TWI393868B - 紅外線輻射率的量測裝置及其方法 - Google Patents

Description

紅外線輻射率的量測裝置及其方法

本發明是有關於一種紅外線輻射率的量測方法及裝置，且特別是有關於一種在樣品的量測表面進行控溫的紅外線輻射率的量測方法及裝置。

物體因溫度而散發紅外線範圍的黑體輻射是非常普遍存在的電磁波，雖然裸眼不可見卻往往主宰了人類的生活感受，因為人體皮膚對紅外線有很高的吸收效率，很容易就會產生溫暖的感覺；此外在能量傳遞上也非常關鍵，深深影響能源、氣候、電器穩定度等。故定義物體輻射能力，即輻射率為一項有意義的工作。

傳統紅外線輻射率之量測方式通常藉助於樣品輻射訊號間的相互比較。一般輻射率量測採黑體與樣品比較法，也就是說將樣品跟黑體控制在相同溫度，分別量測樣品跟黑體之輻射訊號後，再將兩者相除即為輻射率，即(樣品輻射訊號/黑體輻射訊號)。第1圖為傳統紅外線輻射率測量裝置。請參照第1圖，在量測紅外線輻射訊號之前，先將黑體B和樣品S放置於承載平台10上，承載平台10可以對黑體B及樣品S的底部加溫，讓兩者處於相同的溫度。之後，將聚光器移至黑體B上方接收黑體B頂面發出的紅外線輻射訊號並20傳至偵測儀40分析，測得黑體B頂面的輻射訊號I_blackbody 。接著，轉動承載平台10將聚光 器20移至樣品S上方，測得樣品S頂面的輻射訊號I_sample 。最後，將兩者相除得出樣品輻射率(Emissivity)E。

然而，輻射訊號值跟物體溫度有非常大的相關性(輻射能量密度正比於溫度的四次方)。輻射一般來自樣品表面，如果樣品太厚或是導熱效果很差，則樣品底面溫度控制得再好也無法代表樣品頂面的實際溫度。儘管對樣品底部做了溫度控制，但是仍然無法精確控制樣品頂面(偵測表面)溫度，因此量測出來的紅外線輻射訊號誤差將會很大或甚至導致量測本身沒有意義。

此外，為了避免環境輻射造成的誤差，整個量測過程必須在特殊的環境下進行。環境輻射充斥在光學路徑、儀器及樣品四周，可以直接進入偵測儀40或經由樣品表面反射後被聚光器20接收，將會被誤以為是樣品輻射，造成誤差。特別是量測過程中溫度的設定不高(低於攝氏100度)的情況下，由於樣品輻射訊號跟背景值(環境輻射訊號)的對比不高，環境輻射將造成很大的誤差。傳統作法是在隔離室30裡進行測量實驗，隔離室30內所有物件都塗佈上相同輻射率的表面，且恆溫控制，使得每次測量時環境輻射訊號都是固定數值，藉此消弭環境輻射可能造成的誤差。然而，環境控制的成本過於高昂，除了打造隔離室所費不貲之外，繁複的環境控制步驟也會導致測量過程過於複雜。

本發明係有關於一種紅外線輻射率的量測方法及其裝置，量測裝置包括具有控溫表面以及量測窗的第二組件，在樣品的量測表面進行控溫，可以測得較為正確的紅外線輻射訊號，再搭配量測方法，利用以物理機制為出發點的數學處理模型，有效去除量測窗的輻射訊號，還原樣品正確量測值。

根據本發明之目的，提出一種紅外線輻射率的量測裝置，包括第一組件、第二組件、偵測單元以及處理單元。第一組件具有第一控溫表面用以承載一樣品。第二組件具有第二控溫表面，第二控溫表面係選擇性地覆蓋於樣品之待測表面，其中第二組件具有貫孔，鄰近第二控溫表面的貫孔係填入量測窗，量測窗係由紅外線可穿透的材料所組成。偵測單元用以偵測由樣品之待測表面發出之輻射訊號。處理單元，用以接收輻射訊號，並據以計算樣品之輻射率。

