高温动态加热材料辐射率测量：傅里叶红外FTIR光谱仪、黑体炉

　　本文提出了一种新型的高温动态加热条件下材料辐射率的同时测量技术，并重点介绍了测试方法和实验设备，特别是我们公司提供的黑体炉设备，在实验中的重要作用。
 

　　1. 测试方法概述
 

　　辐射率是衡量材料热辐射能力的重要参数，是材料发射的辐射能量与理想黑体在相同温度下发射的辐射能量之比。传统的辐射率测量方法大多应用于静态加热条件下，但在飞行器的动态热负荷条件下，这种方法往往无法满足高精度测量的要求。因此，本文提出了一种基于傅里叶变换红外（FTIR）光谱仪的同步测量技术，用于高温动态加热条件下同时测量材料的辐射率和表面温度。
 

　　2. 测量技术的创新
 

　　在本研究中，辐射率的测量采用了FTIR光谱仪来实时获取样品的辐射光谱。为了应对高温动态加热过程中温度变化快速且剧烈的挑战，研究人员通过以下几个技术手段克服了传统方法中的问题：
 

　　同步测量：采用FTIR光谱仪的时序光谱数据，通过实时记录样品辐射的光谱信号，结合表面温度的计算，能够实现辐射率和温度的同步测量。
 

　　非线性平滑技术：由于FTIR光谱仪的高分辨率和灵敏度，信号可能会受到测量噪声的影响。为了减少这些噪声对测量结果的影响，研究中引入了非线性平滑算法，对信号进行优化处理，从而提高测量精度。
 

　　反射率与透射率间接测量：在一些情况下，直接测量表面温度可能困难，因此本研究通过间接方法利用反射率和透射率计算辐射率，并采用傅里叶变换红外光谱技术实现了动态加热条件下的辐射率测量。
 

　　3. 实验设备与装置
 

　　本研究采用了先进的实验设备和装置，以确保高温动态加热条件下的精确测量。实验装置的核心包括以下几个主要组成部分：
 

　　3.1 高频感应加热器
 

　　高频感应加热器是实验中用于加热样品的主要设备，其最大功率为25KW，工作频率可达30KHz。该加热器能够快速且均匀地加热样品表面，使其达到预定的高温状态。加热器的功率可以根据样品温度的升高自动调整，确保样品表面温度在加热过程中的稳定性。
 

　　3.2 FTIR光谱仪
 

　　FTIR光谱仪是本实验中的核心测量工具。它用于采集样品在不同温度下的辐射光谱数据，并通过这些光谱数据计算材料的辐射率。FTIR光谱仪具有高分辨率和高信噪比，能够精确测量样品表面发射的红外辐射。该仪器能够实时记录辐射光谱，为后续的数据处理提供可靠依据。
 

　　3.3上海明策电子的黑体炉设备
 

　　在本研究中，我们公司的黑体炉设备发挥了重要作用。黑体炉用于对实验系统进行校准，并为FTIR光谱仪提供准确的辐射源温度。我们的黑体炉采用先进的控制技术，具有稳定的温度调节系统和高效的辐射发射特性，能够在高温下提供精准、均匀的辐射输出，确保了测量结果的高精度。通过与样品的辐射信号进行比较，FTIR光谱仪可以完成精准的辐射率测量。我们的黑体炉设备在热辐射研究和材料测试领域中具有广泛应用。
 

3.4 光学测量路径
 

　　光学测量路径由多个光学元件组成，包括孔径光阑、平面镀金镜和凹面镜等。光学路径的作用是将样品发射的辐射引导到FTIR光谱仪中进行分析。该测量路径能够确保辐射信号的准确传输，并最大限度地减少外部环境对测量结果的影响。
 

　　3.5 温度控制与数据处理系统
 

　　温度控制系统用于实时监测和调节样品的表面温度。数据处理系统则对FTIR光谱仪采集的光谱数据进行实时分析，计算出辐射率和温度。通过引入非线性平滑技术和多波长法，数据处理系统能够有效消除信号中的噪声，确保最终测量结果的精确性。
 

　　4. 测量结果与验证
 

　　为了验证所提出的测量方法，本文对钢材和石墨两种材料进行了高温动态加热条件下的实验测试。通过对样品的表面辐射光谱数据的分析，研究人员成功计算出材料在不同温度下的辐射率，并与传统测量方法进行了比较。结果表明，在较高温度范围内，采用该方法测得的辐射率数据与其他研究人员的结果一致，且测量误差较小，具有较高的准确性和可靠性。
 

　　本文提出的基于FTIR光谱仪的高温动态加热条件下材料辐射率同时测量技术，通过精确的实验设备和优化的测试方法，成功解决了传统静态加热条件下无法应对的挑战。这一技术不仅能够在快速变化的动态加热环境中测量辐射率，还能为高超音速飞行器的热防护材料的研究提供重要支持。通过对钢材和石墨等材料的实验验证，证明了该技术在实际应用中的潜力。
 

　　在此过程中，我们公司提供的黑体炉设备为实验提供了强有力的支持，确保了高精度的测量和数据的可靠性。未来，随着该技术的进一步发展，预计能够在更多超高温条件下进行精确的材料性能测试，尤其是在高频等离子体风洞等高温动态加热环境中。