CN219223942U - 一种基于双黑体交替辐射的面红外发射率测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于双黑体交替辐射的面红外发射率测量装置，主要包括第一腔黑体、第二腔黑体、斩波器、壳体、冷却管路、冷却器、红外热像仪、红外光谱辐射计、处理器。壳体用于安装第一腔黑体、第二腔黑体、斩波器，斩波器用于间断遮挡辐射腔口向被测构件的辐射，实现第一腔黑体、第二腔黑体对被测构件的交替辐射。叶片内设置冷却通路，用于叶片的冷却。本实用新型利用斩波器的叶片旋转，实现黑体温度的快速切换；采用两个恒温腔黑体，节省了升温所需时间，提高了发射率测量效率，实现非接触式大面积测量，一次测量流程即能得到待测航空器涂层区域的面红外发射率，直观识别涂层损伤情况。

Description

一种基于双黑体交替辐射的面红外发射率测量装置

技术领域

本实用新型属于红外发射率检测技术领域，具体涉及一种基于双黑体交替辐射的面红外发射率测量装置。

背景技术

红外低发射率涂层，又称红外隐身涂层，一般涂覆于高温物体表面进而减少物体红外辐射能量实现红外隐身，在使用的过程中容易出现老化、划痕、磨损、脱落等损伤。红外发射率是衡量红外低发射率涂层性能的重要性能参数，涂层的损伤导致其红外发射率发生变化，严重影响其红外隐身性能。通过测量涂层的红外发射率可以检测涂层损伤部位并知悉涂层损伤程度，对指导涂层的修复与更换工作有很重要的意义。

目前，针对红外低发射率涂层红外发射率的测量方法，以非接触式测量方法为主，具体测量方法主要有双波段法和环境辐射法。

公开号为CN103063312A的中国发明专利，公开了一种测量物体发射率的测量系统及方法，该专利使用原理是通过综合物体表面在两种环境下的红外辐射能量信息进而求解得到物体表面红外发射率的，故称为环境辐射法。其测量装置是通过黑体辐射源模拟环境辐射，改变黑体温度进而使环境辐射发生改变，将物体表面在两种环境下的红外辐射能量表达式联立，消去物体表面未知温度的影响，进而求解得到物体表面红外发射率。该方法虽然能够实现非接触式测量，测量精确并且测量的面积较大，但是，由于该专利中的测量装置使用的黑体在测量物体发射率时需要不断按一定梯度升高至目标温度，而传统黑体升高至目标温度至少需要两到三分钟时间，并且一次升温循环只能完成一个目标样点的采样，如果用于外场实际航空器涂层发射率测量时按该方法要求采样至少要10个采样点，则仅对一个区域采样就需要30分钟，所以如果整个航空器都采用该发明装置采样将耗费大量时间，测量效率太低，不符合实际外场要求，且该专利的装置使用时是建立在测试环境温度不变的基础上进行发射率测量的，对设备和测量环境的要求高，不适用于外场实际应用。

实用新型内容

为了克服采样时间周期长发射率测量效率低，且对设备和测量环境要求高，不符合外场实际应用的不足，本实用新型提出了一种基于双黑体交替辐射的面红外发射率测量装置。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：

一种基于双黑体交替辐射的面红外发射率测量装置，主要包括第一腔黑体、第二腔黑体、斩波器、壳体、冷却管路、冷却器、红外热像仪、红外光谱辐射计、处理器。

被测构件位于测量装置的左侧，所述壳体为圆柱形中空结构，左端面、右端面均封闭，左端面设置有安装孔，用于安装所述第一腔黑体、所述第二腔黑体、所述斩波器。

所述第一腔黑体、所述第二腔黑体相对所述壳体中心线对称分布，通过壳体的安装孔与所述壳体固定连接，第一腔黑体辐射腔口、第二腔黑体辐射腔口与所述壳体的左端面平齐。所述第一腔黑体与所述第二腔黑体的温度不同。

所述斩波器安装在壳体中心线的安装孔上，用于间断遮挡辐射腔口向被测构件的辐射，实现所述第一腔黑体、所述第二腔黑体对被测构件的交替辐射。所述斩波器包括电机、连接轴、叶片。所述电机、所述连接轴、所述叶片依次相接，所述电机通过所述连接轴驱动所述叶片旋转。所述连接轴安装在壳体中心线的安装孔上，所述电机位于所述壳体内，与所述壳体固定连接，所述叶片位于所述壳体外，所述叶片为带缺口的圆环形，内设置冷却通路，所述冷却通路通过密封轴承与冷却管连通，用于所述叶片的冷却。

