一種材料極化方向發(fā)射率測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料發(fā)射率測量裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種材料極化方向發(fā)射率測 量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)射率是一個表征材料輻射特性的重要參數(shù)，在紅外探測、遙感和輻射測溫等領(lǐng) 域都有著重要的應(yīng)用。但發(fā)射率容易受溫度、波長、表面粗糙度以及表面氧化等因素的影 響。例如，工業(yè)上用輻射測溫儀測量金屬材料的表面溫度時，金屬的氧化會導(dǎo)致發(fā)射率發(fā)生 很大變化，影響輻射測溫的精度。相比法向光譜發(fā)射率，材料的極化方向發(fā)射率具有一些特 殊性質(zhì)，可以應(yīng)用于表面溫度的實(shí)時測量。然而目前測量極化方向發(fā)射率的裝置并不多，性 能和精度也有待提高。針對現(xiàn)有極化發(fā)射率測量裝置的局限性，設(shè)計(jì)了一種精確測量材料 極化方向發(fā)射率的裝置。
[0003]目前極化發(fā)射率測量裝置一般可以分為兩種：一種是通過旋轉(zhuǎn)偏振片得到與出射 面平行的P光和與出射面垂直的S光，利用鏡面反射或者光纖將極化的輻射信號聚焦到探 測器的窗口。這種方法得到的P和S輻射信號傳輸時由于振動面不同會具有不同的損耗和 散射，得出的P極化和S極化發(fā)射率不具有可比性。另一種是利用一個偏振立方將輻射光 分為P光和S光，使用兩根光纖和兩個探測器分別測量P、S福射光信號。這樣的P和S福 射光信號在光纖內(nèi)傳輸時振動面不同，會產(chǎn)生不同的衰減，而且兩根光纖有著不完全一樣 的耦合效率，使用的兩個探測器也具有不完全相同的響應(yīng)，從而產(chǎn)生較大的測量誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對上述裝置的局限性，依據(jù)1/2波片的性質(zhì)，設(shè)計(jì)了一種材料極化方向 發(fā)射率測量裝置，該裝置利用平行和垂直于出射面的偏振片將輻射光分為P光和S光，再利 用1/2波片讓P光旋轉(zhuǎn)90度變成電矢量振動方向與S光一致的線偏振光，旋轉(zhuǎn)后的P光和 未旋轉(zhuǎn)的S光組成交變光信號被探測裝置測量，該裝置能實(shí)時測量P方向和S方向的極化 發(fā)射率，P光和S光傳輸相同的光路，具有相同的衰減，測量精度高，響應(yīng)速度快，靈活可調(diào)， 對測量材料不同方向的極化輻射特性具有重要意義。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種材料極化方向發(fā)射率測量裝 置，其特征在于包括通過控制步進(jìn)電機(jī)移動的黑體爐和樣品爐，樣品爐上裝有樣品，黑體爐 的一側(cè)設(shè)有與黑體爐相對的紅外輻射光纖探頭，通過控制步進(jìn)電機(jī)移動黑體爐和樣品爐實(shí) 現(xiàn)黑體和樣品處于測量焦點(diǎn)的位置，紅外輻射光纖探頭通過連接臂固定有旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)， 該旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上固定有起偏立方，起偏立方的側(cè)面中心與紅外輻射光纖探頭的探 測方向相對，起偏立方的四個側(cè)面依次為1/2波片、第一偏振片、第二偏振片和補(bǔ)償片，其 中第一偏振片與第二偏振片為起偏方向相互垂直的相同的偏振片，補(bǔ)償片與1/2波片具有 相同的透過率，紅外輻射光纖探頭設(shè)置于水平弧形軌道上，該水平弧形軌道是以測量焦點(diǎn) 為圓心、以紅外輻射光纖探頭與測量焦點(diǎn)的距離為半徑的1/4圓形軌道，紅外輻射光纖探 頭通過光纖依次與探測器、鎖相放大器和處理器相連。
