[發(fā)明專利]高溫紅外頭罩不同厚度材料熱輻射特性高效測量系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210324793.7
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114646663A
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 齊宏;朱澤宇;趙穎;任亞濤;何明鍵;高包海
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23213
• 代理人: 時起磊

1.一種高溫紅外頭罩不同厚度材料熱輻射特性高效測量系統(tǒng)，其特征在于，包括傅里葉變換紅外光譜儀、加熱爐、黑體爐、溫控巡檢儀和數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)；

測量時，傅里葉紅外光譜儀的探測鏡頭中心、加熱爐中心以及黑體爐腔體中心設(shè)置在同一條水平線上；

黑體爐，用于發(fā)射黑體紅外輻射；在測量工作過程中，調(diào)整黑體爐改變黑體溫度，以發(fā)射不同黑體溫度下的紅外輻射；

加熱爐，用于紅外頭罩樣品加熱；在測量工作過程中，調(diào)整加熱爐的溫度，為紅外頭罩樣品材料提供不同溫度；

溫控巡檢儀，用于檢測和控制加熱爐內(nèi)的溫度；

傅里葉紅外光譜儀，用于獲取透過紅外頭罩的黑體紅外輻射；

數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，用于采集傅里葉紅外光譜儀的數(shù)據(jù)和溫控巡檢儀，并利用傅里葉紅外光譜儀得到的信號計算得到材料在溫控巡檢儀所顯示的溫度下的法相光譜表觀輻射強(qiáng)度。

2.一種高溫紅外頭罩不同厚度材料熱輻射特性高效測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、搭建權(quán)利要求1所述的高溫紅外頭罩不同厚度材料熱輻射特性高效測量系統(tǒng)；

步驟二、初始階段，不啟動加熱爐，加熱爐內(nèi)不放置樣品，啟動黑體爐，設(shè)定黑體爐溫度為T_b，用傅里葉紅外光譜儀獲取黑體的紅外輻射L_obj；

步驟三、將紅外頭罩樣品放置于高溫加熱爐內(nèi)加熱，待紅外頭罩樣品材料溫度達(dá)到指定溫度T_win且分布均勻后，用紅外探測器獲取透過紅外頭罩樣品材料的紅外輻射L_tot；

步驟四、控制樣品材料溫度，使其溫度保持T_win不變，改變黑體溫度T_b狀態(tài)下，重復(fù)步驟二與步驟三，獲取多組黑體溫度T_b,i狀態(tài)下的紅外輻射L_obj,i和L_tot,i；其中下標(biāo)i表示第i次測量；

步驟五、當(dāng)材料的溫度不變時，其輻射特性參數(shù)為固定值，通過對試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計，利用最小二乘法擬合多組黑體溫度T_b,i狀態(tài)下的紅外輻射L_obj,i和L_tot,i，進(jìn)而得出溫度T_win均勻分布的紅外頭罩樣品材料的透過率τ_T,win和自身輻射L_T,win；

步驟六、沿厚度方向?qū)⒓t外頭罩樣品等分成n層，根據(jù)能量守恒關(guān)系獲得單位厚度Δ的紅外頭罩樣品材料的表觀光譜透過率自身輻射并基于獲得表觀法向光譜發(fā)射率

步驟七、根據(jù)輻射傳輸逆問題求解算法，假設(shè)紅外頭罩樣品材料的折射率為吸收系數(shù)為通過求解輻射傳輸方程計算得到該紅外頭罩樣品材料的出射界面上任意角度的表觀光譜輻射強(qiáng)度表觀法向光譜發(fā)射率估計值以及表觀光譜透過率估計值

步驟八、將步驟六得到的紅外頭罩樣品材料的表觀法向光譜發(fā)射率與表觀光譜透過率和步驟七得到的紅外頭罩樣品材料的表觀法向發(fā)射率估計值與表觀光譜透過率估計值代入如下目標(biāo)函數(shù)計算公式，計算得到目標(biāo)函數(shù)值F_obj；

步驟九、判斷步驟八中的目標(biāo)函數(shù)值F_obj是否小于設(shè)定閾值ξ，

若是，則步驟八中所假設(shè)的紅外頭罩樣品材料的折射率吸收系數(shù)即為該的紅外頭罩樣品材料的真實(shí)折射率、吸收系數(shù)；

若不是，則返回步驟七，根據(jù)逆問題算法更新的紅外頭罩樣品材料的折射率吸收系數(shù)重新設(shè)定紅外頭罩樣品材料的折射率和吸收系數(shù)重新計算，直至步驟八中的目標(biāo)函數(shù)值F_obj小于設(shè)定閾值ξ，得到該的紅外頭罩樣品材料的真實(shí)折射率吸收系數(shù)

結(jié)合步驟六，目前獲得了溫度為T_win的樣品材料的自身輻射折射率吸收系數(shù)

步驟十、改變樣品材料的溫度T_win，重復(fù)步驟二至步驟九，以獲得不同溫度T_win,j下，單位厚度Δ紅外頭罩樣品材料的折射率吸收系數(shù)與自身輻射其中下標(biāo)j表示第j組測量；

通過計算得到單位厚度Δ紅外頭罩樣品材料的不同方向的自身輻射

通過不同溫度T_win,j下的樣品材料的折射率吸收系數(shù)與自身輻射建立不同溫度單位厚度Δ紅外頭罩材料的輻射物性數(shù)據(jù)庫；

步驟十一、利用物理離散的思想，將待測紅外頭罩均勻分成m層厚度為Δ的薄層；使用紅外熱像儀測量，待測工況下，各個紅外頭罩薄層的溫度，記為T_win,k，其中下標(biāo)k＝1,2,…,m，表示第k個薄層；根據(jù)測量結(jié)果建立紅外頭罩的溫度場，查詢步驟十中建立的不同溫度單位厚度Δ紅外頭罩材料的輻射物性數(shù)據(jù)庫，得到各個紅外頭罩薄層的折射率、吸收系數(shù)、自身輻射分布場以及不同方向輻射分布場；進(jìn)而得到紅外頭罩內(nèi)不同位置處的折射率以及吸收系數(shù)，通過沿厚度方向疊加獲取待測紅外頭罩的方向輻射強(qiáng)度以及方向發(fā)射率。