CN109708948B - 用于吸波材料反射率测试的加热装置及加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于吸波材料反射率测试的加热装置及加热方法，加热装置包括机械手、具有炉膛的加热炉和用于承载待测样板的工件承台，炉膛具有朝下开口的炉口，机械手与加热炉相连并可驱动加热炉移动以使工件承台伸入炉口或者使工件承台退出并远离炉口。加热方法包括采用机械手驱动加热炉移动使工件承台伸入炉口，开启加热炉对待测样板进行加热和保温，采用机械手驱动加热炉移动使加热炉远离工件承台的步骤。本发明具有加热效率高、加热均匀性好、使用安全可靠、可大大提高测试精度等优点。

Description

用于吸波材料反射率测试的加热装置及加热方法

技术领域

本发明涉及微波测试装备技术领域，具体涉及一种用于吸波材料反射率测试的加热装置及加热方法。

背景技术

雷达吸波材料(简称吸波材料)在民用及军事领域有着广泛的用途，雷达反射率(简称反射率)是用来评估吸波材料吸波性能的重要指标参数。常温下的吸波材料反射率测量技术较为成熟并已获得广泛应用，但随着发动机、高速飞行器以及高功率微波器件对吸波材料耐温能力要求的提升，对吸波材料在高温条件下雷达反射率测试系统的要求也越来越高。

目前，高温反射率测试系统主要采用下加热的方式，即发热体布置在待测样板下方，雷达波入射面为上表面，在测试待测样板的高温反射率时热面和雷达波入射面不是同一面，因此对于带有隔热功能的高温雷达吸波材料无法准确表征其高温环境的吸波性能。同时，现有下加热方式的反射率测试系统的测试基座主要包括平板测试座和斜边测试座两种。平板测试座与常温反射率测试系统的测试基座相同，待测样板下方布置发热体，但由于发热体布置区域不能超过待测样板大小，同时受发热体电极、接线柱等安装附件限制，加热体面积会小于待测样板面积，因此存在加热不均匀的问题，待测样板中心区域的温度明显高于四周，导致测试温度不准确以及待测样板由于受热不均造成变形等问题。为解决加热均匀性问题，申请号为201320235754.6的中国专利公开了一种斜边测试座的反射率高温测试平台，该测试平台加大了发热体面积，使加热体面积大于测试样板面积，虽然较好的缓解了平板测试座加热不均匀的问题，但由于加热体面积大于待测样板面积，尤其是加热体大于待测样板的区域采用斜边处理，在电磁波斜入射测试过程中存在较大误差，导致无法准确测量斜入射条件下的反射率。另外，现有高温反射率测试系统的样品保温系统均采用人工开启方式，该开启方式具有高温易造成人员烤伤、操作时间长等不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种加热效率高、加热均匀性好、使用安全可靠、可大大提高测试精度的用于吸波材料反射率测试的加热装置，还相应提供一种采用该加热装置对吸波材料进行加热的加热方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于吸波材料反射率测试的加热装置，包括机械手、具有炉膛的加热炉和用于承载待测样板的工件承台，所述炉膛具有朝下开口的炉口，所述机械手与加热炉相连并可驱动加热炉移动以使工件承台伸入所述炉口或者使工件承台退出并远离所述炉口。

作为上述加热装置的进一步改进：

所述炉膛的底面为水平面，所述炉口的开口尺寸小于炉膛的底面尺寸，且所述炉口位于所述炉膛的底面的中间位置；所述加热炉吊装于机械手的驱动端并使加热炉移动过程中炉口保持竖直朝下。

所述加热炉的炉壁包括由内向外布置的隔热层、保温层和外壳，所述隔热层由陶瓷复合材料蒙皮和气凝胶构成，所述保温层由纤维保温板和包覆在纤维保温板外侧的纤维保温棉层构成。

所述加热炉包括围成所述炉膛的炉壳，所述炉膛的上部和四周侧部均安装有若干相互平行且均匀间隔布置的加热棒；所述炉膛设有若干用于检测炉膛内温度的温度传感器，若干所述温度传感器均匀布置在炉口的正上方。

一种采用上述的加热装置对吸波材料进行加热的加热方法，包括以下步骤：

(A)将待测样板放置在工件承台上，通过机械手驱动加热炉移动至工件承台的上方，然后驱动加热炉下降运动，使工件承台伸入加热炉的炉口，此时工件承台上的待测样板位于炉膛内；

