CN110044490A - 一种快速切换式发射率测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了快速切换式发射率测量装置及测量方法，该装置包括：源体、切换式支架、椭球镜、辐射接收单元、数据处理单元；切换式支架用于标准件和待测件的固定及标准件和待测件两者的位置快速切换；源体用于向标准件或待测件发射热辐射和冷辐射；椭球镜用于对标准件或待测件反射的热辐射和冷辐射进行聚束；辐射接收单元用于接收椭球镜聚束的热辐射或冷辐射并转化为冷热辐射电压值信号；数据处理单元用于根据冷热辐射电压值信号，计算待测件的发射率；其中，切换式支架包括旋转支座、定位底座，旋转支座设于定位底座上，旋转支座绕旋转支座的旋转轴旋转，以切换标准件和待测件两者的位置，定位底座设有定位件，定位件用于旋转支座的旋转位置定位。

Description

一种快速切换式发射率测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于发射率检测技术领域，尤其涉及一种快速切换式发射率测量装置及测量方法。

背景技术

微波辐射计是一种被动式的微波遥感设备,主要应用于气象、农林、地质、海洋环境监测和军事侦察等方面。它本身不发射电磁波，而是通过被动地接收被观测场景辐射的微波能量来探测目标的特性。天线接收的信号经过放大、滤波、检波和再放大后，以电压的形式给出。对微波辐射计的输出电压进行温度绝对定标，即建立输出电压与天线视在温度的关系之后，就可确定天线视在温度，也就可以确定所观测目标的亮温度。进行天线设计时通常在天线表面增加一层低发射率的微波涂层，以降低天线自身辐射信号对系统的影响。

天线涂层的发射率为保证天线工作表面涂层发射率满足使用要求，需要对涂层在工作频段内的发射率进行高精度测试，通常采用微波辐射计等效噪声温度测试方法，即通过待测件与标准件进行对比测试，以计算出待测件的发射率，其中，待测件和标准件需要人工进行更换，而且该种测试方法下试片需要多次来回切换，这种更换方式也可能造成待测件和标准件的损坏、污染、失准等测量问题。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种快速切换式发射率测量装置及测量方法，具有简单易执行、结构简单成本低，测量精准快速的技术特点。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种快速切换式发射率测量装置，包括：源体、切换式支架、椭球镜、辐射接收单元、数据处理单元；

所述切换式支架用于标准件和待测件的固定及所述标准件和所述待测件两者的位置快速切换；

所述源体用于向所述标准件或所述待测件发射热辐射信号和冷辐射信号；所述椭球镜用于对所述标准件或所述待测件反射的热辐射信号和冷辐射信号进行聚束；所述辐射接收单元用于接收所述椭球镜聚束的热辐射信号或冷辐射信号并转化为冷热辐射电压值信号；所述数据处理单元用于根据所述冷热辐射电压值信号，计算所述待测件的发射率；其中，

所述切换式支架包括旋转支座、定位底座，所述旋转支座设于所述定位底座上，所述旋转支座绕所述旋转支座的旋转轴旋转，以切换所述标准件和所述待测件两者的位置，所述定位底座设有定位件，所述定位件用于所述旋转支座的旋转位置定位。

根据本发明一实施例，所述辐射接收单元包括馈源喇叭和接收机，所述馈源喇叭用于接收所述椭球镜聚束的热辐射信号或冷辐射信号，所述接收机用于对所述馈源喇叭接收的热辐射信号或冷辐射信号进行滤波和放大并转换为所述冷热辐射电压值信号。

根据本发明一实施例，所述源体在填充液氮稳定状态下作为冷源，所述冷源用于向所述标准件或所述待测件发射冷辐射信号，所述源体在不填充液氮稳定状态下作为热源，所述热源用于向所述标准件或所述待测件发射热辐射信号。

根据本发明一实施例，所述冷热辐射电压值信号包括所述标准件反射的第一热辐射信号电压值V_r0、第一冷辐射信号电压值V_l0和所述待测件反射的第二热辐射信号电压值V_r1、第二冷辐射信号电压值V_l1；

所述数据处理单元具体用于根据所述V_r0、所述V_l0、所述V_r1、所述V_l1计算所述待测件的发射率ε₁：

其中，所述ε₀为已知的所述标准件的发射率。

根据本发明一实施例，所述标准件与所述待测件分别固定于所述旋转支座的相对两侧，所述旋转支座旋转180度即实现所述标准件与所述待测件的位置切换。

根据本发明一实施例，所述数据处理单元还用于所述冷热辐射电压值信号的存储。

本发明还提供一种发射率测量方法，应用于上述任意一项实施例所述的快速切换式发射率测量装置，包括以下步骤：

源体在不填充液氮稳定状态下作为热源，发射热辐射信号，通过标准件与待测件的位置切换，所述标准件和所述待测件分别接收所述源体发送的热辐射信号并反射至椭球镜，所述椭球镜对反射的热辐射信号进行聚束，辐射接收单元接收所述椭球镜聚束的热辐射信号转化为电信号，得到所述标准件对应的第一热辐射信号电压值V_r0和所述待测件对应的第二热辐射信号电压值V_r1；

