本發(fā)明非接觸式發(fā)射率測量平臺,涉及測量，尤其涉及一種目標(biāo)材料表面發(fā)射率的非接觸式測量裝置。

背景技術(shù)：

1、發(fā)射率是表征物質(zhì)表面輻射能力的重要物理量，是重要的熱物理參數(shù)，在許多領(lǐng)域中都有著極為重要的應(yīng)用。

2、發(fā)射率并非物體的本征屬性，而是一個很難準(zhǔn)確測量的物理量，與溫度、波長、角度等有關(guān)，其測量較為復(fù)雜。

3、目前，國內(nèi)對發(fā)射率的測量研究較少，發(fā)射率測量方法大多只是對某一單一物質(zhì)進(jìn)行接觸式測量，測量設(shè)備也相對復(fù)雜。

4、針對上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，研究設(shè)計一種新型的非接觸式發(fā)射率測量平臺，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題是十分必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)提出的現(xiàn)有的發(fā)射率采用接觸式測量，且測量設(shè)備復(fù)雜的技術(shù)問題，而提供一種非接觸式發(fā)射率測量平臺。本發(fā)明主要通過測量由待測目標(biāo)反射的紅外回波強(qiáng)度，再由基爾霍夫定律推導(dǎo)出目標(biāo)表面發(fā)射率。

2、本發(fā)明設(shè)計的實(shí)驗(yàn)平臺，通過非接觸式測量目標(biāo)材料的回波強(qiáng)度間接地測量出目標(biāo)表面的發(fā)射率；本實(shí)驗(yàn)平臺的光源為紅外激光發(fā)射器，接收部分為紅外回波接收器，可以將光信號轉(zhuǎn)化成電信號；連接有示波器，可以將回波強(qiáng)度以高低電平的形式呈現(xiàn)，從而獲取目標(biāo)材料的回波強(qiáng)度；通過三軸聯(lián)動轉(zhuǎn)臺，可以控制激光器、接收器和待測目標(biāo)之間的相對位置及角度；轉(zhuǎn)臺設(shè)計有通用性接口與協(xié)議，通過usb接口與電腦連接，可控制轉(zhuǎn)臺的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)動。

3、本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

4、一種非接觸式發(fā)射率測量平臺包括：發(fā)射模塊、接收模塊、待測樣品(6)、電控轉(zhuǎn)臺和pc端；

5、進(jìn)一步地，發(fā)射模塊和接收模塊設(shè)置于電控轉(zhuǎn)臺上；

6、進(jìn)一步地，待測樣品設(shè)置于發(fā)射模塊與接收模塊前部中間位置，將發(fā)射模塊發(fā)射的紅外激光反射給接收模塊，用于配合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并獲得其發(fā)射率；

7、進(jìn)一步地，pc端與發(fā)射模塊和接收模塊相連接，通過調(diào)節(jié)電流電壓，控制發(fā)射模塊發(fā)射紅外激光，并接收接收模塊放大后的電信號，以高低電平呈現(xiàn)并記錄；

8、進(jìn)一步地，發(fā)射模塊、接收模塊、電控轉(zhuǎn)臺和pc端均與供電系統(tǒng)相連接。

9、進(jìn)一步地，電控轉(zhuǎn)臺包括：散熱器和轉(zhuǎn)臺；

10、進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)臺為三軸聯(lián)動轉(zhuǎn)臺，其上設(shè)置用于分別承載發(fā)射模塊和接收模塊的兩個工作臺；

11、進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)臺與供電系統(tǒng)和pc端相連接，通過pc端控制繞三個軸的精確轉(zhuǎn)動，用于調(diào)整發(fā)射模塊和接收模塊之間的相對角度，以便于將回波完全捕捉；

12、進(jìn)一步地，承載所述發(fā)射模塊的工作臺的上部，設(shè)置有散熱器，控制激光發(fā)射器的工作溫度，激光發(fā)射器的最佳工作溫度為25攝氏度，溫度過高會導(dǎo)致發(fā)射功率降低。