(B)开启加热炉对待测样板进行加热，直至待测样板温度达到设定温度时，保温至少15分钟；

(C)通过机械手驱动加热炉上升运动，使工件承台退出炉口，然后驱动加热炉运动至远离工件承台的位置。

作为上述加热方法的进一步改进：

所述炉膛的底面和工件承台的上表面均为水平面，所述步骤(A)中，工件承台伸入加热炉的炉口的深度为：所述炉膛的底面和工件承台的上表面平齐。

所述工件承台包括支柱和连接于支柱顶部的承载平台，所述承载平台包括下底板、中间隔热件和用于承载待测样板的测试背板，所述测试背板通过中间隔热件支承在下底板上，所述下底板连接于支柱上，所述中间隔热件的四周包覆有吸波围板。

所述吸波围板包括热面面板、冷面面板和两层以上气凝胶复合材料层，两层以上气凝胶复合材料层夹设于热面面板和冷面面板之间，任意相邻两层气凝胶复合材料层之间通过一层吸波层相连。

所述热面面板和冷面面板为氧化物纤维增强氧化物复合材料板，所述热面面板和冷面面板的厚度为0.5～1mm；所述气凝胶复合材料层为氧化物陶瓷纤维棉增强氧化物气凝胶复合材料，且气凝胶复合材料层的常温热导率不大于0.03W/(m·K)，介电常数不大于1.4，介电损耗不大于0.1。

所述下底板具有在工件承台伸入所述炉口时遮挡工件承台与炉口之间缝隙的遮挡部。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的用于吸波材料反射率测试的加热装置采用机械手驱动加热炉移动，能使加热炉移动到工件承台伸入炉口的位置，以对工件承台上的待测样板进行加热，或者使加热炉移动到远离工件承台的位置，以对加热后的待测样板进行反射率测试。由于工件承台是从炉口由下至上伸入炉膛的，放置在工件承台上的待测样板直接伸入炉膛内进行加热，对待测样板的加热效率和加热均匀性好，可有效确保待测样板的温度均匀性，尤其是待测样板的上表面(入射面)温度均匀性，可避免因温度不均匀而导致测试不准确和待测样板变形等问题；同时，待测样板的被加热面为测试时电磁波入射的上表面，对带有隔热功能的吸波材料进行测试时，能够准确的表征其高温环境下的吸波性能，可提高隔热功能的吸波材料的测试精度；并且，采用该加热装置后，在保证加热均匀和加热面准确的前提下，可使工件承台的尺寸与待测样板的尺寸一致，避免了因工件承台尺寸过大而影响测试并导致测试误差，可进一步提高测试精度。此外，该加热装置还可进行自动化工作，可提高作业效率和安全性。

附图说明

图1为用于吸波材料反射率测试的加热装置的立体结构示意图。

图2为加热炉的剖视结构示意图。

图3为工件承台伸入炉口时的剖视结构示意简图。

图4为工件承台的局部剖视立体结构示意图。

图5为支柱通过调平机构连接底座的主视结构示意图。

图6为吸波围板的剖视结构示意图。

图例说明：

2、工件承台；21、支柱；211、底座；212、调节板；213、调节螺栓；214、调节螺母；22、下底板；23、中间隔热件；231、耐火砖；232、氧化铝板；233、隔热纤维棉层；24、测试背板；25、吸波围板；251、热面面板；252、冷面面板；253、气凝胶复合材料层；254、吸波层；255、氧化物陶瓷纤维纱线；31、加热炉；311、炉膛；312、炉口；313、隔热层；314、保温层；315、外壳；316、加热棒；317、温度传感器；32、机械手。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1至图3所示，本实施例的用于吸波材料反射率测试的加热装置，包括机械手32、具有炉膛311的加热炉31和用于承载待测样板的工件承台2，工件承台2固定设置，炉膛311具有朝下开口的炉口312，机械手32与加热炉31相连并可驱动加热炉31移动以使工件承台2伸入炉口312或者使工件承台2退出并远离炉口312。该加热装置3采用机械手32驱动加热炉31移动，能使加热炉31移动到工件承台2伸入炉口312的位置，以对工件承台2上的待测样板进行加热，或者使加热炉31移动到远离工件承台2的位置，以对加热后的待测样板进行反射率测试。由于工件承台2是从炉口312由下至上伸入炉膛311的，放置在工件承台2上的待测样板直接伸入炉膛311内进行加热，对待测样板的加热效率和加热均匀性好，可有效确保待测样板的温度均匀性，尤其是待测样板的上表面(入射面)温度均匀性，可避免因温度不均匀而导致测试不准确和待测样板变形等问题；同时，待测样板的被加热面为测试时电磁波入射的上表面，对带有隔热功能的吸波材料进行测试时，能够准确的表征其高温环境下的吸波性能，可提高隔热功能的吸波材料的测试精度；并且，采用该加热装置后，在保证加热均匀和加热面准确的前提下，可使工件承台2的尺寸与待测样板的尺寸一致，避免了因工件承台2尺寸过大而影响测试并导致测试误差，可进一步提高测试精度。此外，该加热装置还可进行自动化工作，可提高作业效率和安全性。

