CN112432915A - 适用50-150k低温材料光谱发射率测量的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用50‑150K低温材料光谱发射率测量的方法和装置，该装置包括：傅里叶变换红外光谱测量系统、机械调制解调装置、辐射收集系统、真空低温信号辐射系统。傅里叶变换红外光谱测量系统，包括傅里叶变换红外光谱仪、计算机和连接装置；所述的机械调制解调系统，包括用以机械调制的斩波器及用以解调制的锁相放大器；斩波器的参考信号输出端与锁相放大器的参考信号输入端相连；锁相放大器的信号输入端与辐射热测量计的信号输出端相连，其输出端与电路控制板的输入端相连。所述的辐射收集系统，包括用于收集低温辐射信号的抛物面金镜和用于改变低温辐射信号传播方向的平面金镜。所述的真空低温信号辐射系统，包括氦气闭循环制冷机、样品台。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温下远红外材料热辐射性能测试的方法和装置，具体涉及一种适用50～150K低温材料光谱发射率测量的方法和装置。
背景技术
现今各航天大国都在致力于太空探索，而太空为真空黑冷的环境，航天器的热量交换主要是通过热辐射的方式进行。在深空探测中，无太阳光照射时，一般通过发射率ε来表征材料的热辐射性能。对于火星登陆以及发展太空望远镜需要材料在50～150K下特定波段的发射率数据，因此，低温下材料光谱发射率的测量是个亟待解决的问题。由普朗克定律知，温度对黑体辐射强度有很大的影响，通常温度越低，辐射强度越低。由维恩定理得，50K时材料热辐射电磁波主要集中在远红外波段。在低温下，由于背景辐射对待测辐射信号的干扰，获得低温发射率的实例很少。
从五十年代开始，在材料科学、空间技术、核能及计算机技术等许多重大科学技术发展的推动下，发射率的研究取得了长足的发展和完善。根据测试原理的不同，将测试发射率的方法分为量热法、反射法、多波长法和能量法，量热法按热流状态可分为稳态法及瞬态法。而前三种方法都存在着各自的缺点，稳态法只能测试全波长半球发射率，不能测量光谱或定向发射率；瞬态量热法被测对象只能是导体材料；反射法只适用于不透明样品；多波长法理论不够完善，算法对材料的适用性差，测量精度不高。相比之下，能量法不仅能获得样品的光谱发射率，而且适用材料范围广，原理明了，测试周期短。因此我们采用能量法进行材料远红外低温光谱发射率的测试。
发明人已基于傅里叶变换红外光谱仪干涉调制和斩波器机械调制相结合的双调制技术，创新地获得了高质量中红外辐射光谱，其具有高灵敏度，低背景辐射干扰，操作便捷等优点。基于上述经验，提出了利用双调制技术测量样品和黑体远红外低温光谱发射率的构想，用于研究低温下材料远红外波段的热辐射性能。
发明内容
在低温环境下，为了获得高质量的辐射信号，精确控制样品温度、减少背景辐射对待测辐射信号的干扰是个重要问题。
本发明一方面提供一种适用50～150K低温材料光谱发射率测量的装置，包括：
傅里叶变换红外光谱测量系统、机械调制解调装置、辐射收集系统、真空低温信号辐射系统。
所述的傅里叶变换红外光谱测量系统，包括傅里叶变换红外光谱仪、计算机和连接装置；傅里叶变换红外光谱仪包括对低温辐射信号进行干涉调制的干涉仪、对远红外波段具有高灵敏度的液氦制冷辐射热测量计、用于采集数据的电路控制板；连接装置由金刚石窗片、双面法兰及波纹管组成，用于连接傅里叶变换红外光谱仪与真空低温信号辐射系统的氦气闭循环制冷机以保证装置具有良好的密封性；电路控制板与计算机相连，通过的傅里叶逆变换对干涉调制进行解调，获得低温光谱。
所述的机械调制解调系统，包括用以机械调制的斩波器及用以解调制的锁相放大器；斩波器的参考信号输出端与锁相放大器的参考信号输入端相连；锁相放大器的信号输入端与辐射热测量计的信号输出端相连，其输出端与电路控制板的输入端相连。
