一種熱紅外發(fā)射率測定裝置及其測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于紅外光發(fā)射率測定技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種熱紅外發(fā)射率光譜的測定裝置 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)射率光譜準確的測量在月球熱紅外科學研究和應用領(lǐng)域具有重要 作用。現(xiàn)有的發(fā)射率測量技術(shù)主要是在地球環(huán)境中對月表模擬樣品或者Apollo樣品進行 測量，但是地球環(huán)境中水汽和二氧化碳等對熱紅外發(fā)射率光譜測量結(jié)果有較大影響。解決 這一問題的辦法有兩個，一是在模擬月球環(huán)境中測量樣品的發(fā)射率光譜，二是在對紅外光 譜不產(chǎn)生影響的氣體中測量發(fā)射率光譜。
[0003] Thomas (2012)利用雙真空裝置模擬月表環(huán)境測量了石英的發(fā)射率，波長范圍為 7-13 ym，光譜分辨率為0. 1 ym。結(jié)果表明模擬月球環(huán)境與實驗室環(huán)境比較，光譜對比度增 大，CF位置向短波方向移動。雖然這種測量裝置測量精度較高，但測量過程復雜，測量裝置 成本較高，不適合大量多次測量。惰性氣體（例如氮氣）對于紅外光譜不產(chǎn)生干擾，因此可 以將惰性氣體注入密閉裝置，同時利用液氮制冷，這樣不需要真空模擬月球環(huán)境，就可以實 現(xiàn)模擬月球熱交換環(huán)境，同時可以排除大氣中的水和二氧化碳對紅外光譜的影響，節(jié)約測 量成本，方便多次測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)在模擬月球表面測量環(huán)境進行測量時存在的上述不足，本發(fā)明 提供了一種熱紅外發(fā)射率測定裝置及其測定方法。
[0005] -種熱紅外發(fā)射率測定裝置，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上方開有第一液氮注入孔2,裝置側(cè)面中部開有物鏡口 4和 進線孔5,物鏡口 4用于光譜儀物鏡的放置，進線孔5用于光譜儀冷熱黑體6供電線和光譜 儀連接線的接入。
[0006] 本發(fā)明所提供的一種熱紅外發(fā)射率測定裝置的優(yōu)選技術(shù)方案中還包括抽屜式樣 品盛放盤9,并且在裝置側(cè)面下部開有與樣品盛放盤9大小相適應的盛放盤插入口 8,使樣 品盛放盤9中盛裝的待測樣品或金板位于光譜儀物鏡下；樣品盛放盤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9側(cè)壁和底部為內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)，，樣品盛放盤5側(cè)壁 上方設有第二液氮注入孔11。
[0007] 本發(fā)明進一步優(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 置減少對液氮的使用量。
[0008] 本發(fā)明進一步優(yōu)選為：樣品盛放盤9側(cè)壁和底部為內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)纏繞多圈盛放盤 銅圓環(huán)10第二液氮注入孔11與盛放盤銅圓環(huán)10相通。本優(yōu)選方式利用銅圓環(huán)的設置減 少對液氮的使用量。
[0009] 本發(fā)明進一步優(yōu)選為：裝置側(cè)面中部還開有充氣孔7,方便向第二層圓柱體1-2內(nèi) 部的中空內(nèi)充入氮氣。
[0010] 本發(fā)明進一步優(yōu)選為：底座1-3為可拆卸結(jié)構(gòu)，方便快速測量時使用。
[0011] 本發(fā)明中利用所述熱紅外發(fā)射率測定裝置的測定熱紅外發(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)射率測定裝置，將光譜儀物鏡通過物鏡口 4放入熱紅外 發(fā)射率測定裝置中，密封物鏡口 4,將光譜儀冷熱黑體6放入熱紅外發(fā)射率測定裝置中，將 熱紅外發(fā)射率測定裝置與光譜儀之間的連接線和光譜儀冷熱黑體6的供電線穿過進線孔 5,密封進線孔5,預熱光譜儀；
[0013] b、從熱紅外發(fā)射率測定裝置的第一液氮注入孔2向裝置內(nèi)注入液氮，將測定裝置 冷卻到小于150K ;
[0014] c、向第二層圓柱體1-2內(nèi)部中空內(nèi)注入氮氣，并保證裝置內(nèi)的氮氣壓力高于大氣 壓；
[0015] d、將光譜儀冷熱黑體6的溫度分別設置為低于和高于樣品的溫度1\和T 2，測量將 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)計算光譜儀響應函數(shù)F( A)，
[0016] (1)
[0017] 式（1)中Bbb( A，Ti)是利用輻射波長A和光譜儀冷熱黑體溫度Ti時基于普朗克 定律計算得到的輻射量，Bbb(A，T2)是利用輻射波長A和光譜儀冷熱黑體溫度1~ 2時基于普 朗克定律計算得到的輻射量；
[0018] e、將光譜儀金板放入熱紅外發(fā)射率測定裝置中，測定光譜儀的輻射量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)射率測定裝置中，測量該條 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)為利用輻射波長入和 樣品溫度T sanp基于普朗克定律計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 )是光譜儀響應函數(shù)。[0023] 本發(fā)明中利用所述熱紅外發(fā)射率測定裝置優(yōu)選技術(shù)方案測定熱紅外發(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)射率測定裝置，將光譜儀物鏡通過物鏡口 4放入熱紅外 發(fā)射率測定裝置中，密封物鏡口 4,將光譜儀冷熱黑體6放入熱紅外發(fā)射率測定裝置中，將
[0021] 熱紅外發(fā)射率測定裝置與光譜儀之間的連接線和光譜儀冷熱黑體6的供電線穿過進線孔 5,密封進線孔5,預熱光譜儀；
[0025] B、分別從熱紅外發(fā)射率測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)注入氮氣，并保證裝置內(nèi)的氮氣壓力高于大氣 壓；
[0027] D、將光譜儀冷熱黑體6的溫度分別設置為低于和高于樣品的溫度1\和T 2，測量將 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)計算光譜儀響應函數(shù)F( A)，
[0028] (1)
[0029] AU;T八，丨1;定不洲袖孤波長X和光譜儀冷熱黑體溫度時基于普朗克 定律計算得到的輻射量，Bbb(A，T2)是利用輻射波長A和光譜儀冷熱黑體溫度1~ 2時基于普 朗克定律計算得到的輻射量；
[0030] E、將光譜儀金板放入樣品盛放盤9中后從盛放盤插入口 8推入熱紅外發(fā)射率測定 裝置中，測定光譜儀的輻射量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9后從 盛放盤插入口 8推入熱紅外發(fā)射率測定裝置中，測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)為利用輻射波長入和 樣品溫度T sanp基于普朗克定律計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 )是光譜儀響應函數(shù)。
[0035] 有益效果：大氣中幾種主要分子對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，但不起主導作用，而氮氣對于熱紅外輻射基本沒有吸收。本發(fā)明利用氮氣對于 熱紅外輻射沒用影響的特性，同時設計液氮制冷裝置，既可以模擬月球的熱交換環(huán)境，也可 以消除大氣對于熱紅外輻射的影響，設計成本較小，操作方法簡單實用。
【附圖說明】
[0036] 圖1為用于室內(nèi)測量的熱紅外發(fā)射率測定裝