[發明專利]紅外積分球法向發射率測量模塊

有效

• 申請號: 202010083786.3
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111272808B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 張宇峰;戴景民;楚春雨
• 申請（專利權）人: 渤海大學
• 主分類號: G01J5/12
• 分類號: G01J5/12;G01J5/08;G01N25/20
• 代理公司: 錦州遼西專利事務所(普通合伙) 21225
• 代理人: 李輝

一種紅外積分球法向發射率測量模塊，解決了傳統紅外積分球測量裝置的機械式斬波結構穩定性差、光路調整結構復雜、無法測量法向發射率的問題，包括紅外模塊A和積分球B；紅外模塊A包括電路板、熱釋電探測器和MEMS薄膜光源，MEMS薄膜光源的鍍金離軸拋物反射罩朝向待測物品方向、底殼為鍍金球面反射鏡、發熱面位于鍍金離軸拋物反射罩的焦點處；熱釋電探測器與電路板同軸且貼合在電路板內側表面；積分球B采用對稱雙半球結構且包括頂部設樣品孔的半球一和頂部設紅外模塊安裝孔的半球二電路板安裝在紅外模塊安裝孔上，紅外模塊安裝孔和樣品孔的開孔中心位于經過球心的同一直徑線上，使紅外模塊發射的輻射能夠以樣品法向方向照射待測樣品。

技術領域

本發明涉及紅外積分球發射率測量模塊，屬于紅外測試領域。

背景技術

發射率是表征材料紅外輻射能力大小的基礎物理量，是表征材料紅外輻射特性的關鍵參數。發射率測量技術在輻射測溫、輻射傳熱、紅外隱身等眾多領域發揮重要的作用。積分球反射法是材料常溫發射率測量的首選方法，紅外光源、積分球、探測器是積分球測量模塊的不可或缺的關鍵器件。

傳統紅外積分球發射率測量裝置，參見圖1所示。積分球多設計為樣品孔、入射孔及探測孔的三開孔設計，開孔數量及開孔總面積是影響積分球均勻性和效率的重要因素。外部光源的紅外輻射首先經斬波器調制，再經光路結構調整平行或匯聚輻射，由入射孔進入積分球并照射在待測材料表面，斬波過程通常由電機帶動斬波片進行機械旋轉來實現，斬波片的加工精度、電機轉動的穩定性均會對輻射調制頻率造成擾動，對測量產生信號干擾。為避免樣品反射的紅外輻射沿入射光路直接從入射孔逃逸出積分球，必須使入射輻射與樣品法向形成一定的入射角(常見8°或12°)，實際的測量結果并非是樣品法向發射率。入光孔的角度偏轉定位精度難以控制，加工難度大。另外，為獲得平行或匯聚的調制輻射，必需設計較為復雜的機械結構件對積分球、光源、斬波和調整光路進行精密定位和可靠固定，影響模塊空間尺寸的縮小和和自身重量的降低，制約紅外發射率測量技術的小型化發展和便攜式應用。

發明內容

本發明的目的是為了解決傳統紅外積分球測量裝置的機械式斬波結構穩定性差、光路調整結構復雜、無法測量法向發射率的問題，提供了一種紅外積分球法向發射率測量模塊。

本發明的技術解決方案為：

一種紅外積分球發射率測量模塊，其特殊之處在于：包括紅外模塊A和積分球B；

所述紅外模塊A包括電路板、熱釋電探測器、MEMS薄膜光源，所述MEMS薄膜光源的鍍金離軸拋物反射罩朝向待測物品方向，MEMS薄膜光源的底殼為鍍金的球面反射鏡，所述MEMS薄膜光源的發熱面位于鍍金離軸拋物反射罩的焦點處，MEMS薄膜光源發射出具有一定頻率的調制輻射，經鍍金離軸拋物反射罩準直；熱釋電探測器與電路板同軸且貼合在電路板內側表面；所述MEMS薄膜光源的底殼通過其外底面的供電引腳和輔助支撐引腳固定在電路板上，使MEMS薄膜光源與熱釋電探測器同軸布置，樣品反射的輻射在積分球B內多次反射，部分輻射經球面反射鏡反射至熱釋電探測器，實現反射輻射能量的測量；在電路板外表面設有用于給MEMS薄膜光源和熱釋電探測器供電和信號讀取的MH-6P接線端子；

所述積分球B采用對稱雙半球結構且包括半球一和半球二，半球一頂部設有用于材料測量的樣品孔，半球二頂部設有紅外模塊安裝孔，所述電路板安裝在紅外模塊安裝孔上，所述紅外模塊安裝孔和樣品孔的開孔中心位于經過球心的同一直徑線上，使紅外模塊發射的輻射能夠以樣品法向方向照射待測樣品。

進一步地，所述電路板表面設有三個用于支撐熱釋電探測器的焊盤一和用于支撐MEMS薄膜光源的焊盤二。

進一步地，熱釋電探測器通過引腳焊接固定在焊盤一上，焊接固定后使熱釋電探測器能夠收集更大視野的積分球內壁輻射；MEMS薄膜光源的底殼上的供電引腳和輔助支撐引腳焊接在三個焊盤二上，供電引腳起到支撐作用的同時還用于薄膜發熱體的供電。