高溫動態加熱材料輻射率測量：傅里葉紅外FTIR光譜儀、黑體爐

　　本文提出了一種新型的高溫動態加熱條件下材料輻射率的同時測量技術，并重點介紹了測試方法和實驗設備，特別是我們公司提供的黑體爐設備，在實驗中的重要作用。
 

　　1. 測試方法概述
 

　　輻射率是衡量材料熱輻射能力的重要參數，是材料發射的輻射能量與理想黑體在相同溫度下發射的輻射能量之比。傳統的輻射率測量方法大多應用于靜態加熱條件下，但在飛行器的動態熱負荷條件下，這種方法往往無法滿足高精度測量的要求。因此，本文提出了一種基于傅里葉變換紅外（FTIR）光譜儀的同步測量技術，用于高溫動態加熱條件下同時測量材料的輻射率和表面溫度。
 

　　2. 測量技術的創新
 

　　在本研究中，輻射率的測量采用了FTIR光譜儀來實時獲取樣品的輻射光譜。為了應對高溫動態加熱過程中溫度變化快速且劇烈的挑戰，研究人員通過以下幾個技術手段克服了傳統方法中的問題：
 

　　同步測量：采用FTIR光譜儀的時序光譜數據，通過實時記錄樣品輻射的光譜信號，結合表面溫度的計算，能夠實現輻射率和溫度的同步測量。
 

　　非線性平滑技術：由于FTIR光譜儀的高分辨率和靈敏度，信號可能會受到測量噪聲的影響。為了減少這些噪聲對測量結果的影響，研究中引入了非線性平滑算法，對信號進行優化處理，從而提高測量精度。
 

　　反射率與透射率間接測量：在一些情況下，直接測量表面溫度可能困難，因此本研究通過間接方法利用反射率和透射率計算輻射率，并采用傅里葉變換紅外光譜技術實現了動態加熱條件下的輻射率測量。
 

　　3. 實驗設備與裝置
 

　　本研究采用了先進的實驗設備和裝置，以確保高溫動態加熱條件下的精確測量。實驗裝置的核心包括以下幾個主要組成部分：
 

　　3.1 高頻感應加熱器
 

　　高頻感應加熱器是實驗中用于加熱樣品的主要設備，其最大功率為25KW，工作頻率可達30KHz。該加熱器能夠快速且均勻地加熱樣品表面，使其達到預定的高溫狀態。加熱器的功率可以根據樣品溫度的升高自動調整，確保樣品表面溫度在加熱過程中的穩定性。
 

　　3.2 FTIR光譜儀
 

　　FTIR光譜儀是本實驗中的核心測量工具。它用于采集樣品在不同溫度下的輻射光譜數據，并通過這些光譜數據計算材料的輻射率。FTIR光譜儀具有高分辨率和高信噪比，能夠精確測量樣品表面發射的紅外輻射。該儀器能夠實時記錄輻射光譜，為后續的數據處理提供可靠依據。
 

　　3.3上海明策電子的黑體爐設備
 

　　在本研究中，我們公司的黑體爐設備發揮了重要作用。黑體爐用于對實驗系統進行校準，并為FTIR光譜儀提供準確的輻射源溫度。我們的黑體爐采用先進的控制技術，具有穩定的溫度調節系統和高效的輻射發射特性，能夠在高溫下提供精準、均勻的輻射輸出，確保了測量結果的高精度。通過與樣品的輻射信號進行比較，FTIR光譜儀可以完成精準的輻射率測量。我們的黑體爐設備在熱輻射研究和材料測試領域中具有廣泛應用。
 

3.4 光學測量路徑
 

　　光學測量路徑由多個光學元件組成，包括孔徑光闌、平面鍍金鏡和凹面鏡等。光學路徑的作用是將樣品發射的輻射引導到FTIR光譜儀中進行分析。該測量路徑能夠確保輻射信號的準確傳輸，并最大限度地減少外部環境對測量結果的影響。
 

　　3.5 溫度控制與數據處理系統
 

　　溫度控制系統用于實時監測和調節樣品的表面溫度。數據處理系統則對FTIR光譜儀采集的光譜數據進行實時分析，計算出輻射率和溫度。通過引入非線性平滑技術和多波長法，數據處理系統能夠有效消除信號中的噪聲，確保最終測量結果的精確性。
 

　　4. 測量結果與驗證
 

　　為了驗證所提出的測量方法，本文對鋼材和石墨兩種材料進行了高溫動態加熱條件下的實驗測試。通過對樣品的表面輻射光譜數據的分析，研究人員成功計算出材料在不同溫度下的輻射率，并與傳統測量方法進行了比較。結果表明，在較高溫度范圍內，采用該方法測得的輻射率數據與其他研究人員的結果一致，且測量誤差較小，具有較高的準確性和可靠性。
 

　　本文提出的基于FTIR光譜儀的高溫動態加熱條件下材料輻射率同時測量技術，通過精確的實驗設備和優化的測試方法，成功解決了傳統靜態加熱條件下無法應對的挑戰。這一技術不僅能夠在快速變化的動態加熱環境中測量輻射率，還能為高超音速飛行器的熱防護材料的研究提供重要支持。通過對鋼材和石墨等材料的實驗驗證，證明了該技術在實際應用中的潛力。
 

　　在此過程中，我們公司提供的黑體爐設備為實驗提供了強有力的支持，確保了高精度的測量和數據的可靠性。未來，隨著該技術的進一步發展，預計能夠在更多超高溫條件下進行精確的材料性能測試，尤其是在高頻等離子體風洞等高溫動態加熱環境中。