本实施例中，炉膛311的底面为水平面，炉口312的开口尺寸小于炉膛311的底面尺寸，炉口312位于炉膛311的底面的中间位置，这样可提高炉膛311内温度均匀性，以及提高待测样板在炉膛311内受热均匀性，进而提高待测样板被加热后的温度均匀性。

本实施例中，加热炉31的炉壁包括由内向外布置的隔热层313、保温层314和外壳315，隔热层313由陶瓷复合材料蒙皮和气凝胶构成，可避免热交变过程中出现的掉粉掉渣与寿命低的问题。保温层314由纤维保温板和包覆在纤维保温板外侧的纤维保温棉层构成，其保温效果好。外壳315采用不锈钢制作。

本实施例中，加热炉31包括围成炉膛311的炉壳，炉膛311的上部和四周侧部均安装有若干相互平行且均匀间隔布置的加热棒316，炉膛311上部的若干加热棒316和炉膛311四周侧部的若干加热棒316相互平行且均匀间隔布置，能够提高炉膛311内温度的均匀性，进而提高对待测样板加热后的温度均匀性，并且还可调节各加热棒316的功率，实现对炉膛311内局部温度的控制。优选的，炉膛311上部的加热棒316通过吊钩固定安装在炉膛311的顶壁上，加热棒316悬空设置，能够进一步提高炉膛311内温度的均匀性。

本实施例中，炉膛311设有若干用于检测炉膛311内温度的温度传感器317，若干温度传感器317均匀布置在炉口312的正上方。温度传感器317可实时检测炉膛311内的温度，便于与控制器配合实现对炉膛311内温度的精准控制，并且若干温度传感器317均匀布置在炉口312的正上方，对待测样板进行加热时，若干温度传感器317正好检测待测样板上方各区域的温度，便于实时了解待测样板上表面各处的温度。

本实施例中，加热炉31吊装于机械手32的驱动端并使加热炉31移动过程中炉口312保持竖直朝下，以保证机械手32驱动加热炉31移动时，工件承台2能精准稳定的由下至上伸入炉口312。优选的，在加热炉31的设置吊扣，通过吊扣与机械手32可拆卸连接，方便加热炉31的装卸和维护。

本实施例中，炉口312的水平截面和工件承台2的水平截面的形状尺寸一致，在工件承台2伸入炉口312时正好将炉口312封闭，可避免工件承台2与炉口312存在空隙而影响加热均匀性，并可避免热量损失，达到节省能耗的目的。

本实施例中，机械手32采用市购的四轴码垛机械手，具有定位精准、移动精度高、移动速度快、稳定性好等优点，其广泛用于各种工业场合物料搬运、码垛等。在其他实施例中，机械手32还可采用现有车间用的行车吊结构，或者采用由横向滑座和竖向滑座组合的能在竖直平面内移动的位移驱动组件，只要能驱使加热炉31在竖直平面内移动或者在三维空间内移动的移动装置均可。

一种采用本实施例的加热装置对吸波材料进行加热的加热方法，包括以下步骤：

(A)将待测样板放置在工件承台2上，通过机械手32驱动加热炉31移动至工件承台2的上方，然后驱动加热炉31下降运动，使工件承台2伸入加热炉31的炉口312，此时工件承台2上的待测样板位于炉膛311内；

(B)开启加热炉31对待测样板进行加热，直至待测样板温度达到设定温度时，保温至少15分钟；

(C)通过机械手32驱动加热炉31上升运动，使工件承台2退出炉口312，然后驱动加热炉31运动至远离工件承台2的位置。

至此完成对待测样板的加热，待测样板加热完成后，采用即可采用反射率测试系统对待测样板的进行高温反射率测试。

该加热方法不仅具有前述加热装置所具备的优点，且其步骤简单、操作简便。

上述加热方法中，优选的，炉膛311的底面和工件承台2的上表面均为水平面，步骤(A)中，工件承台2伸入加热炉31的炉口312的深度为：炉膛311的底面和工件承台2的上表面平齐。由于工件承台2不伸入炉膛311，可大大减弱低温的工件承台2对炉膛311内温度均匀性的影响，从而提高待测样板被加热的温度均匀性，还可减少工件承台2吸收热量，提高待测样板的加热效率，并利于减小炉膛311尺寸，达到提高结构紧凑性和降低成本的目的。

