一種熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝置及其測(cè)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于紅外光發(fā)射率測(cè)定技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種熱紅外發(fā)射率光譜的測(cè)定裝置 及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 月表熱紅外輻射能力取決于目標(biāo)的溫度和紅外光譜發(fā)射率。物體的發(fā)射率表示物 體發(fā)射熱輻射的能力，發(fā)射率光譜準(zhǔn)確的測(cè)量在月球熱紅外科學(xué)研究和應(yīng)用領(lǐng)域具有重要 作用?，F(xiàn)有的發(fā)射率測(cè)量技術(shù)主要是在地球環(huán)境中對(duì)月表模擬樣品或者Apollo樣品進(jìn)行 測(cè)量，但是地球環(huán)境中水汽和二氧化碳等對(duì)熱紅外發(fā)射率光譜測(cè)量結(jié)果有較大影響。解決 這一問(wèn)題的辦法有兩個(gè)，一是在模擬月球環(huán)境中測(cè)量樣品的發(fā)射率光譜，二是在對(duì)紅外光 譜不產(chǎn)生影響的氣體中測(cè)量發(fā)射率光譜。
[0003] Thomas (2012)利用雙真空裝置模擬月表環(huán)境測(cè)量了石英的發(fā)射率，波長(zhǎng)范圍為 7-13 ym，光譜分辨率為0. 1 ym。結(jié)果表明模擬月球環(huán)境與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境比較，光譜對(duì)比度增 大，CF位置向短波方向移動(dòng)。雖然這種測(cè)量裝置測(cè)量精度較高，但測(cè)量過(guò)程復(fù)雜，測(cè)量裝置 成本較高，不適合大量多次測(cè)量。惰性氣體（例如氮?dú)猓?duì)于紅外光譜不產(chǎn)生干擾，因此可 以將惰性氣體注入密閉裝置，同時(shí)利用液氮制冷，這樣不需要真空模擬月球環(huán)境，就可以實(shí) 現(xiàn)模擬月球熱交換環(huán)境，同時(shí)可以排除大氣中的水和二氧化碳對(duì)紅外光譜的影響，節(jié)約測(cè) 量成本，方便多次測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)在模擬月球表面測(cè)量環(huán)境進(jìn)行測(cè)量時(shí)存在的上述不足，本發(fā)明 提供了一種熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝置及其測(cè)定方法。
[0005] -種熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝置，由第一層圓柱體1-1、套于第一層圓柱體1-1內(nèi)的第 二層圓柱體1-2和底座1-3組成雙層中空的密封圓柱體結(jié)構(gòu)，第一層圓柱體1-1與第二層 圓柱體1-2之間中空，第二層圓柱體1-2內(nèi)部中空且內(nèi)壁涂抹高發(fā)射率吸收黑體漆，使其內(nèi) 壁成為黑體，第一層圓柱體1-1上方開(kāi)有第一液氮注入孔2,裝置側(cè)面中部開(kāi)有物鏡口 4和 進(jìn)線(xiàn)孔5,物鏡口 4用于光譜儀物鏡的放置，進(jìn)線(xiàn)孔5用于光譜儀冷熱黑體6供電線(xiàn)和光譜 儀連接線(xiàn)的接入。
[0006] 本發(fā)明所提供的一種熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝置的優(yōu)選技術(shù)方案中還包括抽屜式樣 品盛放盤(pán)9,并且在裝置側(cè)面下部開(kāi)有與樣品盛放盤(pán)9大小相適應(yīng)的盛放盤(pán)插入口 8,使樣 品盛放盤(pán)9中盛裝的待測(cè)樣品或金板位于光譜儀物鏡下；樣品盛放盤(pán)9表面涂抹高發(fā)射率 吸收黑體漆，使其成為黑體，樣品盛放盤(pán)9側(cè)壁和底部為內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)，，樣品盛放盤(pán)5側(cè)壁 上方設(shè)有第二液氮注入孔11。
