[发明专利]一种用于高反面红外辐射测量的屏蔽方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及物体表面红外辐射测量技术领域，尤其是涉及一种用于高反面红外辐射测量的屏蔽方法及装置。

背景技术

红外辐射测量时，周围环境的红外辐射是不可忽视的干扰源。非黑体的被测对象总有不同大小的反射能力，环境红外辐射可经被测对象反射后进入红外辐射测量仪。红外辐射测量仪接受的总辐射中，只有一部分来源于被测对象的自身辐射，环境辐射对高反面（红外反射率较高的光滑物体表面）红外辐射测量干扰尤其严重。被测对象的红外反射率较高且温度接近或低于周边环境时，环境辐射在高反面可经反射进入红外辐射测量仪，红外辐射测量仪接受的总辐射可能只有部分甚至一小部分来源于自身辐射。常见的高反面有玻璃、陶瓷、金属、油漆表面、光滑塑料表面等。长期以来，对高反面的红外辐射测量被认为是不准确的，高反面自身的红外辐射测量一直是红外辐射测量中的盲区。

为了降低环境红外辐射对被测对象的反射干扰，人们采用了两种解决方案。第一种是对红外测量平台的周边局部环境进行整体液氮冷却和抽真空，大幅度降低环境自身辐射强度。德国国家计量院的高精度红外标准计量设备和中国计量科学研究院的真空红外温度标准设备（VRTSF），都采整体液氮制冷和真空环境设计，代表了高精度红外辐射测量方面的前沿水平。测试平台的整体液氮制冷和抽真空设计，成本极其高昂、通用性差且难以应用于室外环境，大部分实验平台无法采用此方案。第二种方案是把环境热辐射等效为一个黑体均匀辐射，通过数学修正模型消除反射的环境辐射。实际环境包含各种非均匀环境辐射，此方法无法进行物体的辐射分布测量，只能应用于单点测量且误差较大。

环境辐射对高反面的反射干扰的一个典型例子是高反面的红外成像测温。由于高反面的反射率高、发射率低，表面温度小于或接近环境温度时，红外热像仪测量高反面接受的红外辐射中只有一小部分是表面自身热辐射。高反面一直被视为红外成像测温中的盲区。高反面的红外成像测温目前主要通过表面覆盖涂层、贴胶条等手段，在高反面形成局部漫灰面。红外热像仪测量漫灰面温度来反应此处的温度。涂层或胶条会影响高反面的性能以及原温度分布场，只能测量感兴趣的几个点。一些高反面（例如光学玻璃等）受性能要求限制，难以在其表面覆盖涂层或胶条。直接高精度测量高反面的自身红外辐射强度，是目前在电力巡检、光学元件和光滑物体表面等方面进行温度测量时亟需解决的难题。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种成本低、通用性强、使用方便且可有效保证测量准确性的用于物体表面红外辐射测量的屏蔽方法，同时本发明还提供了一种用于该方法的屏蔽装置。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于高反面红外辐射测量的屏蔽方法，其包括以下步骤：

步骤1，基于高反面外型和实际测量环境，给出合适的测量方位，即红外辐射测量仪相对高反面的方位和距离；根据高反面的发射率和温度，评估其自身红外辐射强度，选择合适的红外辐射测量仪，保证高反面的自身辐射强度处于测量仪的定标范围内；

步骤2，根据高反面的外形尺寸和测量方位，给出所需的辐射屏蔽区域的形状和大小；辐射屏蔽区域的大小要保证环境的红外辐射不会在高反面经镜面反射进入红外辐射测量仪；

步骤3，根据屏蔽区域的形状和大小，拼接屏蔽装置；屏蔽装置包括底座，以及竖直设置于底座上的冷板；所述冷板围成测量区；所述冷板具有容纳液氮的腔体，该腔体上设置有液氮注入口和泄压口；冷面采用经发黑处理的高导热系数的金属材料制成，冷板的其余表面设置有保温层；冷面具有较高的红外辐射率和红外辐射吸收率，可以抑制环境辐射经冷面和高反面二次反射进入红外辐射测量仪；

步骤4，根据具体的红外辐射测量要求，评估测量时间，选择冷板的液氮和气体注入方式；若测量时间长：选用连续空气注入方式，保证有持续的气体吹向冷面，防止低温冷面引起空气的水蒸气冷凝成冰层；液氮注入方式也采用连续注入方式，防止冷面出现较大的温度变化；若测量时间较短：选用一次性液氮注入方式，采用液氮挥发出的氮气作为冷面的防结霜气体；由于冷面从结霜至冰层需要一段时间，在某些短时测量时，可以不使用防结霜气体；

步骤5，根据设计的测量方位，安装红外辐射测量仪，测量高反面的红外辐射分布；红外辐射测量仪接受的辐射主要由高反面自身红外辐射和冷面在其表面的反射辐射两部分组成；一般情况下，由于冷面温度接近液氮温度，常见高反面的辐射强度约为冷面的百倍以上。高反面充满测量仪视场时，红外辐射测量仪接受的红外辐射可看成高反面自身的红外辐射；