuǎn)樣品還是旋轉(zhuǎn)加熱裝置都十分困難；另一種是被測(cè)樣品不動(dòng)，通過(guò)移動(dòng)探測(cè)裝置的位置來(lái)測(cè)量方向發(fā)射率，旋轉(zhuǎn)探測(cè)裝置對(duì)于光路的調(diào)整技術(shù)要求很高，此外，對(duì)于一些體積較大的探測(cè)裝置的旋轉(zhuǎn)也十分困難，如傅立葉紅外光譜儀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有方向光譜發(fā)射率測(cè)量裝置的局限性，利用橢圓的幾何性質(zhì)設(shè)計(jì)了一種連續(xù)測(cè)量材料方向光譜發(fā)射率的裝置，使用該裝置既不用旋轉(zhuǎn)樣品，也不用旋轉(zhuǎn)探測(cè)器，通過(guò)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的反射鏡的同步調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)材料方向光譜發(fā)射率的測(cè)量，對(duì)于材料方向光譜發(fā)射率的科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。另外，本發(fā)明還公開了基于該方向光譜發(fā)射率測(cè)量裝置的測(cè)量方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種連續(xù)測(cè)量材料方向光譜發(fā)射率的裝置，其特征在于主要由橢圓軌道、步進(jìn)電機(jī)A、步進(jìn)電機(jī)B、反射鏡A、反射鏡B、拋物面反射鏡、加熱及控溫裝置、標(biāo)準(zhǔn)黑體、電動(dòng)位移平臺(tái)和探測(cè)裝置構(gòu)成，所述的橢圓軌道固定于支架上，步進(jìn)電機(jī)A固定于橢圓軌道外側(cè)并沿橢圓軌道方向運(yùn)行，在步進(jìn)電機(jī)A的轉(zhuǎn)軸上固定有反射鏡A，該反射鏡A的鏡面與橢圓軌道的內(nèi)壁相切，并且在步進(jìn)電機(jī)A沿橢圓軌道運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)轉(zhuǎn)軸調(diào)整反射鏡A的鏡面始終與橢圓軌道的內(nèi)壁相切，所述的步進(jìn)電機(jī)B固定于橢圓軌道右焦點(diǎn)的外側(cè)，在步進(jìn)電機(jī)B的轉(zhuǎn)軸上固定有反射鏡B，該反射鏡B鏡面的中心位置與橢圓軌道的右焦點(diǎn)重合，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)B的轉(zhuǎn)軸調(diào)整反射鏡B的角度使經(jīng)過(guò)反射鏡B的輻射光方向豎直向下，反射鏡B的下方沿光傳輸方向設(shè)有拋物面反射鏡，在拋物面反射鏡的右側(cè)沿光傳輸方向設(shè)有探測(cè)裝置，所述的加熱及控溫裝置分別設(shè)置于電動(dòng)位移平臺(tái)上，并且加熱及控溫裝置中樣品的表面中心及標(biāo)準(zhǔn)黑體的孔徑中心分別與橢圓軌道的左右焦點(diǎn)處于同一水平面上，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制電動(dòng)位移平臺(tái)的移動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)A和步進(jìn)電機(jī)B轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)以及探測(cè)裝置的數(shù)據(jù)采集。
[0006]本發(fā)明所述的反射鏡A為平面反射鏡，所述的反射鏡B為正反面材質(zhì)和光學(xué)特性相同的平面反射鏡。
[0007]—種連續(xù)測(cè)量材料方向光譜發(fā)射率的方法，其特征在于包括以下步驟:(1)通過(guò)電動(dòng)位移平臺(tái)將加熱及控溫裝置移動(dòng)至樣品的表面中心與橢圓軌道的左焦點(diǎn)重合，在控溫裝置上設(shè)定要加熱的溫度，并開啟加熱裝置對(duì)樣品和標(biāo)準(zhǔn)黑體同時(shí)進(jìn)行加熱；(2)在橢圓軌道的外側(cè)調(diào)整步進(jìn)電機(jī)A至待測(cè)角度Θ方向，反射鏡A的鏡面與橢圓軌道的內(nèi)壁相切，
橢圓軌道的方程為
【權(quán)利要求】
1.一種連續(xù)測(cè)量材料方向光譜發(fā)射率的裝置，其特征在于主要由橢圓軌道、步進(jìn)電機(jī)A、步進(jìn)電機(jī)B、反射鏡A、反射鏡B、拋物面反射鏡、加熱及控溫裝置、標(biāo)準(zhǔn)黑體、電動(dòng)位移平臺(tái)、探測(cè)裝置和計(jì)算機(jī)構(gòu)成，所述的橢圓軌道固定于支架上，步進(jìn)電機(jī)A固定于橢圓軌道外側(cè)并沿橢圓軌道方向運(yùn)行，在步進(jìn)電機(jī)A的轉(zhuǎn)軸上固定有反射鏡A，該反射鏡A的鏡面與橢圓軌道的內(nèi)壁相切，并且在步進(jìn)電機(jī)A沿橢圓軌道運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)轉(zhuǎn)軸調(diào)整反射鏡A的鏡面始終與橢圓軌道的內(nèi)壁相切，所述的步進(jìn)電機(jī)B固定于橢圓軌道右焦點(diǎn)的外側(cè)，在步進(jìn)電機(jī)B的轉(zhuǎn)軸上固定有反射鏡B，該反射鏡B鏡面的中心位置與橢圓軌道的右焦點(diǎn)重合，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)B的轉(zhuǎn)軸調(diào)整反射鏡B的角度使經(jīng)過(guò)反射鏡B的輻射光方向豎直向下，反射鏡B的下方沿光傳輸方向設(shè)有拋物面反射鏡，在拋物面反射鏡的右側(cè)沿光傳輸方向設(shè)有探測(cè)裝置，所述的加熱及控溫裝置分別設(shè)置于電動(dòng)位移平臺(tái)上，并且加熱及控溫裝置中樣品的表面中心及標(biāo)準(zhǔn)黑體的孔徑中心分別與橢圓軌道的左右焦點(diǎn)處于同一水平面上，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制電動(dòng)位移平臺(tái)的移動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)A和步進(jìn)電機(jī)B轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)以及探測(cè)裝置的數(shù)據(jù)采集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)測(cè)量材料方向光譜發(fā)射率的裝置，其特征在于:所述的反射鏡A為平面反射鏡，所述的反射鏡B為正反面材質(zhì)和光學(xué)特性相同的平面反射鏡。
3.—種連續(xù)測(cè)量材料方向光譜發(fā)射率的方法，其特征在于包括以下步驟:(1)通過(guò)電動(dòng)位移平臺(tái)將加熱及控溫裝置移動(dòng)至樣品的表面中心與橢圓軌道的左焦點(diǎn)重合，在控溫裝置上設(shè)定要加熱的溫度，并開啟加熱裝置對(duì)樣品和標(biāo)準(zhǔn)黑體同時(shí)進(jìn)行加熱；(2)在橢圓軌道的外側(cè)調(diào)整步進(jìn)電機(jī)A至待測(cè)角度Θ方向，反射鏡A的鏡面與橢圓軌道的內(nèi)壁相切，橢圓軌道的方程為
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的連續(xù)測(cè)量材料方向光譜發(fā)射率的方法，其特征在于:所述的角度Θ的范圍為0° -85°。
【文檔編號(hào)】G01N25/00GK103884734SQ201410126374
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】于坤, 張凱華, 張峰, 劉玉芳, 劉彥磊 申請(qǐng)人:河南師范大學(xué)