[0006] 本發(fā)明所述的材料極化方向發(fā)射率測量裝置的控制方法包括以下步驟： (1) 控制步進(jìn)電機(jī)移動黑體爐使黑體放置于測量焦點(diǎn)上，測量黑體法向的P極化和S極 化輻射信號Epbb和E sbb; (2) 控制步進(jìn)電機(jī)移動樣品爐使樣品放置于測量焦點(diǎn)上，測量不同方向樣品的P極化 和S極化輻射信號Eps和E Ss; (3) 由處理器利用公式
和公式
得到樣品不同方向的極化發(fā)射 率和:今。
[0007] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1、 該極化方向發(fā)射率測量裝置計(jì)算最后得到的P光和S光具有相同的衰減，并且共用 一套探測和放大裝置，具有相同的響應(yīng)，測量精度高； 2、 該裝置能實(shí)時測得P方向和S方向的極化發(fā)射率； 3、 該裝置使用一根光纖，靈活可調(diào)，方便測量材料不同方向的極化性質(zhì)； 4、 該裝置得到的是交流信號，方便使用鎖相放大器對信號進(jìn)行放大，提高了測量精度。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明中起偏立方的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是輻射信號穿過第二偏振片和1/2波片時的輻射信號圖。
[0009] 圖中：1、步進(jìn)電機(jī)，2、樣品爐，3、黑體爐，4、起偏立方，5、旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)，6、紅外輻 射光纖探頭，7、光纖，8、弧形軌道。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體內(nèi)容。一種材料極化方向發(fā)射率測量裝置，包括 通過控制步進(jìn)電機(jī)1移動的黑體爐3和樣品爐2,樣品爐2上裝有樣品，黑體爐3的一側(cè)設(shè) 有與黑體爐3相對的紅外輻射光纖探頭6,通過控制步進(jìn)電機(jī)1移動黑體爐3和樣品爐2實(shí) 現(xiàn)黑體和樣品處于測量焦點(diǎn)的位置，紅外輻射光纖探頭6通過連接臂固定有旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī) 5,該旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)5轉(zhuǎn)軸上固定有起偏立方4,起偏立方4的側(cè)面中心與紅外輻射光纖探 頭6的探測方向相對，起偏立方4的四個側(cè)面依次為1/2波片、第一偏振片、第二偏振片和 補(bǔ)償片，其中第一偏振片與第二偏振片為起偏方向相互垂直的相同的偏振片，補(bǔ)償片與1/2 波片具有相同的透過率，紅外輻射光纖探頭6設(shè)置于水平弧形軌道8上，該弧形軌道8是以 測量焦點(diǎn)為圓心、以紅外輻射光纖探頭6與測量焦點(diǎn)的距離為半徑的1/4圓形軌道，紅外輻 射光纖探頭6通過光纖依次與探測器、鎖相放大器和處理器相連。
[0011] 本發(fā)明中設(shè)計(jì)的起偏立方如圖2所示，起偏立方主要由四個側(cè)面組成，其中側(cè)面1 為1/2波片，側(cè)面2和側(cè)面3分別為第一偏振片和第二偏振片，第一偏振片與第二偏振片相 同但起偏方向相互垂直，側(cè)面4為與1/2波片具有相同透過率的補(bǔ)償片。原理為：當(dāng)輻射信 號穿過第二偏振片和1/2波片時，如圖3所示，自然光通過偏振片變?yōu)槠窆猓é惫?，得到 的線偏振光經(jīng)過1/2波片偏轉(zhuǎn)90度變成電矢量振動方向與S光相同的線偏振光；當(dāng)輻射信 號穿過第一偏振片和補(bǔ)償片時，經(jīng)過第一偏振片得到振動方向垂直向里的線偏振光（S光)， 經(jīng)過補(bǔ)償鏡片后振動方向不改變；最終得到的線偏振光振動方向一致，在光纖內(nèi)傳輸時光 路相同，振動方向相同，具有同樣的耦合效率和衰減。當(dāng)輻射信號先經(jīng)過1/2波片和補(bǔ)償片 再起偏時，最終得到的P光和S光振動方向不一致，傳輸時的衰減也不一致。所以在計(jì)算發(fā) 射率時有效的輻射信號只有先起偏（即經(jīng)過第一偏振片和第二偏振片)，再經(jīng)過1/2波片和 補(bǔ)償片的信號。