13、進(jìn)一步地，發(fā)射模塊包括：激光驅(qū)動器、函數(shù)發(fā)生器、紅外激光發(fā)射器和準(zhǔn)直器；

14、進(jìn)一步地，激光驅(qū)動器的輸出端與設(shè)置于工作臺上的紅外激光發(fā)射器相連接，通過調(diào)節(jié)電流電壓，控制紅外激光發(fā)生器發(fā)射紅外激光；

15、進(jìn)一步地，紅外激光發(fā)射器，能發(fā)射不同波段的紅外激光，中波段的中心波長為4.6微米，長波段的中心波長為9.13微米，最佳工作溫度為25℃，溫度過高會導(dǎo)致輸出的功率降低，影響回波強(qiáng)度；

16、進(jìn)一步地，激光驅(qū)動器的輸入端與函數(shù)發(fā)生器的輸出端相連接，接收函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的高低電平，使發(fā)射的激光具有特定的調(diào)制頻率；

17、進(jìn)一步地，激光驅(qū)動器可以驅(qū)動激光發(fā)射器發(fā)射紅外激光，發(fā)射激光的波段不同，驅(qū)動器可選擇不同的電壓閾值與電流閾值，保證激光器在額定最大電壓電流內(nèi)，以最佳輸出功率發(fā)射激光；

18、進(jìn)一步地，函數(shù)發(fā)生器可以產(chǎn)生高低電平信號，并將信號輸入激光驅(qū)動器，使其產(chǎn)生的激光具有特定的調(diào)制頻率，所述函數(shù)發(fā)生器的調(diào)制頻率在1-1010hz范圍內(nèi)可調(diào)；

19、進(jìn)一步地，準(zhǔn)直器設(shè)置于紅外激光發(fā)射器的前部，用以控制紅外激光的發(fā)散角。

20、進(jìn)一步地，接收模塊包括：硒化鋅凸透鏡、接收器和示波器；

21、進(jìn)一步地，接收器設(shè)置于工作臺的上部，用于接收紅外激光回波；

22、進(jìn)一步地，硒化鋅凸透鏡設(shè)置于工作臺上，位于接收器的前部，用于聚焦回波；

23、進(jìn)一步地，示波器與接收器相連接，接收到的回波經(jīng)過示波器內(nèi)的數(shù)字放大器及函數(shù)發(fā)生器將點(diǎn)信號放大，以高低電平呈現(xiàn)并通過pc端記錄數(shù)據(jù)。

24、進(jìn)一步地，接收器可以接收回波，激光發(fā)射器發(fā)射的紅外激光經(jīng)過兩次大氣傳播和待測目標(biāo)的漫反射后，回波由接收器接收；接收器內(nèi)部有感光屏，回波中的光子打在感光屏上可產(chǎn)生電信號，電信號與回波功率成正比，通過探測此電信號的大小值，可得到回波功率，此電信號經(jīng)后續(xù)示波器放大處理后再做記錄；

25、進(jìn)一步地，pc端用于記錄并保存數(shù)據(jù)，由示波器顯示出的電平信號由電腦記錄并保存，通過此電信號可得到激光的回波強(qiáng)度，由基爾霍夫定律，考慮兩次大氣傳播和目標(biāo)表面的漫反射，可由得到的回波強(qiáng)度得推導(dǎo)出待測目標(biāo)的表面發(fā)射率；

26、進(jìn)一步地，待測目標(biāo)固定在支架上，支架可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和高度調(diào)節(jié)；

27、進(jìn)一步地，待測目標(biāo)設(shè)置于紅外激光發(fā)射器和接收器前部中間位置；將紅外激光發(fā)射器發(fā)射的紅外激光反射給接收器，用于配合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并獲得其發(fā)射率。

28、進(jìn)一步地，驅(qū)動器可以設(shè)定額定電壓電流及功率，不僅可以輸出特定功率的激光，還可以對紅外激光發(fā)射器進(jìn)行過電流電壓保護(hù)。

29、進(jìn)一步地，紅外激光發(fā)射器發(fā)射不同波段的紅外激光，參考最佳工作溫度為25設(shè)置度，紅外激光發(fā)射器在不同的激光波段下的額定電壓和額定電流不同，通過驅(qū)動器控制。

