[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

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• 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

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，屬于熱輻射測量技術(shù)領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有的采用數(shù)值模擬方法存在因為受到待測材料厚度以及測量誤差的影響較大導(dǎo)致的重建結(jié)果精度交叉的問題。本發(fā)明沿輻射傳遞方向?qū)⒓t外頭罩試件等分，根據(jù)輻射傳輸原理和能量守恒關(guān)系依次得到透過頭罩材料第1層、第1～2層、……、1～n層的總輻射；隨后基于能量法推演出厚度為Δ且溫度為T的紅外頭罩材料的透過率和自身輻射與整個紅外探測頭罩的透過率和自身輻射之間所滿足的代數(shù)關(guān)系。通過實驗測量出厚度x的紅外頭罩的透射率和自身輻射等熱輻射特性，基于代數(shù)關(guān)系計算單位厚度材料的的熱輻射特性數(shù)據(jù)。主要用于獲得紅外頭罩的熱輻射特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱輻射測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫紅外頭罩不同厚度材料熱輻射特性測量方法。

背景技術(shù)

飛行器在大氣層內(nèi)超高聲速飛行時，高溫紅外頭罩迅速成為紅外探測系統(tǒng)氣動熱輻射效應(yīng)的主要因素。高溫使紅外頭罩自身熱輻射增加，紅外頭罩表面的輻射主要集中于紅外波段，高溫激波氣體和紅外頭罩產(chǎn)生強烈的氣動熱輻射效應(yīng)，對探測器形成輻射干擾，對目標(biāo)的紅外信號形成干擾，使探測器背景亮度增加，降低目標(biāo)的探測信噪比，降低了系統(tǒng)對目標(biāo)的檢測和跟蹤能力，甚至導(dǎo)致紅外探測器飽和而不能準(zhǔn)確分辨來自目標(biāo)的信號，引起目標(biāo)探測、跟蹤與識別能力的減弱，使紅外探測系統(tǒng)成像質(zhì)量下降。

目前對紅外頭罩材料的測量研究多集中在強度、硬度﹑熔點、折射率、熱導(dǎo)率和耐腐蝕等物理化學(xué)性能，而透過率、衰減系數(shù)等熱輻射傳輸特性的研究較少，高溫狀態(tài)的數(shù)據(jù)更少，影響甚至制約了高溫紅外光學(xué)窗口的氣動熱輻射效應(yīng)研究的發(fā)展，阻礙了紅外探測系統(tǒng)在高超聲速飛行器領(lǐng)域的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的紅外頭罩輻射特性測試方法針對同一種材料，材料厚度改變時需要開展一次乃至多次重復(fù)性實驗，每次實驗的溫度等環(huán)境工況不能保證完全一致，紅外頭罩材料輻射特性測量值與真實值誤差較大且造成額外的實驗成本浪費。傳統(tǒng)的思路為采用數(shù)值模擬的方法包括離散坐標(biāo)法、有限體積法等對實際情況進(jìn)行模擬，結(jié)合不同角度的表觀輻射強度測量結(jié)果，反演重建介質(zhì)內(nèi)部的輻射特性場，如吸收系數(shù)場、折射率場等。重建過程受到測量誤差等影響較大，且重建的精度隨著介質(zhì)的厚度增加而降低。因此急需一種在高溫狀態(tài)下實現(xiàn)不同厚度紅外頭罩材料熱輻射特性一次性測量的方法，更加高效地建立高溫紅外頭罩傳輸特性量化模型。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的采用數(shù)值模擬方法存在因為受到待測材料厚度以及測量誤差的影響較大導(dǎo)致的重建結(jié)果精度交叉的問題。

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)，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度。

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，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；