一種連續測量材料方向光譜發射率的裝置製造方法
2023-04-23 08:10:26 1
一種連續測量材料方向光譜發射率的裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種連續測量材料方向光譜發射率的裝置。本實用新型的技術方案要點為：一種連續測量材料方向光譜發射率的裝置，主要由橢圓軌道、步進電機A、步進電機B、反射鏡A、反射鏡B、拋物面反射鏡、加熱及控溫裝置、標準黑體、電動位移平臺和探測裝置構成，該裝置利用橢圓的幾何性質，將待測樣品放置於橢圓左焦點處，樣品的表面中心發出的輻射光經由置於橢圓軌道上且和橢圓軌道始終相切的反射鏡A反射後到達橢圓右焦點處，通過放置在右焦點處的反射鏡B反射，再經拋物面反射鏡反射後到達探測裝置中。本實用新型既不用旋轉樣品，也不用旋轉探測器，通過兩個步進電機帶動的反射鏡的同步調節來實現材料方向光譜發射率的測量。
【專利說明】一種連續測量材料方向光譜發射率的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於材料熱物性測量【技術領域】，具體涉及一種連續測量材料方向光譜發射率的裝置。
【背景技術】
[0002]材料的光譜發射率是表徵材料表面紅外輻射能力大小的物理量，是一項重要的熱物性參數，在輻射測溫、紅外製導、衛星遙感、紅外加熱等領域有著重要的應用價值。方向發射率的測量方法可以分為兩種:一種是反射法，即先通過測量方向反射率，進而計算求出方向發射率，此方法僅限於測量不透明材料；另一種是直接測量法，即分別測量同一角度下材料的紅外輻射和黑體的紅外輻射，然後根據定義計算出方向發射率數值。直接測量法目前有兩種主要的形式:一是探測裝置不動，通過旋轉樣品來測量方向發射率，此種方法對於測量高溫樣品存在很大的技術困難，因為溫度很高時，加熱樣品所需的加熱裝置體積也很大，無論是旋轉樣品還是旋轉加熱裝置都十分困難；另一種是被測樣品不動，通過移動探測裝置的位置來測量方向發射率，旋轉探測裝置對於光路的調整技術要求很高，此外，對於一些體積較大的探測裝置的旋轉也十分困難，如傅立葉紅外光譜儀。
【發明內容】
[0003]本實用新型針對現有方向光譜發射率測量裝置的局限性，利用橢圓的幾何性質設計了一種連續測量材料方向光譜發射率的裝置，使用該裝置既不用旋轉樣品，也不用旋轉探測器，通過兩個步進電機帶動的反射鏡的同步調節來實現材料方向光譜發射率的測量，對於材料方向光譜發射率的科學研究和實際應用具有重要意義。
[0004]本實用新型的技術方案為:一種連續測量材料方向光譜發射率的裝置，其特徵在於主要由橢圓軌道、步進電機A、步進電機B、反射鏡A、反射鏡B、拋物面反射鏡、加熱及控溫裝置、標準黑體、電動位移平臺和探測裝置構成，所述的橢圓軌道固定於支架上，步進電機A固定於橢圓軌道外側並沿橢圓軌道方向運行，在步進電機A的轉軸上固定有反射鏡A，該反射鏡A的鏡面與橢圓軌道的內壁相切，並且在步進電機A沿橢圓軌道運行過程中通過轉軸調整反射鏡A的鏡面始終與橢圓軌道的內壁相切，所述的步進電機B固定於橢圓軌道右焦點的外側，在步進電機B的轉軸上固定有反射鏡B，該反射鏡B鏡面的中心位置與橢圓軌道的右焦點重合，通過步進電機B的轉軸調整反射鏡B的角度使經過反射鏡B的輻射光方向豎直向下，反射鏡B的下方沿光傳輸方向設有拋物面反射鏡，在拋物面反射鏡的右側沿光傳輸方向設有探測裝置，所述的加熱及控溫裝置分別設置於電動位移平臺上，並且加熱及控溫裝置中樣品的表面中心及標準黑體的孔徑中心分別與橢圓軌道的左右焦點處於同一水平面上。
[0005]本實用新型所述的反射鏡A為平面反射鏡，所述的反射鏡B為正反面材質和光學特性相同的平面反射鏡。
[0006]本實用新型利用橢圓的幾何性質，將待測樣品放置於橢圓左焦點處，樣品表面發出的輻射光經由置於橢圓軌道上且和橢圓軌道始終相切的反射鏡反射後到達橢圓右焦點處，通過放置在右焦點處的反射鏡反射，再經拋物面反射鏡反射後到達探測裝置中。當測量標準黑體輻射時，只需通過計算機控制的電動位移平臺將標準黑體水平移動到原樣品所在焦點處即可，通過兩次測得的輻射之比即可計算出該角度下材料的方向發射率。測量其它角度時，此方法無需旋轉樣品和探測器，只需通過計算機控制的步進電機同步調節兩塊反射鏡即可實現。
[0007]本實用新型與現有技術相比具有以下優點:
