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一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置

阅读：801发布：2020-05-24

专利汇可以提供一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置，适用于测量金属、非金属材料表面法向光谱发射率，属于材料热物性参数技术领域。该装置包括：标准参考黑体、样品加热装置、水冷光阑、斩波器、光学耦合系统、滤光片轮、激光器、探测器组、位移台和锁相放大器。其中，标准参考黑体和样品加热装置位置相对于光学耦合系统中的旋转反射镜的中心位置对称，两组斩波器相对旋转反射镜的中心位置对称，滤光片轮放于光学耦合系统和探测器组之间，激光器和探测器组安装在位移台上。本发明采用锁相放大器对探测器的输出进行放大，同时对噪声进行抑制，提高了测量精度，同时通过滤光片轮和探测器组之间的切换，实现了多波长的测量。，下面是一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置，其特征在于：包括标准参考黑体、样品加热装置、水冷光阑、斩波器、光学耦合系统、滤光片轮、激光器、探测器组、位移台和锁相放大器；
连接关系为：标准参考黑体和样品加热装置位置相对于光学耦合系统中的旋转反射镜的中心位置对称，在距离标准参考黑体和样品加热装置相同位置处放置水冷光阑，两组斩波器相对旋转反射镜的中心位置对称，斩波器为锁相放大器提供参考频率信号，滤光片轮放于光学耦合系统和探测器组之间，激光器和探测器组安装在位移台上；
工作过程分为如下步骤：
步骤一，连接发射率测量装置各器件，接通斩波器、锁相放大器、探测器、激光器、位移台等；
步骤二，将样品加热装置加热到Ts，待温度稳定后，通过滤光片轮和探测器的切换，完成不同波段的能量采集；
步骤三，将黑体参考装置加热到T1，待温度稳定后，切换旋转反射镜，将光路切换到黑体参考装置处，通过滤光片轮和探测器的切换，完成不同波段的能量采集；
步骤四，用同样方法，分别采集黑体参考装置和样品加热装置在不同温度点下的光谱信号；
步骤五，上位机根据接收到的光谱仪的测量值，计算得到待测样品的光谱发射率。
2.根据权利要求1所述的一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置，其特征在于：所述的光学耦合系统包括旋转反射镜、主镜和平面反射镜，主镜将光阑成像在探测器组光敏面上，旋转反射镜安装在旋转台上，用于切换标准参考黑体和样品加热装置的测量，平面反射镜用于光路转换。
3.根据权利要求1所述的一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置，其特征在于：所述的水冷光阑用于确定像面位置，光阑面和探测器光敏面呈共轭物像关系，即光阑孔经过主镜所成的像位于探测器光敏面上；限制杂散光；保持恒温环境，减小环境辐射对测量结果的影响。
4.根据权利要求1所述的一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置，其特征在于：滤光片安装在所述的滤光片轮上，滤光片轮可以安装多个滤光片，滤光片轮上需留一个空白位置，用于激光器的瞄准，通过不同波长滤光片的切换完成不同波长的发射率测量。
5.根据权利要求1所述的一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置，其特征在于：所述的探测器组包括中红外探测器和近红外探测器。
6.根据权利要求1所述的一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置，其特征在于：所述的锁相放大器对探测器组的输出进行放大，同时对噪声进行抑制。

说明书全文

一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置，适用于测量金属、非金属材料表面法向光谱发射率，属于材料热物性参数技术领域。

背景技术

[0002] 材料光谱发射率是表征材料表面辐射特性的物理量，是重要的热物性参数之一。材料发射率的测量在现代科学技术和工业生产中扮演着越来越重要的角色，为了准确的测量材料表面的温度，必须要知道被测表面发射率。此外，在武器装备研制中，评价材料隐身性能的重要指标之一便是其光谱发射率特性。材料光谱发射率与材料的组分、温度、波长范围、表面状态等诸多因素复杂相关，对于特定的测量实例，已有文献中的相关光谱发射率数据并不能完全满足应用需求。

[0003] 国内外从事热测量科学的学者对材料法向光谱发射率的相关测量技术开展了许多研究工作。根据测试原理的不同，发射率测量方法可分为量热法、反射法、能量法等。目前的材料发射率的测量，由于受噪声的影响，尤其是在低温测量时，造成发射率测量的不准确性。本发明针对以上问题，设计了一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置，对于材料光谱发射率的测量具有重要的实际意义。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了解决不透明材料发射率测量中的噪声干扰，同时实现多波段的发射率的测量，而提出了一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置。

[0005] 本发明的目的是通过如下技术方案实现的。

[0006] 一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置，包括：标准参考黑体、样品加热装置、水冷光阑、斩波器、光学耦合系统、滤光片轮、激光器、探测器组、位移台和锁相放大器。

[0007] 连接关系为：标准参考黑体和样品加热装置位置相对于光学耦合系统中的旋转反射镜的中心位置对称，在距离标准参考黑体和样品加热装置相同位置处放置水冷光阑，两组斩波器相对旋转反射镜的中心位置对称，斩波器为锁相放大器提供参考频率信号，滤光片轮放于光学耦合系统和探测器组之间，激光器和探测器组安装在位移台上。