[0007] 本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選為：第一層圓柱體1-1與第二層圓柱體1-2之間中空內(nèi)纏繞多 圈圓柱體銅圓環(huán)3,第一液氮注入孔2與圓柱體銅圓環(huán)3相通。本優(yōu)選方式利用銅圓環(huán)的設(shè) 置減少對(duì)液氮的使用量。
[0008] 本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選為：樣品盛放盤(pán)9側(cè)壁和底部為內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)纏繞多圈盛放盤(pán) 銅圓環(huán)10第二液氮注入孔11與盛放盤(pán)銅圓環(huán)10相通。本優(yōu)選方式利用銅圓環(huán)的設(shè)置減 少對(duì)液氮的使用量。
[0009] 本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選為：裝置側(cè)面中部還開(kāi)有充氣孔7,方便向第二層圓柱體1-2內(nèi) 部的中空內(nèi)充入氮?dú)狻?br>[0010] 本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選為：底座1-3為可拆卸結(jié)構(gòu)，方便快速測(cè)量時(shí)使用。
[0011] 本發(fā)明中利用所述熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝置的測(cè)定熱紅外發(fā)射率的方法，包括以下 步驟：
[0012] a、連接光譜儀和熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝置，將光譜儀物鏡通過(guò)物鏡口 4放入熱紅外 發(fā)射率測(cè)定裝置中，密封物鏡口 4,將光譜儀冷熱黑體6放入熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝置中，將 熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝置與光譜儀之間的連接線(xiàn)和光譜儀冷熱黑體6的供電線(xiàn)穿過(guò)進(jìn)線(xiàn)孔 5,密封進(jìn)線(xiàn)孔5,預(yù)熱光譜儀；
[0013] b、從熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝置的第一液氮注入孔2向裝置內(nèi)注入液氮，將測(cè)定裝置 冷卻到小于150K ;
[0014] c、向第二層圓柱體1-2內(nèi)部中空內(nèi)注入氮?dú)猓⒈ＷC裝置內(nèi)的氮?dú)鈮毫Ω哂诖髿?壓；
[0015] d、將光譜儀冷熱黑體6的溫度分別設(shè)置為低于和高于樣品的溫度1\和T 2，測(cè)量將 光譜儀冷熱黑體6放入裝置中后光譜儀接收的輻射總量VBB( A，1\)和VBB( A，T2)，根據(jù)式 (1)計(jì)算光譜儀響應(yīng)函數(shù)F( A)，
[0016] (1)
[0017] 式（1)中Bbb( A，Ti)是利用輻射波長(zhǎng)A和光譜儀冷熱黑體溫度Ti時(shí)基于普朗克 定律計(jì)算得到的輻射量，Bbb(A，T2)是利用輻射波長(zhǎng)A和光譜儀冷熱黑體溫度1~ 2時(shí)基于普 朗克定律計(jì)算得到的輻射量；
[0018] e、將光譜儀金板放入熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝置中，測(cè)定光譜儀的輻射量e inst(入） Binst (入，T);
[0019] f、將樣品溫度Tsamp升高至40~50°C后放入熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝置中，測(cè)量該條 件下光譜儀接收的輻射總量V_ s( A，T)和樣品溫度Tsanip;
[0020] g、根據(jù)式（2)，計(jì)算出樣品熱紅外發(fā)射率：