上述加热方法中，优选的，如图4所示，工件承台2包括支柱21和连接于支柱21顶部的承载平台，承载平台包括由下至上依次连接的下底板22、中间隔热件23和用于承载待测样板的测试背板24，测试背板24用于提供电磁波反射背衬，测试背板24通过中间隔热件23支承在下底板22上，下底板22连接于支柱21上，中间隔热件23的四周包覆有吸波围板25。该工件承台2中，承载平台的四周包覆有吸波围板25，吸波围板25具有保温和吸波作用，能够降低工件承台2在斜入射测试时的背景电平，提高电磁波斜入射状态下的测试精度。同时，测试背板24通过中间隔热件23支承在下底板22上，中间隔热件23可防止待测样板和测试背板24的热量向支柱21传递，在对吸波材料进行高温反射率测试时，可大大降低热量的传导及消耗速度，利于提高待测样板高温下反射率测试的精准性。

如图6所示，吸波围板25包括热面面板251、冷面面板252和两层以上气凝胶复合材料层253，两层以上气凝胶复合材料层253夹设于热面面板251和冷面面板252之间，任意相邻两层气凝胶复合材料层253之间通过一层吸波层254相连。其中，气凝胶复合材料层253具有隔热及与吸波层254组合提升吸波性能的作用，使吸波围板25具有良好的隔热性能和吸波性能。

热面面板251和冷面面板252为氧化物纤维增强氧化物复合材料板，热面面板251和冷面面板252的厚度为0.5～1mm；气凝胶复合材料层253为氧化物陶瓷纤维棉增强氧化物气凝胶复合材料，且气凝胶复合材料层253的常温热导率不大于0.03W/(m·K)，介电常数不大于1.4，介电损耗不大于0.1；吸波层254为现有已知的具有吸波功能的材料。采用上述参数性能的热面面板251、冷面面板252、气凝胶复合材料层253和吸波层254的组合结构，具有结构强度高、吸波性能好、结构紧凑的优点。

上述热面面板251、冷面面板252、气凝胶复合材料层253和吸波层254通过氧化物陶瓷纤维纱线255缝合成一个整体。

中间隔热件23包括从下至上依次布置的耐火砖231、氧化铝板232和隔热纤维棉层233。其中，耐火砖231是主要的支撑结构，同时也有一定的隔热作用，氧化铝板232能在耐火砖231破裂时仍然提供稳定平整的支撑，隔热纤维棉层233是主要的隔热部件，能够有效提高承载平台的隔热性能。中间隔热件23采用耐火砖231、氧化铝板232和隔热纤维棉层233的组合形式，使承载平台同时具备稳定可靠的支撑性能和良好的隔热性能，适合承载高温状态下的待测样板进行高温反射率测试，保证吸波材料高温反射率测试的精准性。

测试背板24为氮化铝陶瓷板，氮化铝陶瓷板的厚度为8～12mm，热导率不低于200W/(m·K)，测试背板24用于承载待测样板的上表面涂覆有一层那高温贵金属涂层，耐高温贵金属涂层的厚度为10～30μm，面电阻不大于30mΩ/□，1000℃耐温时间不低于100h。该测试背板24具有热导率高、电磁波反射特性好、耐温高、抗氧化、变形小等优点，可避免传统耐热钢板等金属材料反射板表面氧化掉渣以及变形造成的测试精度下降的问题。

支柱21由两根以上柱杆节依次连接而成，相邻两根柱杆节通过紧固件以可拆卸方式固定连接，可以根据需要选择不同数量的柱杆节进行拼接，使承载平台具有不同高度，能够适应不同的测试情况，大大提高了适用范围、使用灵活性和方便性。

支柱21的底端通过调平机构连接有一底座211，如图5所示，调平机构包括调节板212和三个轴线呈竖直布置的调节螺栓213，各调节螺栓213贯穿调节板212并能相对于调节板212上下移动，各调节螺栓213的底端固接于底座211上，每个调节螺栓213上螺纹连接有两个分设于调节板212上下两侧的调节螺母214。通过调节各调节螺栓213上的两个调节螺母214可以调整调节板212相对于该调节螺栓213的高度，进而调节工件承台2的水平度。该调平机构的结构简单、成本低、调节简便。