30、進(jìn)一步地，準(zhǔn)直器用于控制激光光束的發(fā)散角，進(jìn)而調(diào)整分布特性測量的分辨率，發(fā)散角優(yōu)于4mrad。

31、進(jìn)一步地，硒化鋅凸透鏡可以透過波長為8～12μm的紅外激光，凸透鏡起聚焦作用，可以減少回波的發(fā)散角，以達(dá)到增強(qiáng)回波強(qiáng)度的目的。

32、進(jìn)一步地，接收器接收由待測目標(biāo)反射回的回波；

33、進(jìn)一步地，接收器內(nèi)部有感光屏，當(dāng)激光照射到表面后，會產(chǎn)生電流，電流大小正比于激光功率。

34、本發(fā)明的工作過程為：

35、首先，將待測樣板固定在支架上，放在距離激光器和探測器一定距離處；

36、調(diào)整驅(qū)動器，根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的不同波段，選擇合適的電路參數(shù)；

37、函數(shù)發(fā)生器將高低電平信號并輸入激光驅(qū)動器，使其產(chǎn)生的激光具有特定的調(diào)制頻率；

38、啟動激光器，發(fā)射紅外激光，在函數(shù)發(fā)生器的作用下，發(fā)射的激光具有特定的調(diào)制頻率；

39、紅外激光經(jīng)過大氣傳播后，入射至待測目標(biāo)6，在其表面發(fā)生漫反射；

40、控制轉(zhuǎn)臺，使激光器、接收器繞y軸旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)整激光器、接收器與待測目標(biāo)之間的相對角度，使接收器能夠接收回波，表現(xiàn)為示波器有示數(shù)；

41、控制轉(zhuǎn)臺，使激光器、接收器繞x、y、z三軸反復(fù)轉(zhuǎn)動，找到回波光斑的最佳位置，表現(xiàn)為示波器示數(shù)最大；

42、反射在待測目標(biāo)表面的激光再經(jīng)過大氣傳播，回波先經(jīng)硒化鋅凸透鏡的聚焦作用后，由接收器接收，在感光屏上產(chǎn)生電信號；

43、回波的光斑大致為圓形，保持待測目標(biāo)位置與角度不變，控制轉(zhuǎn)臺繞z軸旋轉(zhuǎn)，直至接收不到光斑，此時為光斑的臨界邊緣位置，標(biāo)定此時的激光入射角為0°，反方向旋轉(zhuǎn)，示數(shù)會逐漸增大至最大值，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，示數(shù)會減小直到完全消失，在光斑區(qū)域內(nèi)每0.01刻度記錄一次數(shù)值，接收器采集到的光斑位置為邊緣-中心-邊緣，對應(yīng)的回波強(qiáng)度表現(xiàn)為低-高-低；

44、由接收器產(chǎn)生的電信號經(jīng)過示波器的放大作用，以高低電平的形式顯示；

45、pc端記錄此高低電平，由于接收器產(chǎn)生的電信號正比于回波強(qiáng)度，通過pc端記錄此電信號就可以得到回波強(qiáng)度；

46、根據(jù)得到的紅外激光回波強(qiáng)度，再由基爾霍夫反射定律，可推導(dǎo)出待測目標(biāo)的表面發(fā)射率。

47、較現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

48、1、本發(fā)明提供的非接觸式發(fā)射率測量平臺，所使用的三軸聯(lián)動轉(zhuǎn)臺，可以調(diào)節(jié)發(fā)射器和接收器之間的相對角度，保證由待測樣板反射回的激光回波能被接收器接收，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射率的非接觸式的遠(yuǎn)距離測量；

49、2、本發(fā)明提供的非接觸式發(fā)射率測量平臺，通過接收紅外激光的回波強(qiáng)度，間接地計算出待測目標(biāo)的發(fā)射率，相比于傳統(tǒng)的發(fā)射率測量方法，本發(fā)明的待測目標(biāo)不需要復(fù)雜的積分球模型，也免去了反射光線的光譜分析，實(shí)驗(yàn)方法較為簡單。

50、綜上，應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案解決了現(xiàn)有技術(shù)中的現(xiàn)有的發(fā)射率采用接觸式測量，且測量設(shè)備復(fù)雜的問題。