[0008] 所述光学耦合系统包括旋转反射镜、主镜和平面反射镜，主镜将光阑成像在探测器组光敏面上，旋转反射镜安装在旋转台上，用于切换标准参考黑体和样品加热装置的测量，平面反射镜用于光路转换。

[0009] 所述标准参考黑体和样品加热装置位置相对于旋转反射镜的中心位置对称，在距离标准参考黑体和样品加热装置相同位置处放置水冷光阑，水冷光阑的作用：①光阑用于确定像面位置，光阑面和探测器光敏面呈共轭物像关系，即光阑孔经过主镜所成的像位于探测器光敏面上；②限制杂散光；③保持恒温环境，减小环境辐射对测量结果的影响。

[0010] 所述两组斩波器相对旋转反射镜的中心位置对称，斩波器为锁相放大器提供参考频率信号。

[0011] 所述滤光片安装在滤光片轮上，滤光片轮可以安装多个滤光片，滤光片轮上需留一个空白位置，用于激光器的瞄准，通过不同波长滤光片的切换完成不同波长的发射率测量。

[0012] 所述探测器组包括中红外探测器和近红外探测器。

[0013] 所述激光器、中红外探测器和可见光、近红外探测器固定在位移台上，通过位移台的移动，完成三者之间的切换；激光器用于辅助瞄准测量目标，方便更换测量目标后光路瞄准；中红外探测器和可见光、近红外探测器分别完成中红外和可见光、近红外波段的测量，拓宽了测量范围。

[0014] 所述锁相放大器对探测器组的输出进行放大，同时对噪声进行抑制。

[0015] 一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置的工作过程如下：

[0016] 步骤1：连接发射率测量装置各器件，接通斩波器、锁相放大器、探测器、激光器、位移台等；

[0017] 步骤2：将样品加热装置加热到Ts，待温度稳定后，通过滤光片轮和探测器的切换，完成不同波段的能量采集；

[0018] 步骤3：将黑体参考装置加热到T1。待温度稳定后，切换旋转反射镜，将光路切换到黑体参考装置处，通过滤光片轮和探测器的切换，完成不同波段的能量采集；

[0019] 步骤4：用同样方法，分别采集黑体参考装置和样品加热装置在不同温度点下的光谱信号；

[0020] 步骤5：上位机根据接收到的光谱仪的测量值，计算得到待测样品的光谱发射率。

[0021] 有益效果

[0022] 本发明采用锁相放大器对探测器的输出进行放大，同时对噪声进行抑制，提高了测量精度，同时通过滤光片轮和探测器组之间的切换，实现了多波长的测量。附图说明

[0023] 图1为本发明一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置的示意图。

[0024] 附图标记：1-标准参考黑体、2-样品加热装置、3-水冷光阑、4-斩波器、5-光学耦合系统、6-滤光片轮、7-激光器、8-探测器组、9-位移台、10-锁相放大器、11-旋转反射镜、12-主镜、13-平面反射镜、14-滤光片、15-中红外探测器、16-近红外探测器。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图和实施例，对本发明进行进一步的说明。

[0026] 实施例

[0027] 一种基于锁相放大的不透明材料的带通发射率测量装置，如图1所示，包括标准参考黑体1、样品加热装置2、水冷光阑3、斩波器4、光学耦合系统5、滤光片轮6、激光器7、探测器组8、位移台9和锁相放大器10。

[0028] 所述光学耦合系统5包括旋转反射镜11、主镜12和平面反射镜13，主镜12将水冷光阑3成像在探测器组8光敏面上，旋转反射镜11安装在旋转台上，用于切换标准参考黑体1和样品加热装置2的测量，平面反射镜13用于光路转换。

[0029] 所述标准参考黑体1和样品加热装置2位置相对于旋转反射镜11的中心位置对称，在距离标准参考黑体1和样品加热装置2相同位置处放置水冷光阑3，水冷光阑3的作用：①光阑用于确定像面位置，光阑面和探测器光敏面呈共轭物像关系，即光阑孔经过主镜所成的像位于探测器光敏面上；②限制杂散光；③保持恒温环境，减小环境辐射对测量结果的影响。

[0030] 所述两组斩波器4相对旋转反射镜11的中心位置对称，斩波器4为锁相放大器10提供参考频率信号。

[0031] 所述滤光片14安装在滤光片轮6上，滤光片轮6可以安装多个滤光片14，滤光片轮6上需留一个空白位置，用于激光器7的瞄准，通过不同波长滤光片14的切换完成不同波长的发射率测量。

[0032] 所述激光器7、中红外探测器15和可见光、近红外探测器16固定在位移台9上，通过位移台9的移动，完成三者之间的切换；激光器7用于辅助瞄准测量目标，方便更换测量目标后光路瞄准；中红外探测器15和可见光、近红外探测器16分别完成中红外和可见光、近红外波段的测量，拓宽了测量范围。

[0033] 以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡事不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

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