[0008]1、該裝置通過兩個步進電機帶動的反射鏡同步調節實現了材料方向發射率的連續測量，避免了傳統測量方法中旋轉樣品或探測器造成的光路對準困難的問題；
[0009]2、該裝置的加熱設備、標準黑體、探測裝置可以根據需要測量的溫度範圍、測量波長進行更換，提高了測量裝置的靈活性和適用性；
[0010]3、該裝置測量角度範圍大，能夠測量材料在0° -85°角度範圍的光譜發射率。
【專利附圖】
【附圖說明】 [0011]圖1是本實用新型的連續測量材料方向光譜發射率裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0012]結合附圖詳細描述實施例。一種連續測量材料方向光譜發射率裝置，主要由橢圓軌道1、步進電機A2、步進電機B3、反射鏡A4、反射鏡B5、拋物面反射鏡6、加熱及控溫裝置7、標準黑體、電動位移平臺8和探測裝置9，所述的橢圓軌道I固定於支架上，步進電機A2固定於橢圓軌道I外側並沿橢圓軌道I方向運行，在步進電機A2的轉軸上固定有反射鏡A4，該反射鏡A4的鏡面與橢圓軌道I的內壁相切，並且在步進電機A2沿橢圓軌道I運行過程中通過轉軸調整反射鏡A4的鏡面始終與橢圓軌道I的內壁相切，所述的步進電機B3固定於橢圓軌道I右焦點的外側，在步進電機B3的轉軸上固定有反射鏡B5，該反射鏡B5鏡面的中心位置與橢圓軌道I的右焦點重合，通過步進電機B3的轉軸調整反射鏡B5的角度使經過反射鏡B5的輻射光方向豎直向下，在反射鏡B5的下方沿光傳輸方向設有拋物面反射鏡6，拋物面反射鏡6的右側沿光傳輸方向設有探測裝置9，所述的加熱及控溫裝置7分別設置於電動位移平臺8上，並且加熱及控溫裝置7中樣品的表面中心及標準黑體的孔徑中心分別與橢圓軌道I的左右焦點處於同一水平面上，通過計算機10控制電動位移平臺8的移動、步進電機A2和步進電機B3轉軸的轉動以及探測裝置9的數據採集。所述的反射鏡A4為平面反射鏡，所述的反射鏡B5為正反面材質和光學特性相同的平面反射鏡。
[0013]橢圓軌道上的反射鏡A由步進電機A帶動的機械裝置控制其移動，其移動軌跡遵循橢圓的標準方程，反射鏡A在移動過程中鏡面始終和橢圓軌道內壁相切，右焦點處的反射鏡B在測量過程中隨橢圓軌道上的反射鏡A同步轉動，使得輻射光到達探測裝置中。控制右焦點處反射鏡B的步進電機B遵循特定的函數關係移動，其函數關係求解如下:如圖1所示，以橢圓軌道中心建立平面坐標系，設橢圓方程為
\ + ^橢圓軌道上反射鏡A和橢圓軌道內壁切點坐標為(X, y)，焦距為C。
樣品表面中心發出的輻射光和X軸成α角，經橢圓軌道上反射鏡A反射後到達右焦點處的輻射光與X軸成β角，右焦點處的反射鏡B和其所在的焦點左側X軸成Y角。右焦點下方是一個拋物面反射鏡，其可以使入射的輻射光經反射後變成平行光，並由此拋物面反射鏡反射後進入探測裝置中，此時測量的是樣品Θ角度下的方向發射率。由圖可知:
[0014]
【權利要求】
1.一種連續測量材料方向光譜發射率的裝置，其特徵在於主要由橢圓軌道、步進電機A、步進電機B、反射鏡A、反射鏡B、拋物面反射鏡、加熱及控溫裝置、標準黑體、電動位移平臺和探測裝置構成，所述的橢圓軌道固定於支架上，步進電機A固定於橢圓軌道外側並沿橢圓軌道方向運行，在步進電機A的轉軸上固定有反射鏡A，該反射鏡A的鏡面與橢圓軌道的內壁相切，並且在步進電機A沿橢圓軌道運行過程中通過轉軸調整反射鏡A的鏡面始終與橢圓軌道的內壁相切，所述的步進電機B固定於橢圓軌道右焦點的外側，在步進電機B的轉軸上固定有反射鏡B，該反射鏡B鏡面的中心位置與橢圓軌道的右焦點重合，通過步進電機B的轉軸調整反射鏡B的角度使經過反射鏡B的輻射光方向豎直向下，反射鏡B的下方沿光傳輸方向設有拋物面反射鏡，在拋物面反射鏡的右側沿光傳輸方向設有探測裝置，所述的加熱及控溫裝置分別設置於電動位移平臺上，並且加熱及控溫裝置中樣品的表面中心及標準黑體的孔徑中心分別與橢圓軌道的左右焦點處於同一水平面上。
2.根據權利要求1所述的連續測量材料方向光譜發射率的裝置，其特徵在於:所述的反射鏡A為平面反射鏡，所述的反射鏡B為正反面材質和光學特性相同的平面反射鏡。
【文檔編號】G01N25/00GK203772771SQ201420152237
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月1日 優先權日:2014年4月1日
【發明者】張凱華, 於坤, 張峰, 劉玉芳, 劉彥磊 申請人:河南師範大學