所述壳体、所述斩波器分别通过所述冷却管与所述冷却器相连接，所述冷却器用于所述壳体、所述斩波器、所述第一腔黑体、所述第二腔黑体的冷却，防止对待测构件造成额外的辐射影响。

所述红外热像仪、所述红外光谱辐射计分别与所述处理器连通，并传输信号。

上述的基于双黑体交替辐射的面红外发射率测量装置，所述叶片有缺口，所述缺口的侧边界线为阿基米德螺旋线，所述叶片缺口实现在叶片旋转时所述第一腔黑体、所述第二腔黑体辐射条件下的均匀曝光度的目的。

上述的基于双黑体交替辐射的面红外发射率测量装置，所述红外热像仪、所述红外光谱辐射计实时采集在所述第一腔黑体、所述第二腔黑体辐射条件下的待测构件的红外辐射温度和亮度值，并将其传至所述处理器。

本实用新型的有益效果是：

一种基于双黑体交替辐射的面红外发射率测量装置，通过利用斩波器的叶片旋转实现黑体温度的快速切换，且本装置采用两个恒温腔黑体，节省了升温所需时间，大大缩短样点的采样时间，提高发射率测量效率，且能够实现切合外场实际情况几乎不受外界环境辐射影响，非接触式大面积测量，一次测量流程即能更加便捷准确地得到双黑体交替辐射范围内待测航空器涂层区域的面红外发射率，便于识别涂层损伤以及测量损伤程度，直观地识别涂层损伤情况。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型装置示意图；

图2是斩波器正视图；

图3是斩波器左视图；

图4是斩波器右视图；

图5是斩波器的剖面图；

图6是斩波器叶片靠左端面的横截面图；

图7是斩波器叶片靠右端面的横截面图；

图8是壳体左视图；

图9是壳体的剖面图。

图中：1.第一腔黑体；2.第二腔黑体；3.斩波器；4.壳体；5.冷却管；6.冷却器；7.红外热像仪；8.红外光谱辐射计；9.处理器。

具体实施方式

实施例1

一种基于双黑体交替辐射的面红外发射率测量装置，主要由第一腔黑体1、第二腔黑体2、斩波器3、外壳4、冷却管5、冷却器6、红外热像仪7、红外光谱辐射计8、处理器9组成，如图1所示。

面红外发射率测量对象为航空器涂层，用于外场航空器涂层面红外发射率的测量。

壳体4左端面有三个内嵌的孔分别用于安装第一、二腔黑体1、2和斩波器3。壳体4左下表面和右上表面有通孔与冷却管5连接。第一、二腔黑体1、2从左端面安装入壳体4内部，并将第一、二腔黑体1、2辐射腔口露于左端面。斩波器3的连接轴安装于壳体4圆心处的孔内，斩波器3叶片右端面贴于壳体左端面安装。斩波器3叶片左端面有通孔与冷却管5相连接用于通冷却水，红外热像仪7、红外光谱辐射计8与处理器9相连。第一、二腔黑体1、2分别通过螺纹安装于壳体4左端面的据圆心相同距离的相同深度的孔中，确保第一、二腔黑体1、2腔口与壳体4左端面相平齐。斩波器3的连接轴的右端面通过键与由螺钉固接于壳体4的电机连接，通过电机驱动叶片紧贴第一、二腔黑体1、2的腔口旋转，使第一、二腔黑体1、2的腔口交替露出，实现两个腔黑体对待测航空器涂层区域的快速交替辐射。壳体4的左下表面和右下表面通孔通过密封轴承和冷却管5与冷却器6连接实现装置的快速冷却降温。红外热像仪7和红外光谱辐射计8与处理器9连接。

如图1所示。

第一部分为斩波器3由电机、连接轴和叶片构成。叶片的叶型为阿基米德螺旋线可以实现黑体辐射的曝光度更加均匀，且叶片内含有两层中空的冷却通路，一层靠叶片左端面，另一层靠叶片右端面，如图6、7所示。叶片左端面圆心处通孔通过密封轴承与冷却管相连用于接入冷却水，再通过中空的冷却通路与连接轴相通。连接轴中内含的中空冷却通路与叶片中通路相接，并通过连接轴的右端两个流向的通孔与中空的壳体相接，实现冷却水由叶片左端面注入，并由连接轴右端的双向孔注入壳体。连接轴的右端面有T字型的键槽与电机的转动轴键连接，使两者实现相对固接，在将电机固接于壳体4圆心处孔的右端内壁上，电机通过带动连接轴相对于壳体4旋转，实现叶片的可调速旋转，使第一、二腔黑体1、2更迅速且曝光率更均匀的交替辐射，如图5所示。