所述的辐射收集系统，包括用于收集低温辐射信号的抛物面金镜和用于改变低温辐射信号传播方向的平面金镜。
所述的真空低温信号辐射系统，包括氦气闭循环制冷机、样品台；样品台包括样品、黑体、和由低温温度控制仪控制加热功率的直流可调加热电阻,用于调整样品台高度的步进装置；
傅里叶变换红外光谱仪系统的连接装置保证使整个光路良好的密封，使其具有良好的真空度，减少水汽和二氧化碳对辐射信号的选择吸收；斩波器置于辐射收集系统中平面金镜和傅里叶变换红外光谱仪之间的光路上，对辐射信号进行机械调制，同时为锁相放大器提供参考信号；样品的低温辐射信号由抛物面金镜收集并转化为平行信号，再经平面金镜改变传播方向，穿过斩波器完成机械调制后，到达傅里叶变换红外光谱仪，由其干涉仪进行干涉调制，最后由辐射热测量计探测到；由锁相放大器利用斩波器提供的参考信号对辐射热测量计接收的信号进行相敏检测，提取出低温辐射信号，再由计算机通过傅里叶逆变换得到样品低温辐射谱；由发射率定义，样品辐射信号与相同温度下黑体的辐射信号相比，可得到样品在温度下的发射率。
针对背景辐射的影响，采用双调制技术即傅里叶变换红外光谱仪的干涉调制和斩波器的机械调制相结合，以消除光路中的背景辐射对样品信号的干扰。针对样品精确控温，采用与一级冷头相连的防辐射屏为样品提供稳定的低温场，利用氦气闭循环制冷机以一定功率(例如一级冷头35W@50K,二级冷头2W@4.2K)对样品台进行降温，同时设置在氦气闭循环制冷机外部的低温温度温控仪基于硅二极管温度计测得温度智能调整加热功率，将样品稳定地控制在设定温度。并且通过保证整个装置处于真空状态，消除水汽和二氧化碳对辐射信号测试的干扰。采用辐射热测量计是测量远红外辐射信号的探测器，其探测波长范围为15～1000μm，对热辐射非常敏感，灵敏度为NEP：
探测器的基本单元是一个具有超高灵敏度的热敏电阻，任何照射到探测器上的辐射信号都会引起热敏电阻温度上升，从而使热敏电阻的阻值发生改变。辐射热测量计的放大电路会放大电信号变化，可通过测量电压的变化，实现对辐射信号的探测。使用液氦制冷将热敏电阻冷却到4.2K，以减小背景热噪声的影响，保证对低温辐射信号的测量。本发明的目的通过双调制技术测得高质量低温样品和黑体辐射光谱，得到材料低温远红外波段光谱发射率，从而为研究材料远红外波段的热辐射性能提供有效方法。
本发明的方法和装置基于傅里叶变换红外光谱仪得到样品和黑体低温远红外辐射光谱计算材料在远红外波段低温光谱发射率。
样品台还可包括用于限制样品和黑体辐射面积的光阑、监测样品台温度的硅二极管温度计，在样品台外还可安装有防辐射屏为样品和黑体提供稳定的低温环境。
傅里叶变换红外光谱仪系统的连接装置能够使整个光路具有较好的真空度，减少水汽和二氧化碳等对待测辐射信号的干扰；斩波器置于平面金镜和傅里叶变换红外光谱仪之间的光路上，对辐射信号进行机械调制，能够为锁相放大器提供参考信号；锁相放大器利用参考信号对辐射热测量计接收的信号进行相敏检测提取出待测辐射信号；与一级冷头相连的防辐射屏为样品台提供稳定的低温场，有利于提高样品台温度均匀性和稳定性。
优选地，所述样品为在远红外波段不透光的块体材料。由此，本发明能够实现对具有多数金属、部分无机非金属及复合材料发射率的测量。
优选地，所述黑体为圆柱、圆锥型腔式黑体。相比于其他结构的黑体具有制作简单且发射率高的特点。
优选地，所述利用氦气闭循环制冷机和直流可调加热电阻可将样品温度稳定地控制在5～300K；
减少因样品和黑体温度波动而引起的测量结果的误差。
较佳为，所述的锁相放大器为Standford SR830 DSP型锁相放大器；所述的斩波器为Standford SR 540型机械斩波器；所述的傅里叶变换红外光谱仪为Bruker Vertex 70V型FTIR光谱仪；所述的探测器为Infrared Laboratories的General Purpose 4.2K辐射热测量计；所述制冷机为ULVAC CRYOGENICS INC的CRT-A140-WH00制冷机；所述的控温仪为Lake Shore 340温度控制器；所述的样品为远红外不透光材料。
