[发明专利]一种基于红外光谱仪同时获取材料温度及光谱方向发射率的测量方法

说明书

本发明公开了一种基于红外光谱仪同时获取材料温度及光谱方向发射率的测量方法，包括：对光谱仪进行标定，得出光谱仪特征函数中的系数；将待测样片置于样片槽内，将样片加热至T₁，通过光谱仪测量待测样片表面辐射得到曲线一；微调加热片使被测样片的测量温度发生小于5K的热响应变化；重复步骤二，此时被测样片温度为T₂，通过光谱仪测量样片表面光谱辐射能量曲线二；选取两个特定的波长λ₁和λ₂，得到以下式子：利用全局最优算法解出T₁和T₂，得到不同时刻被测样片的真温和相对应波长的发射率。本发明是一种仅根据两组相差很小温度下的方向光谱辐射测量曲线同时获取材料光谱方向发射率与温度的新方法。

技术领域

本发明属于发射率测量领域，特别是涉及一种基于红外光谱仪同时获取材料温度及光谱方向发射率的测量方法。

背景技术

伴随着技术的发展，科学研究和工业生产对发射率的需求越来越多，如何精确的测量材料表面光谱发射率对导弹尾焰、蒙皮的辐射特性的认知和红外预警、制导、隐身和能源利用、遥感、遥测、辐射测温、红外加热、医学理疗等领域中都有着重要的研究和应用价值。已有文献(戴景民，王新北.材料发射率测量技术及应用[J].计量学报，2005，28(3)：232—236；原遵东，张俊祺，赵军，等.材料光谱发射率精密测量装置[J].仪器仪表学报，2008，29(8)：1659—1664)对材料表面光谱发射率测量进行了相关研究。但现有的材料表面光谱发射率测量方法研究中，多在温度较低的条件下(低于1000K)进行，都需要预先已知温度或采用接触式或非接触式测温技术测量材料表面的温度，而在高温下温度测量误差大，这也导致发射率测量误差较大。而且现有的发射率测量装置一般有着复杂的光路系统，且需要设置参考黑体，待测样片的控温问题和温度不均匀性问题，使得测量误差进一步加大。因此，一种能够应用于较广的温度范围(350K～1500K)精确测量材料表面光谱发射率，且简洁高效的方法显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是实现一种基于红外光谱仪同时获取材料温度及光谱方向发射率的测量方法，以解决现有的测量固体材料光谱发射率的方法在较广温度范围(350K～1500K)下需要预先已知温度或采用接触式或非接触式测温技术测量材料表面的温度，高温下温度测量误差大，光路系统复杂，需要设置参考黑体，待测样片的控温难和温度不均匀性差等问题，

本发明通过以下技术方案实现：一种基于红外光谱仪同时获取材料温度及光谱方向发射率的测量方法，是基于以下测量装置实现的，包括：保温腔体、加热片、待测样片、可控转台和光谱仪，保温腔体竖直安装于可控转台上，所述待测样片的正面与所述保温腔体的内壁连接，且朝向所述光谱仪的信号入口，所述待测样片的背面紧贴所述加热片，所述测量方法包括以下步骤：

步骤一：利用标准黑体炉对光谱仪进行标定，得出如下式光谱仪特征函数中的a，b：

Y＝a·φ(λ,T)+b (1)

式中，Y为光谱曲线图中纵坐标的值，a、b为光谱仪特征函数中的系数，φ(λ,T)为光谱仪所接收到的辐射能量，单位为W/m²；

步骤二：将待测样片置于样片槽内，利用加热片将样片加热至T₁，T₁≥1000K，并利用所述保温腔体进行保温，此时通过光谱仪测量待测样片表面辐射得到曲线一：

Y＝a·ε_λ·E_bλ(T₁)+b (2)

曲线的横坐标为λ，纵坐标为Y；