第二部分为两个内腔长度与内腔半径比为10，并可以设定不同辐射温度的第一、二腔黑体1、2组成，安装在壳体4内，并由冷却器6对其提供冷却水进行冷却。

第三部分为壳体4，是中空的圆柱体，其左下表面和右下表面的通孔分别与冷却管路5入口、出口相连，左端面分布在两侧的孔带有螺纹用于安装第一、二腔黑体1、2。位于壳体4左端面圆心处的孔用于安装斩波器4的连接轴，在安装孔与连接轴的双向孔相对应的位置开有一个半圆槽，如图9所示，使双向孔中的冷却水交替注入壳体4中，实验冷却水的快速流通，防止第一或第二腔黑体1或2的腔口在被斩波器4的叶片盖住时对目标造成额外的辐射影响，壳体4右端面通过螺纹与壳体连接，可以进行拆卸，用于壳体内部腔黑体和电机的安装。

第四部分为冷却管路5、冷却器6，通过供给快速流动的冷却水实现对第一圆柱式腔黑体1、第二圆柱式腔黑体2、斩波器3、壳体4的冷却，防止装置对待测航空器涂层区域造成额外的辐射影响。

第五部分由红外热像仪7、红外光谱辐射计8、处理器9组成。红外热像仪7和红外光谱辐射计8实时采集在第一、二腔黑体辐射条件下的待测航空器涂层区域红外辐射温度和亮度值，并将其传至数据处理器9，并分别求取出第一、二腔黑体辐射条件下的平均环境红外辐射亮度和第一、二腔黑体辐射条件下待测航空器涂层区域各像素点处的平均红外辐射亮度，并最终求取待测航空器涂层区域在波段的红外发射率，并输出相对应图像。

Claims (3)

1.一种基于双黑体交替辐射的面红外发射率测量装置，其特征在于，主要包括第一腔黑体(1)、第二腔黑体(2)、斩波器(3)、壳体(4)、冷却管(5)、冷却器(6)、红外热像仪(7)、红外光谱辐射计(8)、处理器(9)；

被测构件位于测量装置的左侧，所述壳体(4)为圆柱形中空结构，左端面、右端面均封闭，左端面设置有安装孔，用于安装所述第一腔黑体(1)、所述第二腔黑体(2)、所述斩波器(3)；

所述第一腔黑体(1)、所述第二腔黑体(2)相对所述壳体(4)中心线对称分布，通过壳体(4)的安装孔与所述壳体(4)固定连接，第一腔黑体(1)辐射腔口、第二腔黑体(2)辐射腔口与所述壳体(4)的左端面平齐；所述第一腔黑体(1)与所述第二腔黑体(2)的温度不同；

所述斩波器(3)安装在壳体(4)中心线的安装孔上，用于间断遮挡辐射腔口向被测构件的辐射，实现所述第一腔黑体(1)、所述第二腔黑体(2)对被测构件的交替辐射；所述斩波器(3)包括电机、连接轴、叶片；所述电机、所述连接轴、所述叶片依次相接，所述电机通过所述连接轴驱动所述叶片旋转；所述连接轴安装在壳体(4)中心线的安装孔上，所述电机位于所述壳体(4)内，与所述壳体(4)固定连接，所述叶片位于所述壳体(4)外，所述叶片为带缺口的圆环形，内设置冷却通路，所述冷却通路通过密封轴承与冷却管(5)连通，用于所述叶片的冷却；

所述壳体(4)、所述斩波器(3)分别通过所述冷却管(5)与所述冷却器(6)相连接，所述冷却器(6)用于所述壳体(4)、所述斩波器(3)、所述第一腔黑体(1)、所述第二腔黑体(2)的冷却，防止对待测构件造成额外的辐射影响；

所述红外热像仪(7)、所述红外光谱辐射计(8)分别与所述处理器(9)连通，

并传输信号。

2.根据权利要求1所述的基于双黑体交替辐射的面红外发射率测量装置，其特征在于，所述叶片有缺口，所述缺口的侧边界线为阿基米德螺旋线，所述叶片缺口实现在叶片旋转时所述第一腔黑体(1)、所述第二腔黑体(2)辐射条件下的均匀曝光度的目的。

3.根据权利要求1所述的基于双黑体交替辐射的面红外发射率测量装置，其特征在于，所述红外热像仪(7)、所述红外光谱辐射计(8)实时采集在所述第一腔黑体(1)、所述第二腔黑体(2)辐射条件下的待测构件的红外辐射温度和亮度值，并将其传至所述处理器(9)。

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