本发明另一方面提供一种基于双调制远红外辐射谱测量材料低温发射率的方法，其步骤包括：
将样品固定在样品台上，利用步进装置调节样品台高度使样品处于测试位置。具体而言，可采用N型低温真空脂将样品固定在样品台上，在样品和黑体前安装光阑，利用步进装置调节样品台高度使样品处于测试位置。
调节抛物面金镜和平面金镜的位置，使到达辐射热测量计上的辐射信号达到最大。具体而言，调节抛物面金镜和平面金镜的位置，可借助傅里叶变换光谱仪的信号检查功能监测信号强度，使到达辐射热测量计上的辐射信号达到最大；
由于真空傅里叶变换红外光谱仪和样品真空度不能是一致的，傅里叶变换红外光谱仪与氦气闭循环制冷机为两个独立的真空系统，利用两套由干泵和分子泵组成的真空装置分别对傅里叶变换红外光谱仪与氦气闭循环制冷机进行抽真空。
启动氦气闭循环制冷机对样品台进行降温，通过低温温度控制仪设置样品台的目标温度，对样品台温度进行调控。具体而言，可待样品台降至最低温度后，通过低温温度控制仪设置样品台的目标温度。
可以待温度稳定后，设置合适的锁相放大器和傅里叶变换光谱仪参数，对样品的低温辐射信号进行测量，得到样品低温远红外辐射光谱；
利用步进装置调整样品台的高度，使黑体处于测试位置，对黑体的辐射信号进行测量，得到同温度下黑体低温远红外辐射光谱；
利用样品低温辐射光谱和同温度下黑体的辐射光谱，进行计算得到样品在该温度下的远红外波段低温光谱发射率。
为使辐射热测量计能顺利探测到低温辐射信号，还可以对辐射热测量计进行抽真空及降温。首先使用干泵及分子泵将其真空度抽至1～9×10-3Pa，将液氮加入液氮室进行降温，加入液氦室预冷半小时以上，使用氦气将液氦室的液氮吹出，再使用液氦传输管将液氦从液氦罐转移至辐射热测量计的液氦室中。为保证测试过程中辐射热测量计正常工作，需定时补充液氦和液氮。
在测试之前，调整斩波器位置，使其不遮挡辐射信号的光路。调整样品台高度，使黑体处于测试位置。设定样品台温度为323K，使黑体具有较高强度的辐射信号。借助傅里叶变换红外光谱仪的信号检查功能，调整离轴抛物面金镜及平面金镜的位置及角度，使辐射热测量计测得的辐射信号强度达到最大。
本发明的最大优点是：
真空低温信号辐射系统不需要液氮、液氦，运行成本低；采用氦气闭循环制冷机和直流可调加热电阻对样品温度进行控制，能实现快速、准确控温。
采用外置控制器利用步进装置调节样品台的位置，灵活切换待测样品和黑体，操作简单。
双调制技术和高灵敏度能的辐射热测量计结合，实现对微弱低温远红外热辐射信号的检测，测得无背景辐射干扰，高信噪比的低温远红外辐射光谱。
与同温度下发射率接近1的圆柱圆锥型腔式黑体辐射光谱对比，获得高质量的材料低温远红外光谱发射率。
附图说明
图1示出了本发明一实施形态的一种适用50～150K低温材料光谱发射率测量的装置的示意图。
图2为样品台结构及辐射收集系统的示意图。
图3为50K F46镀银二次表面镜和镀金聚酰亚胺薄膜远红外光谱发射率图。
具体实施方式
以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
具体实施方案如图1所示，一种适用50～150K低温材料光谱发射率测量的装置，包括：傅里叶变换红外光谱测量系统1，其用于对样品和黑体的低温辐射信号进行干涉调制并通过傅里叶逆变换获得辐射光谱；机械调制解调装置2，其对低温辐射信号进行机械调制和解调；辐射收集系统3，其使低温辐射信号能被辐射热测量计接收；真空低温信号辐射系统4，其精确稳定地控制低温样品及黑体的温度。
