[发明专利]航天器材料放气成分在线式红外吸收光谱检测系统

说明书

技术领域

本发明属于航天器材料测试技术领域，主要应用于航天器材料空间环境适应性评价等中。

背景技术

目前，航天器上大量采用非金属材料，如胶、漆、涂层等。当航天器暴露于轨道的真空热环境时，材料会大量放气，即其内部或表面的挥发性物质散发至周围的环境中。材料放气主要对航天器敏感表面的光学特性、热特性等产生不利影响，造成光学透过率下降，太阳吸收率增大等。因此有必要对材料放气进行有效控制，这离不开材料放气特性，特别是材料放气成分的准确了解。

目前一般采用质谱或气相色谱-质谱法检测材料放气成分。将材料样品置于真空容器样品架上，正对材料放置有放气产物收集装置，开始抽真空。待真空度达到7x10-3Pa后，开始加热材料。材料温度达到125℃后，开启质谱仪器，对放气产物进行检测。材料加热时间为24小时。达到规定时间，待材料冷却后，取出收集板，利用丙酮等溶剂浸泡收集装置，获得放气产物溶液，送入气相色谱-质谱仪器中进行检测，获得材料放气产物成分。气相色谱-质谱检测法在航天行业标准QJ20014-2011《航天器污染物成分检测方法》中进行了规定。

现有的测试方法具有一定缺陷。首先，质谱仪器由于自身性能局限，难以对放气产物中较大分子量的成分进行有效识别。其次，收集装置收集得到的污染物送入气相色谱-质谱仪器分析之前需要较为繁琐的前处理操作，容易引入新的杂质，影响检测结果的准确性。因此，提供一种新的红外吸收光谱检测系统在线测试航天器材料放气组分是非常重要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用红外吸收光谱对航天器材料放气成分进行在线式检测分析的系统，该系统中利用的红外光谱是指分子吸收红外光的能量，使分子中键的振动从低能态向高能态跃迁过程发射出的光谱。化合物中的官能团可以吸收特定波长的红外光，因此，红外吸收光谱可以用来鉴别化合物中存在的官能团。在材料放气过程中获得其污染物红外吸收光谱，可实时在线对航天器材料放气特性进行分析，能够快速准确获得放气污染物成分及定量组成。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

航天器材料放气成分在线式红外吸收光谱检测系统，该系统包括真空容器、光路系统和控制系统，真空容器连接有真空系统，真空容器内的顶部设置有容纳航天器材料放气成分的样品舱，样品舱底部开设有放气孔，样品舱通过真空容器外的温度控制器和样品舱内航天器材料放气成分下方设置的加热器来控制放气成分的蒸发，真空容器内的底部设置有支撑平台，支撑平台上设置有石英晶体微量天平和第四反射镜，第四反射镜的几何中点与样品舱的放气孔同轴并垂直镜面，支撑平台连接有冷却系统来控制其温度，光路系统包括傅里叶红外分光光度计、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和两个窗口镜，真空容器两相对侧壁上对称设置有供光路通过的倾斜圆筒，倾斜圆筒中分别设置有窗口镜，傅里叶红外分光光度计发射出的光线经第一反射镜反射到第二反射镜，第二反射镜反射的光线通过一侧的倾斜圆筒并透过窗口镜入射到真空容器中的第四反射镜上，第四反射镜反射后通过另一侧的倾斜圆筒并透过另一窗口镜入射到第三反射镜上，经第三反射镜反射后入射到第三反射镜附近设置的红外光谱检测器上，红外光谱检测器检测到红外光谱信号反馈给傅里叶红外分光光度计，控制系统与所述光度计、真空系统、石英晶体微量天平、控制样品舱温度的温度控制器、支撑平台所用的冷却系统分别进行电连接，控制系统根据预先设置的参数控制电连接的所有部件，以实现试验的控制，同时控制系统从所有部件读取试验数据并处理显示，其中，检测器信号由傅里叶红外分光光度计反馈给控制系统后，处理得到包含污染物成分信息的红外吸收光谱图。

其中，石英晶体微量天平质量灵敏度应优于1.1x10^-9g/cm²/Hz。

其中，冷却系统为制冷机或气氮调温系统。

其中，检测器为红外光谱检测器。

其中，反射镜为镀铝石英镜或整体切割合金反射镜。

其中，窗口镜采用K9石英玻璃。

其中，检测器测量光谱范围应至少包括4000cm^-1–600cm^-1，为碲镉汞检测器。

其中，样品舱为圆柱型，材料为铝。

进一步地，样品舱内有放置样品的金属托盘，上部有金属盖。

其中，样品舱用加热带加热，温度控制由温度控制器完成。