源体在填充液氮稳定状态下作为冷源，发射冷辐射信号，通过所述标准件与所述待测件的位置切换，所述标准件和所述待测件分别接收所述源体发送的冷辐射信号并反射至所述椭球镜，所述椭球镜对反射的冷辐射信号进行聚束，所述辐射接收单元接收所述椭球镜聚束的冷辐射信号转化为电信号，得到所述标准件对应的第一冷辐射信号电压值V_l0和所述待测件对应的第二热辐射信号电压值V_l1；

根据所述V_r0、所述V_l0、所述V_r1、所述V_l1计算所述待测件的发射率ε₁：

其中，所述ε₀为已知的所述标准件的发射率。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明设置切换式支架，用于固定待测件和标准件及标准件和待测件两者的位置快速切换，其中，通过旋转支座设于定位底座，绕旋转轴旋转实现位置切换，同时通过定位底座进行位置的定位，以实现微米级的精确位置切换，实现了在热辐射信号和冷辐射信号条件下分别检测经标准件和待测件反射后的辐射值，以计算得到待测件的发射率，避免了待测件和标准件的来回更换，而且避免了待测件和标准件的损坏、污染、失准等造成的测量误差，达到了简单易执行、结构简单成本低，测量精准快速的技术效果。

附图说明

图1为本发明的一种快速切换式发射率测量装置的结构示意图；

图2为本发明的一种快速切换式发射率测量装置的切换式支架示意图；

图3为本发明的一种快速切换式发射率测量装置的辐射接收单元示意图。

附图标记说明：

1：安装板；2：切换式支架；21：旋转支座；22：定位底座；221：定位件；3：数据处理单元；4：辐射接收单元；41：接收机；42：馈源喇叭；5：椭球镜；6：源体；71：标准件；72：待测件。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种快速切换式发射率测量装置及测量方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例1

参看图1至图3，本实施例提供一种快速切换式发射率测量装置，包括：源体6、切换式支架2、椭球镜5、辐射接收单元4、数据处理单元3；

切换式支架2用于标准件71和待测件72的固定及标准件71和待测件72两者的位置快速切换；

源体6用于向标准件71或待测件72发射热辐射信号和冷辐射信号；椭球镜5用于对标准件71或待测件72反射的热辐射信号和冷辐射信号进行聚束；辐射接收单元4用于接收椭球镜5聚束的热辐射信号或冷辐射信号并转化为冷热辐射电压值信号；数据处理单元3用于根据冷热辐射电压值信号，计算待测件72的发射率；其中，

切换式支架2包括旋转支座21、定位底座22，旋转支座21设于定位底座22上，旋转支座21绕旋转支座21的旋转轴旋转，以切换标准件71和待测件72两者的位置，定位底座22设有定位件221，定位件221用于旋转支座21的旋转位置定位。

现具体地对本实施例进行详细说明：

具体地，参看图1，源体6、切换式支架2、椭球镜5、辐射接收单元4、数据处理单元3均安装在同一安装板1上，安装板1上设有拉手环，以便整个测量装置的拿放以及光路固定。进一步的，安装板1采用铝合金材料，统一安装面表面精度为0.01um。

较优地，源体6在填充液氮稳定状态下作为冷源，冷源用于向标准件71或待测件72发射冷辐射信号，源体6在不填充液氮稳定状态下作为热源，热源用于向标准件71或待测件72发射热辐射信号。具体地，源体6可以发射持续稳定辐射信号，源体6是可以充装液氮的，当不充装液氮时，源体6发射热辐射信号；当充装液氮时，源体6发射冷辐射信号。源体6发射的辐射信号传输给待测件72或标准件71，源体6的信号中心和待测件72或标准件71的中心等高，为椭球镜5的信号聚束、辐射接收单元4的信号接收、数据处理单元3的信号处理提供最强信号，以便更好的检测待测件72的发射率，实现本装置的功能。

较优地，参看图2，标准件71与待测件72分别固定于旋转支座21的相对两侧，旋转支座21旋转180度即实现标准件71与待测件72的位置切换。同样地，标准件71与待测件72可设于旋转支座21的不同面，通过旋转支座21旋转两个固定面的法线夹角，即可实现待测件72与标准件71的位置切换。本实施例采用如图2中的位置切换实现方式，通过绕竖立的旋转轴旋转实现位置切换，同样地，还可以旋转支座21绕水平的旋转轴翻转实现位置切换。