下底板22具有在工件承台2伸入炉口312时遮挡工件承台2与炉口312之间缝隙的遮挡部，也即下底板22的尺寸大于炉口312的尺寸，可减少炉膛311内热量的损失，达到节省能耗的目的；同时大大减少炉膛311内高温向下传到辐射，降低对测试精度的不良影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于吸波材料反射率测试的加热装置，其特征在于：包括机械手（32）、具有炉膛（311）的加热炉（31）和用于承载待测样板的工件承台（2），所述炉膛（311）具有朝下开口的炉口（312），所述机械手（32）与加热炉（31）相连并可驱动加热炉（31）移动以使工件承台（2）伸入所述炉口（312）或者使工件承台（2）退出并远离所述炉口（312）；

所述炉膛（311）的底面为水平面，所述炉口（312）的开口尺寸小于炉膛（311）的底面尺寸，且所述炉口（312）位于所述炉膛（311）的底面的中间位置；所述加热炉（31）吊装于机械手（32）的驱动端并使加热炉（31）移动过程中炉口（312）保持竖直朝下；

所述加热炉（31）的炉壁包括由内向外布置的隔热层（313）、保温层（314）和外壳（315），所述隔热层（313）由陶瓷复合材料蒙皮和气凝胶构成，所述保温层（314）由纤维保温板和包覆在纤维保温板外侧的纤维保温棉层构成；

所述加热炉（31）包括围成所述炉膛（311）的炉壳，所述炉膛（311）的上部和四周侧部均安装有若干相互平行且均匀间隔布置的加热棒（316）；所述炉膛（311）设有若干用于检测炉膛（311）内温度的温度传感器（317），若干所述温度传感器（317）均匀布置在炉口（312）的正上方；

所述工件承台（2）包括支柱（21）和连接于支柱（21）顶部的承载平台，所述承载平台包括下底板（22）、中间隔热件（23）和用于承载待测样板的测试背板（24），所述测试背板（24）通过中间隔热件（23）支承在下底板（22）上，所述下底板（22）连接于支柱（21）上，所述中间隔热件（23）的四周包覆有吸波围板（25）；

所述吸波围板（25）包括热面面板（251）、冷面面板（252）和两层以上气凝胶复合材料层（253），两层以上气凝胶复合材料层（253）夹设于热面面板（251）和冷面面板（252）之间，任意相邻两层气凝胶复合材料层（253）之间通过一层吸波层（254）相连；

所述下底板（22）具有在工件承台（2）伸入所述炉口（312）时遮挡工件承台（2）与炉口（312）之间缝隙的遮挡部，炉口(312)的水平截面和工件承台(2)的水平截面的形状尺寸一致，在工件承台(2)伸入炉口(312)时正好将炉口(312)封闭。

2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于：所述热面面板（251）和冷面面板（252）为氧化物纤维增强氧化物复合材料板，所述热面面板（251）和冷面面板（252）的厚度为0.5~1mm；所述气凝胶复合材料层（253）为氧化物陶瓷纤维棉增强氧化物气凝胶复合材料，且气凝胶复合材料层（253）的常温热导率不大于0.03W/(m·K)。

3.一种采用权利要求1至2中任一项所述的加热装置对吸波材料进行加热的加热方法，其特征在于：包括以下步骤：

（A）将待测样板放置在工件承台（2）上，通过机械手（32）驱动加热炉（31）移动至工件承台（2）的上方，然后驱动加热炉（31）下降运动，使工件承台（2）伸入加热炉（31）的炉口（312），此时工件承台（2）上的待测样板位于炉膛（311）内；

（B）开启加热炉（31）对待测样板进行加热，直至待测样板温度达到设定温度时，保温至少15分钟；

（C）通过机械手（32）驱动加热炉（31）上升运动，使工件承台（2）退出炉口（312），然后驱动加热炉（31）运动至远离工件承台（2）的位置。

4.根据权利要求3所述的加热方法，其特征在于：所述炉膛（311）的底面和工件承台（2）的上表面均为水平面，所述步骤（A）中，工件承台（2）伸入加热炉（31）的炉口（312）的深度为：所述炉膛（311）的底面和工件承台（2）的上表面平齐。

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