没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
基于800 mm口径半椭球反射镜的高温材料光谱发射率测量技术.docx
1.该资源内容由用户上传,如若侵权请联系客服进行举报
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
版权申诉
0 下载量 57 浏览量
2023-02-23
20:41:09
上传
评论
收藏 2.32MB DOCX 举报
温馨提示
试读
13页
基于800 mm口径半椭球反射镜的高温材料光谱发射率测量技术.docx
资源推荐
资源详情
资源评论
摘要
为解决中高温条件下材料发射率的测量问题,提出了一种基于半椭球反射镜的高温材料光谱
发射率测量技术。该技术使用 800 mm 口径半椭球反射镜大范围聚焦信号光,利用 3 种离轴
抛物镜来切换不同测试视场,并利用高功率激光器对样品进行加热。仿真研究了所设计系统
的测量误差,结果表明,反射率测量偏差最大为 0.035,透射率测量偏差最大为 0.031。构建了
基于 800 mm 口径半椭球镜的发射率测量系统,测算了某合金材料和某半透明材料的反射
率、透射率和发射率,表明所设计的系统可实现常温到中高温(300~1200 K)、多视场(30°、
60°、90°)、宽谱段(2~14 μm)的测量。
Abstract
To solve the problem of material emissivity measurement at medium-high temperature, a
high-temperature material spectral emissivity measurement technology based on semi-
ellipsoidal reflector is proposed. In this technology, a 800 mm semi-ellipsoidal mirror is
used to focus the signal light in a large range, three kinds of off-axis parabolic mirrors are
used to switch different test fields of view, and the sample is heated by a high-power
laser. The measurement error of the designed system is studied in simulation. The
results show that the maximum measurement deviation of reflectivity is 0.035, and that of
transmittance is 0.031. An emissivity measurement system based on a 800 mm semi-
ellipsoidal mirror is constructed. Then, the reflectivity, transmittance, and emissivity of an
alloy material and a translucent material are measured, which shows that the designed
system can realize the measurement from normal temperature to medium-high
temperature (300--1200 K), multi-field of view (30°, 60°, 90°), and wide spectrum (2--14
μm).
1 引言
发射率是表征物体热辐射能力的重要热物理参数
[1]
。在辐射测温、光学参数计算、航空航
天、微电子技术、遥感、新材料开发和军事伪装等高新技术领域中,光谱发射率测量有重要
的应用价值
[2-3]
。例如,在红外隐身技术中,利用涂层调节目标表面的发射率,使目标接近背景
辐射,进而达到隐身的目的
[4-8]
。在航空航天技术中,飞行器在进出太空时有气动加热阶段,此
时飞行器表面与空气摩擦会产生大量气动热,需要使用隔热瓦等隔热材料和涂层来及时散
热,发射率的高低将直接影响隔热材料的散热效果
[9]
。
目前国内外都对材料发射率测量进行了研究。Postlethwait 等
[10]
设计了一种基于积分黑体
的高温光谱发射率测量装置。Krenek 等
[11-12]
研究了利用脉冲激光闪光法测量高温材料的光
谱发射率。Zhang 等
[13]
研制了一台使用直接测量法的高温光谱发射率测量装置。卞宇涛等
[14]
使用热电偶进行测温,建立了一套测量高温石墨板在短红外波段的光谱发射率装置。
材料的光学参数通常用反射光谱或透射光谱法来测量
[15]
。反射光谱或透射光谱法的原理是
将光源照射在样品上的反射光或透射光引入光谱仪,通过对光谱数据的分析,可得到材料的
光学参数。物体的表面发射率与波长、温度、角度和粗糙度等参数有关
[16-18]
。由于目前的
测量装置多数工作在中低温范围内,故高温条件下的实验数据较为缺乏。传统的测试设备往
往只能测量在某个特定角度的单一光学参量。传统的炉腔等加热方式在样品温度与黑体温
度较高时,达到热平衡的时间较长,这会给实验带来额外的不确定因素。此外,光源发出的光
没有会聚,进而无法获得较强的辐照度和较高的能量利用率。因此,所提系统将 800 mm 大
口径半椭球反射镜作为大范围聚光元件,可以有效地提高设备的能量利用效率,获得更好的
辐照均匀性。通过开设不同的视场窗口,配合 3 种离轴抛物镜,可以实现 30°、60°、90°等多
角度测量模式。通过高能激光器与激光整形器的配合,直接会聚光束照射到待测样品上,进
而实现样品的快速控温。利用红外光谱仪可实现样品光谱数据的快速采集与处理。整体系
统最终能够完成高温条件下宽光谱多角度多种测量模式集成的测量工作。
2 高温材料光谱发射率测量系统
高温材料光谱发射率测量系统由半椭球面反射镜、红外光谱仪、黑体辐射光源、高能激光
器和 3 种离轴抛物镜组成。
如图 1(a)所示,系统将黑体作为主动照射光源,外置斩波器置于黑体出光口处,经过斩波器调
制的光束经半椭球反射镜会聚到测试样品上,样品反射/透射的能量经过离轴抛物镜准直,经
平面反射镜和折转镜反射进入到红外光谱仪中,进而实现样品反射、透射特性的测量。将高
能连续波激光器作为热源,经过整形的激光可直接照射样品,实现对样品的加热。使用 3 种
离轴抛物镜分别匹配 30°、60°、90°测量模式。
表 1. 半椭球反射镜参数
Table 1. Parameters of semi-ellipsoidal mirror
Parameter
Description
Length of ellipsoid major axis /mm
800
Length of ellipsoid minor axis /mm
690
Focal length /mm
404.8
Ellipsoid equation
x24002x24002+z2+y23452z2+y23452=1
Material
Aluminum 7075
Surface accuracy
≤3λ@0.6328 μm
查看所有表
图 1. 测量装置布局。(a)高温材料光谱发射率测量装置;(b) 800 mm 半椭球反射镜
Fig. 1. Layout of measuring devices. (a) Devices for measuring spectral emissivity of
high-temperature materials; (b) 800 nm semi-ellipsoidal mirror
下载图片 查看所有图片
图 1(b)为半椭球面反射系统,在半椭球上分别开有 30°、60°、90°反射测量孔位和非接触式
红外测温孔。黑体光源和待测样品分别放置在半椭球反射镜的 2 个焦点处。椭球镜内表面
镀有镀金反射膜,半椭球镜光学参数如表 1 所示,其中 λ 为干涉仪的波长。
高温材料光谱发射率测试技术基于间接发射率测量方法。首先,测量材料的反射率。然后,
根据不透明物体的发射率、不透明物体的反射率和已知标准样品的发射率之间的关系,得到
剩余12页未读,继续阅读
资源评论
罗伯特之技术屋
- 粉丝: 3587
- 资源: 1万+
下载权益
C知道特权
VIP文章
课程特权
开通VIP
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功