具体地，参看图2，定位订座有两个定位稍的定位件221，用来实现旋转支座21180度旋转运动的快速定位，这样就可以实现待测件72在很短的时间内旋转180度准确地到达标准件71原先所在的位置，基本实现同一时间同一位置的转换。同样地，定位件221还可以为定位孔，在旋转支座21上设有定位块，当旋转支座21旋转到特定的位置，定位块卡入定位孔，以实现位置定位和锁定。同样地，定位件221还可以为导向槽，旋转支座21上设定有导向块，导向块沿导向槽滑动，以限定旋转支座21沿导向槽限定旋转角度内旋转，从而实现旋转支座21的位置定位。较优地，定位底座22上设有刻度，以更加直观反映当前的旋转支座21的位置。

具体地，标准件71是采用铜合金制成，表面精度为0.01mm，表面粗糙度为0.1um，该标准件71表面反射率极稳定。同样地，除本实施例采用的铜合金的标准件71，也可以采用其他材料的标准件71。

具体地，椭球镜5的椭球方程为椭球镜5的聚束中心和待测件72或标准件71的中心等高，可以对待测件72或标准件71反射信号进行最大程度的聚束，增加信号的强度。

较优地，参看图3，辐射接收单元4包括馈源喇叭42和接收机41，馈源喇叭42用于接收椭球镜5聚束的热辐射信号或冷辐射信号，接收机41用于对馈源喇叭42接收的热辐射信号或冷辐射信号进行滤波和放大并转换为冷热辐射电压值信号。具体地，馈源喇叭42通过喇叭支座安装在安装板1上，馈源喇叭42中心高度和椭球镜5的聚束中心等高，可以最大程度的接收椭球镜5聚束的信号。接收机41通过接收机41支座安装在安装板1上，接收机41前端与馈源喇叭42直接连接，接收馈源喇叭42传输的信号，将辐射信号进行滤波和放大并转化为电压值。最后通过电缆传输至数据处理单元3，由数据处理单元3对接收机41传输过来的电信号进行处理和对比，得到待测件72的发射率。

较优地，数据处理单元3还用于冷热辐射电压值信号的存储。

较优地，冷热辐射电压值信号包括标准件71反射的第一热辐射信号电压值V_r0、第一冷辐射信号电压值V_l0和待测件72反射的第二热辐射信号电压值V_r1、第二冷辐射信号电压值V_l1；

数据处理单元3具体用于根据V_r0、V_l0、V_r1、V_l1计算待测件72的发射率ε₁：

其中，ε₀为已知的标准件71的发射率。

本实施例设置切换式支架2，用于固定待测件72和标准件71及标准件71和待测件72两者的位置快速切换，其中，通过旋转支座21设于定位底座22，绕旋转轴旋转实现位置切换，同时通过定位底座22进行位置的定位，以实现微米级的精确位置切换，实现了在热辐射信号和冷辐射信号条件下分别检测经标准件71和待测件72反射后的辐射值，以计算得到待测件72的发射率，避免了待测件72和标准件71的来回更换，而且避免了待测件72和标准件71的损坏、污染、失准等造成的测量误差，达到了简单易执行、结构简单成本低，测量精准快速的技术效果。

实施例2

本实施例提供一种发射率测量方法，该方法适用于实施例1中的快速切换式发射率测量装置，包括以下步骤：

源体6在不填充液氮稳定状态下作为热源，发射热辐射信号，通过标准件71与待测件72的位置切换，标准件71和待测件72分别接收源体6发送的热辐射信号并反射至椭球镜5，椭球镜5对反射的热辐射信号进行聚束，辐射接收单元4接收椭球镜5聚束的热辐射信号转化为电信号，得到标准件71对应的第一热辐射信号电压值V_r0和待测件72对应的第二热辐射信号电压值V_r1；

源体6在填充液氮稳定状态下作为冷源，发射冷辐射信号，通过标准件71与待测件72的位置切换，标准件71和待测件72分别接收源体6发送的冷辐射信号并反射至椭球镜5，椭球镜5对反射的冷辐射信号进行聚束，辐射接收单元4接收椭球镜5聚束的冷辐射信号转化为电信号，得到标准件71对应的第一冷辐射信号电压值V_l0和待测件72对应的第二热辐射信号电压值V_l1；