[0012] 旋轉(zhuǎn)起偏立方時，最后得到的是P、S的交變光信號，經(jīng)探測器轉(zhuǎn)換成交變電信號 后，使用鎖相放大器放大信號，最終由處理器根據(jù)測得的黑體和樣品的輻射信號算出材料 的極化方向發(fā)射率。
[0013] P 極化：
S極化：：
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理，主要特征和優(yōu)點(diǎn)，在不脫離本發(fā)明精神和范圍 的前提下，本發(fā)明還有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種材料極化方向發(fā)射率測量裝置，其特征在于包括通過控制步進(jìn)電機(jī)移動的黑 體爐和樣品爐，樣品爐上裝有樣品，黑體爐的一側(cè)設(shè)有與黑體爐相對的紅外福射光纖探頭， 通過控制步進(jìn)電機(jī)移動黑體爐和樣品爐實(shí)現(xiàn)黑體和樣品處于測量焦點(diǎn)的位置，紅外福射光 纖探頭通過連接臂固定有旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)，該旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上固定有起偏立方，起偏 立方的側(cè)面中屯、與紅外福射光纖探頭的探測方向相對，起偏立方的四個側(cè)面依次為1/2波 片、第一偏振片、第二偏振片和補(bǔ)償片，其中第一偏振片與第二偏振片為起偏方向相互垂直 的相同的偏振片，補(bǔ)償片與1/2波片具有相同的透過率，紅外福射光纖探頭設(shè)置于水平弧 形軌道上，該水平弧形軌道是W測量焦點(diǎn)為圓屯、、W紅外福射光纖探頭與測量焦點(diǎn)的距離 為半徑的1/4圓形軌道，紅外福射光纖探頭通過光纖依次與探測器、鎖相放大器和處理器 相連。2. -種權(quán)利要求1所述的材料極化方向發(fā)射率測量裝置的控制方法，其特征在于 具體步驟為：（〇控制步進(jìn)電機(jī)移動黑體爐使黑體放置于測量焦點(diǎn)上，測量黑體法向的 P極化和S極化福射信號Epbb和Esbb; (2)控制步進(jìn)電機(jī)移動樣品爐使樣品放置于測量焦 點(diǎn)上，測量不同方向樣品的P極化和S極化福射信號Ep,和E(3)由處理器利用公式得到樣品不同方向的極化發(fā)射率％和&。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種材料極化方向發(fā)射率測量裝置，該裝置利用平行和垂直于出射面的偏振片將輻射光分為P光和S光，再利用1/2波片讓P光旋轉(zhuǎn)90度變成電矢量振動方向與S光一致的線偏振光，旋轉(zhuǎn)后的P光和未旋轉(zhuǎn)的S光組成交變光信號被探測裝置測量，該裝置能實(shí)時測量P方向和S方向的極化發(fā)射率，P光和S光傳輸相同的光路，具有相同的衰減，測量精度高，響應(yīng)速度快，靈活可調(diào)，對測量材料不同方向的極化輻射特性具有重要意義。
【IPC分類】G01N25/20
【公開號】CN105319239
【申請?zhí)枴緾N201510872109
【發(fā)明人】于坤, 李龍飛, 劉玉芳, 張凱華, 張飛麟, 張峰, 劉彥磊
【申請人】河南師范大學(xué)
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年12月3日