[发明专利]一种表面发射率测试仪

说明书

 

技术领域

本发明属于光学测试仪器，具体涉及一种表面发射率测试仪，应用于非接触式测温、太阳能应用以及飞机结构设计等领域。

背景技术

    许多工业领域，需要知道物体表面发射率这一参数，而表面发射率受很多因素的影响，因此需要对其进行现场实时动态测试，从而能更准确研究物体表面热辐射特性。例如，在非接触式测温领域，在线精确测量得到待测物体表面发射率可以使测量的温度更准确；在太阳能应用领域，测量发射率有利于找到高吸收率的材料；在飞机结构设计中，需要考虑发动机对周边飞机结构的热辐射影响。

现有的发射率测试方法包括量热法、辐射能量法、多波长测量法、反射率法。其中量热法必须要求将待测物体制成可测量的小样件，并需要测试待测点的表面温度值，不适用于现场在线测试；辐射能量法不适用于低温或常温测试，并且模拟黑体制作很难，因此适用性也较差；多波长测量法目前理论还不成熟，没有可以适应所有材料的算法。反射率法用于测试不透明的物体，将已知强度的辐射能量投射到被测面上，根据能量守恒定律和基尔霍夫定律，通过反射计求得辐射能量，得到样品的反射率后即得到发射率。

现有基于反射率法的表面发射率测试仪，包括探测器和电路部分；探测器由红外热敏电阻和红外光源组成，属于台式仪器，不适用于现场安装，不能满足现场实时动态测试；电路部分由驱动单元、信号调理单元和单片机单元组成，其中信号调理单元主要采用相敏检波电路，因此检测的信号引入了相位误差，另外电路部分只采集反射回来的表征辐射能量大小的电压信号                                               ；单片机单元根据如下的公式计算表面发射率：，其中K为常数，可以通过测量已知表面发射率的标准样件得到，没有消除热敏电阻的非线性误差，因此测试结果会随热敏电阻的工作温度不同而漂移。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有表面发射率测试仪体积大、不便于现场安装、耐振动性差、红外热敏电阻非线性和测试仪零点漂移造成测试不准确等问题，特提供了一种表面发射率测试仪。

一种表面发射率测试仪，由探测器、电路部分、计算机和电源构成，探测器将反映表面发射率的红外热敏电阻电压信号送到电路部分，电路部分将调理后的信号送到计算机进行处理，电源为电路部分供电，其特征在于：

探测器包括外罩、红外发射源、聚光筒和红外热敏电阻，红外发射源和红外热敏电阻分别固定在外罩内，红外热敏电阻下端面与聚光筒连接，红外发射源出射光路与聚光筒中轴线关于外罩中轴线对称，红外热敏电阻信号引出线和红外发射源控制线分别穿过外罩顶盖连接电路部分；

所述电路部分包括驱动单元、信号调理单元以及数据采集单元；驱动单元由方波发生器、方波选通电路和开关电路构成，方波发生器产生的方波经过方波选通电路控制开关电路导通或关闭，开关电路输出通过红外发射源控制线连接红外发射源；

所述信号调理单元由稳压电源、电阻/电压变换电路、第一低通滤波电路、高通滤波放大电路、整流滤波电路、第二低通滤波电路、零点迁移电路、反相器、2选1模拟开关构成；稳压电源为电阻/电压变换电路提供参考电压，电阻/电压变换电路、第一低通滤波电路、高通滤波放大电路、整流滤波电路、第二低通滤波电路、零点迁移电路和2选1模拟开关的第一输入端依次串联，第一低通滤波电路的输出经过反相器送到2选1模拟开关的第二输入端，2选1模拟开关输出端连接数据采集单元；

所述数据采集单元由电压采集模块、控制模块、通信模块和处理器构成；电压采集模块采集信号调理单元2选1模拟开关输出的电压并送到处理器，处理器根据计算机的命令对电压采集模块送来的电压进行分类存储，并通过通信模块传输给计算机；处理器并根据计算机的命令控制控制模块的输出信号； 控制模块控制方波选通电路的选通和2选1模拟开关的切换；

所述计算机通过通信模块向处理器发出命令，并根据下述公式计算表面发射率：

，

式中，为红外热敏电阻所接收的表征调制辐射信号大小的电压，是测试仪的零点电压，是表征红外热敏电阻工作温度点的电压，C为常数，通过测量已知发射率的标准样板求得；