根据V_r0、V_l0、V_r1、V_l1计算待测件72的发射率ε₁：

其中，ε₀为已知的标准件71的发射率。

具体地，上述步骤中获取V_r0、V_l0、V_r1、V_l1步骤之间没有前后顺序，前后颠倒。优先地，本实施先在热辐射信号环境下检测，再在冷辐射信号环境下检测，以节省不必要的检测时间。

本实施例设置切换式支架2，用于固定待测件72和标准件71及标准件71和待测件72两者的位置快速切换，其中，通过旋转支座21设于定位底座22，绕旋转轴旋转实现位置切换，同时通过定位底座22进行位置的定位，以实现微米级的精确位置切换，实现了在热辐射信号和冷辐射信号条件下分别检测经标准件71和待测件72反射后的辐射值，以计算得到待测件72的发射率，避免了待测件72和标准件71的来回更换，而且避免了待测件72和标准件71的损坏、污染、失准等造成的测量误差，达到了简单易执行、结构简单成本低，测量精准快速的技术效果。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种快速切换式发射率测量装置，其特征在于，包括：源体、切换式支架、椭球镜、辐射接收单元、数据处理单元；

所述切换式支架用于标准件和待测件的固定及所述标准件和所述待测件两者的位置快速切换；

所述源体用于向所述标准件或所述待测件发射热辐射信号和冷辐射信号；所述椭球镜用于对所述标准件或所述待测件反射的热辐射信号和冷辐射信号进行聚束；所述辐射接收单元用于接收所述椭球镜聚束的热辐射信号或冷辐射信号并转化为冷热辐射电压值信号；所述数据处理单元用于根据所述冷热辐射电压值信号，计算所述待测件的发射率；其中，

所述切换式支架包括旋转支座、定位底座，所述旋转支座设于所述定位底座上，所述旋转支座绕所述旋转支座的旋转轴旋转，以切换所述标准件和所述待测件两者的位置，所述定位底座设有定位件，所述定位件用于所述旋转支座的旋转位置定位。

2.根据权利要求1所述的快速切换式发射率测量装置，其特征在于，所述辐射接收单元包括馈源喇叭和接收机，所述馈源喇叭用于接收所述椭球镜聚束的热辐射信号或冷辐射信号，所述接收机用于对所述馈源喇叭接收的热辐射信号或冷辐射信号进行滤波和放大并转换为所述冷热辐射电压值信号。

3.根据权利要求2所述的快速切换式发射率测量装置，其特征在于，所述源体在填充液氮稳定状态下作为冷源，所述冷源用于向所述标准件或所述待测件发射冷辐射信号，所述源体在不填充液氮稳定状态下作为热源，所述热源用于向所述标准件或所述待测件发射热辐射信号。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的快速切换式发射率测量装置，其特征在于，所述冷热辐射电压值信号包括所述标准件反射的第一热辐射信号电压值V_r0、第一冷辐射信号电压值V_l0和所述待测件反射的第二热辐射信号电压值V_r1、第二冷辐射信号电压值V_l1；

所述数据处理单元具体用于根据所述V_r0、所述V_l0、所述V_r1、所述V_l1计算所述待测件的发射率ε₁：

其中，所述ε₀为已知的所述标准件的发射率。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的快速切换式发射率测量装置，其特征在于，所述标准件与所述待测件分别固定于所述旋转支座的相对两侧，所述旋转支座旋转180度即实现所述标准件与所述待测件的位置切换。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的快速切换式发射率测量装置，其特征在于，所述数据处理单元还用于所述冷热辐射电压值信号的存储。

7.一种发射率测量方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6任一项所述的快速切换式发射率测量装置，包括以下步骤：

源体在不填充液氮稳定状态下作为热源，发射热辐射信号，通过标准件与待测件的位置切换，所述标准件和所述待测件分别接收所述源体发送的热辐射信号并反射至椭球镜，所述椭球镜对反射的热辐射信号进行聚束，辐射接收单元接收所述椭球镜聚束的热辐射信号转化为电信号，得到所述标准件对应的第一热辐射信号电压值V_r0和所述待测件对应的第二热辐射信号电压值V_r1；

源体在填充液氮稳定状态下作为冷源，发射冷辐射信号，通过所述标准件与所述待测件的位置切换，所述标准件和所述待测件分别接收所述源体发送的冷辐射信号并反射至所述椭球镜，所述椭球镜对反射的冷辐射信号进行聚束，所述辐射接收单元接收所述椭球镜聚束的冷辐射信号转化为电信号，得到所述标准件对应的第一冷辐射信号电压值V_l0和所述待测件对应的第二热辐射信号电压值V_l1；

根据所述V_r0、所述V_l0、所述V_r1、所述V_l1计算所述待测件的发射率ε₁：

其中，所述ε₀为已知的所述标准件的发射率。