[發明專利]一種表面發射率在線測試裝置及其方法

有效

• 申請號: 202010052325.X
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111207840B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 安巍
• 申請（專利權）人: 上海曉同機電科技有限公司
• 主分類號: G01J5/12
• 分類號: G01J5/12;G01J5/00;G01N25/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 丁云

1.一種表面發射率在線測試裝置，其特征在于，該裝置包括：

已標定發射率的薄膜(2)：測試時附著于被測目標物體(1)上待測量局部表面(3)附近；

加熱單元(7)：測試時提升被測目標物體(1)的表面溫度；

傳感器模塊(5)：同步測量薄膜(2)表面及被測目標物體(1)上待測量局部表面(3)的紅外輻射并轉化為溫度信息，同時獲取傳感器模塊(5)自身的溫度信息；

控制處理單元(6)：連接加熱單元(7)和傳感器模塊(5)，用于供電和數據輸出，并根據獲取的溫度信息得到被測目標物體(1)上待測量局部表面(3)的發射率；

所述的傳感器模塊(5)包括兩個臨近設置的熱電堆傳感器，測試時，其中一個熱電堆傳感器對準薄膜(2)表面，另一個熱電堆傳感器對準被測目標物體(1)上待測量局部表面(3)，兩個熱電堆傳感器中心點位于同于水平線上，其中對準薄膜(2)表面的熱電堆傳感器標定為測量薄膜(2)表面的熱力學溫度，對準被測目標物體(1)上待測量局部表面(3)的熱電堆傳感器標定為測量黑體表面的熱力學溫度；

所述的傳感器模塊(5)還包括兩個用于位置校準的發射波段為可見光的準直用二極管激光器(8)，兩個準直用二極管激光器(8)對稱布置于兩個熱電堆傳感器中心點連線的兩側，且兩個準直用二極管激光器(8)中心點的連線與兩個熱電堆傳感器中心點連線的中垂線相重合，位置校準時，兩個準直用二極管激光器(8)的光斑落在薄膜(2)與被測目標物體(1)上待測量局部表面(3)的邊界線上；

所述的加熱單元(7)的加熱方式包括：與被測目標物體(1)接觸的導熱方式，或，加熱周圍空氣并將熱空氣吹向被測目標物體(1)表面的對流方式，或，輻射傳熱對被測目標物體(1)進行局部加熱方式，加熱時，加熱區域位于薄膜(2)和被測目標物體(1)上待測量局部表面(3)的下方，同時加熱單元(7)加熱區域的寬度大于薄膜(2)的兩倍寬度，加熱區域內的加熱熱流均勻以確保在加熱過程中薄膜(2)和被測目標物體(1)上待測量局部表面(3)位置處的溫升程度趨于一致；

所述的控制處理單元(6)通過下式獲得被測目標物體(1)上待測量局部表面(3)的發射率：

其中，ε為被測目標物體(1)上待測量局部表面(3)的發射率，T₁為薄膜(2)表面的熱力學溫度，T₂為被測目標物體(1)上待測量局部表面(3)假設為黑體時的熱力學溫度，T_a為傳感器模塊(5)自身的熱力學溫度。

2.根據權利要求1所述的一種表面發射率在線測試裝置，其特征在于，所述的薄膜(2)厚度小于1mm，薄膜(2)通過背膠粘貼或噴涂的方式緊密附著于被測目標物體(1)的表面，所述的薄膜(2)在5-14um波段的透射率小于1％，而且其在5-14um波段的發射率已知。

3.根據權利要求1所述的一種表面發射率在線測試裝置，其特征在于，所述的熱電堆傳感器分別設有一個光學遮擋罩(4)，所述的光學遮擋罩(4)為圓柱狀，所述的熱電堆傳感器設置在光學遮擋罩(4)中，所述的光學遮擋罩(4)端部設有在5-14um波段上的帶通濾光片。

4.根據權利要求1所述的一種表面發射率在線測試裝置，其特征在于，所述的控制處理單元(6)控制加熱單元(7)的加熱功率使加熱單元(7)快速準確地達到預定的加熱溫度。

5.一種表面發射率在線測試方法，其特征在于，該方法基于權利要求1～4所述的表面發射率在線測試裝置完成被測目標物體(1)表面發射率的在線測試，該方法包括如下步驟：

S1：測試準備階段：將已標定發射率的薄膜(2)緊密附著于被測目標物體(1)的表面；

S2：位置對準階段：將傳感器模塊(5)對準被測目標物體(1)，用于同步測量薄膜(2)表面及其附近被測目標物體(1)上待測量局部表面(3)紅外輻射并轉化為溫度信息；

S3：加熱階段：控制處理單元(6)控制加熱單元(7)加熱被測目標物體(1)，使得傳感器模塊(5)對準的薄膜(2)及其附近被測目標物體(1)上待測量局部表面(3)處的溫度達到預定的加熱溫度；

S4：測試計算階段：控制處理單元(6)讀取薄膜(2)表面的熱力學溫度T₁、被測目標物體(1)上待測量局部表面(3)假設為黑體時的熱力學溫度T₂以及傳感器模塊(5)自身的熱力學溫度T_a，進而計算出被測目標物體(1)上待測量局部表面(3)的發射率ε。