[发明专利]固体材料高温方向光谱发射率测量装置及其应用

权利要求书

1.一种固体材料高温方向光谱发射率测量装置，包括傅里叶变换红外光谱仪(1)、光阑(2)、平面反射镜(3)、离轴抛物面反射镜(4)、可旋转平面反射镜(5)、黑体炉(6)、加热炉(7)、电控转台(8)、电控转台控制箱(9)、温控箱(10)和计算机(11)；其特征在于：所述加热炉(7)由铝制外壳(12)、保温层(13)、电加热组件(14)、传热铜板(15)、样片盖(17)、内槽式水冷板(18)和测温热电偶(19)组成；

其中，加热炉(7)固定在电控转台(8)上，测温热电偶(19)与温控箱(10)相连接，电控转台(8)与电控转台控制箱(9)连接，电控转台控制箱(9)与计算机(11)连接，

所述加热炉(7)由铝制外壳(12)、保温层(13)、电加热组件(14)、传热铜板(15)、样片盖(17)、内槽式水冷板(18)和测温热电偶(19)组成，铝制外壳(12)为一面开口的腔体结构，开口面设置内槽式水冷板(18)，腔体贴近内表面处设置保温层(13)，保温层(13)内远内槽式水冷板(18)侧设置电加热组件(14)、近内槽式水冷板(18)侧设置传热铜板(15)，传热铜板(15)近内槽式水冷板(18)侧设有样片槽，样片(16)放置在传热铜板(15)的样片槽中，样片槽近内槽式水冷板(18)侧设有样片盖(17)，内槽式水冷板(18)和保温层(13)的近内槽式水冷板(18)侧在样片槽水平位置设有开口；装置工作时，加热炉(7)中放入样片(16)，样片(16)发出的辐射经过离轴抛物面反射镜(4)、平面反射镜(3)、光阑(2)进入到傅里叶变换红外光谱仪(1)外部光源入口；黑体炉(6)发出的辐射经过可旋转平面反射镜(5)、离轴抛物面反射镜(4)、平面反射镜(3)、光阑(2)进入到傅里叶变换红外光谱仪(1)外部光源入口。

2.根据权利要求1所述的固体材料高温方向光谱发射率测量装置，其特征在于：所述电加热组件(14)为陶瓷加热片电加热组件。

3.根据权利要求1所述的固体材料高温方向光谱发射率测量装置，其特征在于：所述测温热电偶(19)为K型热电偶。

4.根据权利要求1所述的固体材料高温方向光谱发射率测量装置，其特征在于：所述样片(16)尺寸为直径20mm，厚度为4mm。

5.根据权利要求1所述的固体材料高温方向光谱发射率测量装置，其特征在于：测量范围为温度500～1200K。

6.根据权利要求5所述的固体材料高温方向光谱发射率测量装置，其特征在于：光谱波长范围0.4～25μm。

7.根据权利要求6所述的固体材料高温方向光谱发射率测量装置，其特征在于：测量方向角即天顶角为0～60°。

8.一种利用权利要求1-6任一项所述装置测量固体材料高温方向光谱发射率的方法，步骤为：步骤一、在测量进行之前，安装待测样品到加热器上，打开傅里叶变换红外光谱仪，选择外部光源，使用其内部发出的准直激光进行光路调整并将各部件固定在光学平台上，设定测量波段，启动黑体炉和加热炉，设定加热温度为测量温度，内槽式水冷板通入冷却水，开始前表面冷却；步骤二、待温控箱上显示温度达到测量温度后，保持10分钟使温度保持稳定再开始测量；步骤三、遮挡加热器及黑体炉，避免其接入光路，使用傅里叶变换红外光谱仪采集背景辐射特性，点击采集背景，光谱数据记为E_a；步骤四、旋转反射镜，将黑体炉接入光路中，用傅里叶变换红外光谱仪采集黑体辐射特性，点击采集样品，光谱数据记为E_b；步骤五、旋转反射镜，将加热器接入光路中，旋转加热器至测量方向角，用傅里叶变换红外光谱仪采集样品辐射特性，点击采集样品，光谱数据记为E_s；固体材料高温方向光谱发射率计算方法如下：

ϵ(λ,θ,T)=Es(λ,θ,T)-EaEb(λ,T)-Ea]]>

式中：E_s为光谱仪测到的样片某一方向角下辐射力，单位为W/m²；E_b为光谱仪测到的黑体辐射力，单位为W/m²；E_a为环境背景辐射力，单位为W/m²；λ为测量波长，单位为μm；θ为测量方向角，单位为°；T为测量温度，单位为K。