(2)[0022] 式⑵中，e _P(A)為樣品的熱紅外發(fā)射率，Bsanp(A，Tsallip)為利用輻射波長(zhǎng)入和 樣品溫度T sanp基于普朗克定律計(jì)算得到的樣品輻射量，e inst(A)Binst(A，T)是光譜儀輻射 量，V_s( X，T)是光譜儀接收的福射總量，F(xiàn)( A )是光譜儀響應(yīng)函數(shù)。[0023] 本發(fā)明中利用所述熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝置優(yōu)選技術(shù)方案測(cè)定熱紅外發(fā)射率的方 法，包括以下步驟：[0024] A、連接光譜儀和熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝置，將光譜儀物鏡通過(guò)物鏡口 4放入熱紅外 發(fā)射率測(cè)定裝置中，密封物鏡口 4,將光譜儀冷熱黑體6放入熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝置中，將
[0021] 熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝置與光譜儀之間的連接線(xiàn)和光譜儀冷熱黑體6的供電線(xiàn)穿過(guò)進(jìn)線(xiàn)孔 5,密封進(jìn)線(xiàn)孔5,預(yù)熱光譜儀；
[0025] B、分別從熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝置的第一液氮注入孔2和第二液氮注入孔11向裝 置內(nèi)注入液氮，將測(cè)定裝置冷卻到小于150K;
[0026] C、向第二層圓柱體1-2內(nèi)部中空內(nèi)注入氮?dú)?，并保證裝置內(nèi)的氮?dú)鈮毫Ω哂诖髿?壓；
[0027] D、將光譜儀冷熱黑體6的溫度分別設(shè)置為低于和高于樣品的溫度1\和T 2，測(cè)量將 光譜儀冷熱黑體6放入裝置中后光譜儀接收的輻射總量VBB( A，1\)和VBB( A，T2)，根據(jù)式 (1)計(jì)算光譜儀響應(yīng)函數(shù)F( A)，
[0028] (1)
[0029] AU;T八，丨1;定不洲袖孤波長(zhǎng)X和光譜儀冷熱黑體溫度時(shí)基于普朗克 定律計(jì)算得到的輻射量，Bbb(A，T2)是利用輻射波長(zhǎng)A和光譜儀冷熱黑體溫度1~ 2時(shí)基于普 朗克定律計(jì)算得到的輻射量；
[0030] E、將光譜儀金板放入樣品盛放盤(pán)9中后從盛放盤(pán)插入口 8推入熱紅外發(fā)射率測(cè)定 裝置中，測(cè)定光譜儀的輻射量einst(A)Binst(A，T);
[0031] F、取出光譜儀金板將樣品溫度Tsamp升高至40~50°C放入樣品盛放盤(pán)9后從 盛放盤(pán)插入口 8推入熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝置中，測(cè)量該條件下光譜儀接收的輻射總量 V_SU，T)和樣品溫度Tsanp;
[0032] G、根據(jù)式（2)，計(jì)算出樣品熱紅外發(fā)射率：
[0033] (2)
[0034] 式⑵中，e _P(A)為樣品的熱紅外發(fā)射率，Bsanp(A，Tsallip)為利用輻射波長(zhǎng)入和 樣品溫度T sanp基于普朗克定律計(jì)算得到的樣品輻射量，e inst(A)Binst(A，T)是光譜儀輻射 量，V_s( X，T)是光譜儀接收的福射總量，F(xiàn)( A )是光譜儀響應(yīng)函數(shù)。
[0035] 有益效果：大氣中幾種主要分子對(duì)于熱紅外輻射的吸收主要為，水的吸收為 2. 5-3. 0 y m，5-7 y m，二氧化碳的吸收峰主要是2. 8 y m和4. 3 y m，大氣中其他顆粒雖然也 有吸收作用，但不起主導(dǎo)作用，而氮?dú)鈱?duì)于熱紅外輻射基本沒(méi)有吸收。本發(fā)明利用氮?dú)鈱?duì)于 熱紅外輻射沒(méi)用影響的特性，同時(shí)設(shè)計(jì)液氮制冷裝置，既可以模擬月球的熱交換環(huán)境，也可 以消除大氣對(duì)于熱紅外輻射的影響，設(shè)計(jì)成本較小，操作方法簡(jiǎn)單實(shí)用。
【附圖說(shuō)明】
[0036] 圖1為用于室內(nèi)測(cè)量的熱紅外發(fā)射率測(cè)定裝