所述的傅里叶变换红外光谱测量系统1，包括：傅里叶变换红外光谱仪1-1、计算机1-2和连接装置1-3。傅里叶变换红外光谱仪1-1包括干涉仪111、对远红外波段具有高灵敏度的液氦制冷辐射热测量计112、电路控制板113。连接装置1-3由金刚石窗片、带有密封圈的双面法兰及波纹管组成，用于连接傅里叶变换红外光谱仪1-1和真空低温信号辐射系统4中的氦气闭循环制冷机4-1。金刚石窗片、密封圈、双面法兰及波纹管优选如下进行连接：将金刚石窗片安装在傅里叶变换光谱仪的平行光入口处，将带有密封圈的双面法兰与光谱仪的平行光入口连接。波纹管的一端与双面法兰相连，另一端与氦气闭循环制冷机4-1相连。可以避免连接过程中因碰撞对仪器造成的破坏。
本发明一实施形态的装置包括傅里叶变换红外光谱测量系统、真空低温信号辐射系统、辐射收集系统、置于样品台与傅里叶变换红外光谱仪之间的斩波器、连接傅里叶变换红外光谱仪探测器和电路控制板的锁相放大器。本发明提供的如下方法使用上述装置能获得高质量的样品和黑体辐射信号；控温系统能将样品和黑体温度稳定的控制在5～150K的范围内；高灵敏度的液氦制冷辐射热测量计提升了对微弱低温远红外辐射信号的检测。本发明具有操作方便，计算简单，准确度高的优点，适用于在远红外波段不透过材料的热辐射特性的测试。
详细而言，所述的机械调制解调系统2，包括斩波器2-1及锁相放大器2-2。锁相放大器2-2的信号输入端与辐射热测量计112的信号输出端相连，其输出端与电路控制板113的输入端相连。
所述的辐射收集系统3，包括抛物面金镜3-1和平面金镜3-2。使抛物面金镜3-1水平放置且焦点落在样品表面，平面金镜3-2以倾斜放置在抛物面金镜3-1的正上方。倾斜角度优选45°。
所述的真空低温信号辐射系统4，包括氦气闭循环制冷机4-1、样品台4-2。样品台4-2包括样品421、黑体422、用于限制样品和黑体辐射面积的光阑、监测样品台温度的硅二极管温度计和由低温温度控制仪控制加热功率的直流可调加热电阻423、用于调整样品台4-2高度的步进装置424；在样品台4-2外侧安装有防辐射屏，为样品421和黑体422提供稳定的低温环境。其中光阑、硅二极管温度计和直流可调加热电阻423分别安装在样片台4-2的两侧。样品台4-2通过螺丝固定在步进装置424的正上方。
其测量原理如图1所示，在测试之前，调整斩波器2-1位置，使其不遮挡辐射信号的光路。调整样品台4-2高度，使黑体422处于测试位置，即抛物面金镜3-1的焦点处。设定样品台4-2温度为323K，使黑体422具有较高强度的辐射信号。借助傅里叶变换红外光谱仪1-1的信号检查功能，调整抛物面金镜3-1及平面金镜3-2的位置及角度，使辐射热测量计测得的辐射信号强度达到最大。测量时，使用N型真空脂将样品421固定在样品台4-2上，使用步进装置424调节样品台4-2高度使样品421处于测试位置，即抛物面镜的焦点处。对氦气闭循环制冷机4-1进行抽真空，待真空度达到3Pa以下启动氦气闭循环制冷机4-1对样品台4-2进行降温。待样品台4-2降至7K以下，通过控温仪设定样品台4-2温度为50K。样品421的辐射信号经抛物面金镜3-1收集并转化为平行信号，由平面金镜3-2改变其传播方向，使其经过斩波器2-1进入傅里叶变换红外光谱仪1-1中。待温度稳定后，启动斩波器2-1对样品421的辐射信号进行调制，形成机械调制信号。经调制后的辐射信号进入到傅里叶变换红外光谱仪1-1中，由干涉仪111进行干涉调制。最后辐射信号由辐射热测量计112接收。辐射热测量计接收的信号
包括两个部分分别为样品低温辐射信号和背景辐射信号：
其中IS(δ)是样品发出的辐射信号，I背景(δ)是背景辐射信号。其中δ为波数，ω为斩波器机械调制的角频率，θS为样品的相位角。IS(δ)sin(ωt+θS)为经斩波器机械调制后的样品低温辐射信号。
锁相放大器2-2将辐射热测量计112的输出信号乘以由斩波器2-1输出的同频率参考信号urefsin(ωt+θref)，由其相敏探测器及滤波器解调处理过的信号
只包含经机械调制后样品发出的辐射信号，消除了背景辐射信号对测试结果的影响。
使用步进装置424，调整样品台4-2的高度，使黑体421处于测试的位置，待温度再次稳定后，重复测试操作，获得50K时黑体421低温远红外辐射光谱
将得到的低温辐射光谱带入发射率定义公式，得到50K样品低温远红外光谱发射率：
基于上述思路，在一实施例中，所述的锁相放大器可为Standford SR830 DSP型锁相放大器；所述的斩波器可为Standford SR 540型机械斩波器；所述的傅里叶变换红外光谱仪可为Bruker Vertex 70V型FTIR光谱仪；所述的探测器可为Infrared Laboratories的General Purpose 4.2K辐射热测量计；所述氦气闭循环制冷机可为ULVAC CRYOGENICS INC的CRT-A140-WH00制冷机；所述的控温仪可为Lake Shore 340温度控制器；所述的样品可为远红外不透光样品。其光路如图1所示，具体操作步骤如下。
数据获取：
测试之前，将斩波器调整至合适位置，使其不遮挡光路，并将辐射热测量计的输出信号直接输入到傅里叶变换红外光谱仪控制板中。步进装置调节样品台高度，使样品处于测试位置。将样品温度设置为323K，通过调整光路中各金镜的位置和角度等，使傅里叶变换红外光谱仪的辐射热测量计检测到的信号在不过载的情况下达到最大。在上述光路保持不变的情况下，将斩波器的参考信号输出端连接锁相放大器的参考信号输入端。将辐射热测量计输出端连接锁相放大器的信号输入端，并将锁相放大器的输出端馈入傅里叶变换红外光谱仪的控制板。适当选取锁相放大器的灵敏度和采样积分时间，以保证能够有效提取辐射信号。将傅里叶变换红外光谱仪置于步进扫描状态，设定FTIR光谱仪的步进等待时间、时间分辨率、光阑尺寸等。参数设置完毕，可开始样品低温远红外辐射光谱的测量。
数据处理：
本发明提出的远红外辐射光谱可通过计算机来完成干涉图到光谱图的傅里叶变换。即式3所表示的远红外辐射光谱。在温度不变的情况下，调整步进装置使黑体处于测试位置，测试同温度黑体的远红外辐射光谱。利用式4，得到样品在该温度下的低温远红外光谱发射率。
在上述几个方面中详细描述了本发明的几个关键发明点：1.傅里叶变换红外光谱仪与氦气闭循环制冷机间的连接装置中的带有密封圈的双面法兰和波纹管，能保证整个装置具有良好的真空密封性，排除水汽等对辐射信号的干扰。2.采用步进装置调节样品台的高度切换待测样品和黑体，相比于通过旋钮手动调节样品台高度具有操作简单的优点。3.采用氦气闭循环制冷机制冷和通过低温温度控制仪控制直流可调加热电阻的加热功率相结合，可快速、准确实现对样品控温。4.双调制技术(即傅里叶变换红外光谱仪的干涉调制和斩波器的机械调制相结合)和高灵敏度的辐射热测量计，有利于对微弱低温热辐射信号的检测，获得背景辐射影响小，高信噪比的样品低温远红外辐射光谱。
作为应用实例，本发明运用本装置测得温度为50K F46镀银二次表面镜和镀金聚酰亚胺薄膜远红外光谱发射率。从图3中看出50K时F46镀银二次表面镜和镀金聚酰亚胺薄膜远红外光谱发射率随着波长的增加整体呈降低的趋势。在25～100μm的远红外波长范围内，F46镀银二次表面镜的光谱发射率在0.55～0.75的范围内变化，镀金聚酰亚胺薄膜的光谱发射率在0.03～0.1的范围内变化。证明整个装置能顺利测量得到低温下不同材料的光谱发射率，为研究材料的低温辐射性能提供了数据。
在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。
Claims (5)
1.一种适用50~150K低温材料光谱发射率测量的装置，包括：
傅里叶变换红外光谱测量系统（1）、机械调制解调装置（2）、辐射收集系统（3）、真空低温信号辐射系统（4），其特征在于：
所述的傅里叶变换红外光谱测量系统（1），包括傅里叶变换红外光谱仪（1-1）、计算机（1-2）和连接装置（1-3）；傅里叶变换红外光谱仪（1-1）包括对低温辐射信号进行干涉调制的干涉仪（111）、对远红外波段具有高灵敏度的液氦制冷辐射热测量计（112）、用于采集数据的电路控制板（113）；连接装置（1-3）由金刚石窗片、双面法兰及波纹管组成，用于连接傅里叶变换红外光谱仪（1-1）与氦气闭循环制冷机（4-1）以保证装置具有良好的密封性；电路控制板（113）与计算机（1-2）相连，通过计算机（1-2）的傅里叶逆变换对干涉调制进行解调，获得低温光谱；
所述的机械调制解调系统（2），包括用以机械调制的斩波器（2-1）及用以解调制的锁相放大器（2-2）；斩波器（2-1）的参考信号输出端与锁相放大器（2-2）的参考信号输入端相连；锁相放大器（2-2）的信号输入端与辐射热测量计（112）的信号输出端相连，其输出端与电路控制板（113）的输入端相连；
所述的辐射收集系统（3），包括用于收集低温辐射信号的抛物面金镜（3-1）和用于改变低温辐射信号传播方向的平面金镜（3-2）；
所述的真空低温信号辐射系统（4），包括氦气闭循环制冷机（4-1）、样品台（4-2）；样品台（4-2）包括样品（421）、黑体（422）、和由低温温度控制仪控制加热功率的直流可调加热电阻（423）,用于调整样品台（4-2）高度的步进装置（424）；
傅里叶变换红外光谱仪系统（1）的连接装置（1-3）确保整个光路的密封及真空度；斩波器（2-1）置于辐射收集系统（3）中平面金镜（3-1）和傅里叶变换红外光谱仪（1-1）之间的光路上，对辐射信号进行机械调制，同时为锁相放大器（2-2）提供参考信号；样品（421）的低温辐射信号由抛物面金镜（3-1）收集并转化为平行信号，再经平面金镜（3-2）改变传播方向，穿过斩波器（2-1）完成机械调制后，到达傅里叶变换红外光谱仪（1-1），由干涉仪（111）进行干涉调制并由辐射热测量计探测；锁相放大器（2-2）利用斩波器（2-1）提供的参考信号对辐射热测量计（112）接收的信号进行相敏检测，提取出低温辐射信号，再由计算机通过傅里叶逆变换得到样品低温辐射谱。
2.根据权利要求1所述的适用50~150K低温材料光谱发射率测量的装置，其特征在于，所述样品为在远红外波段不透光的块体材料。
3.根据权利要求1所述的适用50~150K低温材料光谱发射率测量的装置，其特征在于，所述黑体为圆柱或圆锥型腔式黑体。
4.根据权利要求1所述的适用50~150K低温材料光谱发射率测量的装置，其特征在于，所述氦气闭循环制冷机和直流可调加热电阻将样品温度控制在5~300 K。
5.一种采用根据权利要求1-4中任意一项所述装置测量材料低温光谱发射率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将样品固定在样品台上，利用步进装置调节样品台高度使样品处于测试位置；
S2、调节抛物面金镜和平面金镜的位置，使到达辐射热测量计上的辐射信号达到最大；
S3、傅里叶变换红外光谱仪与氦气闭循环制冷机为两个独立的真空系统，利用两套由干泵和分子泵组成的真空系统分别对光谱仪和和制冷机进行抽真空；
S4、启动氦气闭循环制冷机对样品台进行降温，通过低温温度控制仪设置样品台的目标温度，对样品台温度进行调控；
S5、设置锁相放大器和傅里叶变换光谱仪参数，对样品的低温辐射信号进行测量，得到样品低温远红外辐射光谱；
S6、利用步进装置调整样品台的高度，使黑体处于测试位置，对黑体的辐射信号进行测量，得到同温度下黑体低温远红外辐射光谱；
S7、利用样品低温辐射光谱和同温度下黑体的辐射光谱，进行计算得到样品在该温度下的远红外波段低温光谱发射率。
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