根據本發明之目的，更提出一種紅外線輻射率的量測方法，包括：(a)將黑體放置於第一溫度之第一控溫表面，測量紅外線輻射訊號；(b)將黑體置於第二溫度之第一控溫表面，測量紅外線輻射訊號；(c)將白體放置於第一控溫表面，測量紅外線輻射訊號；(d)將黑體放置於第一控溫表面，並覆蓋第二控溫表面與量測窗於黑體上，第一控溫表面與第二控溫表面皆控制於第三溫度，測量紅外線輻射訊 號；(e)將白體放置於第一控溫表面，並覆蓋第二控溫表面與量測窗於白體上，第一控溫表面與第二控溫表面皆控制於第三溫度，測量紅外線輻射訊號；(f)將樣品放置於第一控溫表面，並覆蓋第二控溫表面與量測窗於樣品上，第一控溫表面與第二控溫表面皆控制於第三溫度，測量紅外線輻射訊號；以及(g)根據數個輻射訊號，計算出樣品之紅外線輻射率。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本發明的主要目的係提出一種紅外線輻射率的量測裝置及其方法，量測裝置包括具有控溫表面以及量測窗的第二組件，在樣品的量測表面進行控溫，可以測得較為正確的紅外線輻射訊號，再搭配量測方法，利用以物理機制為出發點的數學處理模型，有效去除量測窗的輻射訊號，還原樣品正確量測值。

第2圖繪示依照本發明一較佳實施例的一種紅外線輻射率量測裝置的方塊圖。本實施例之紅外線輻射率的量測裝置包括第一組件110、第二組件120、第三組件130、控溫單元140、接收單元150、偵測單元160以及處理單元170。第一組件110用以承載樣品100，第二組件120可以選擇性覆蓋於樣品100之待測表面(如第3圖102)，控溫單元140係電性連接於第一組件110以及第二組件 120，控溫單元140例如是比例微分積分控制器(Proportional-Integral-Derivative,PID)。接收單元150用以接收樣品100之待測表面102發出的紅外線輻射，並傳送至偵測單元160。偵測單元160用以偵測由樣品之待測表面102發出之輻射訊號，偵測單元160例如是傅立葉轉換紅外光光譜儀(Fourier Transform Infrared Spectrometer)。處理單元170接收輻射訊號，並據以計算樣品100之輻射率。

第3圖繪示第2圖之第一組件、第二組件以及第三組件的立體分解圖以及剖面圖。第一組件110具有第一控溫表面112，用以承載樣品100。詳細的說，第一組件110包括銅或其他導熱良好之金屬材料，第一組件110包括加熱件114、冷卻件115、溫度感測元件116以及絕熱層118。加熱件114例如是加熱棒，冷卻件115例如是循環水路，兩者皆內嵌於第一組件110內。加熱件114運作時，同時通入冷水於循環水路115中用以減緩加熱作用，可以保護加熱件114過熱毀損，並穩定第一組件110溫度。溫度感測元件116鄰近於第一控溫表面112，感測第一控溫表面112之溫度並傳送至控溫單元140，控溫單元140根據測得溫度回饋控制加熱件114。絕熱層118設置於遠離第一控溫表面112的表面，用以阻斷熱量散失延緩溫度消散速度。因此，第一組件110之第一控溫表面112的溫度可以精確地調整並穩定地維持在特定溫度內。

值得注意的是，與樣品100接觸的第一組件110與第 二組件120都具有控溫功能。第二組件120的主體也包括類似相同元件，例如是包括加熱件114、冷卻件115、溫度感測元件116以及絕熱層118，同樣地，第二組件120之第二控溫表面122的溫度可以精確地調整並穩定地維持在特定溫度內。

此外，第二組件120具有貫孔124，鄰近第二控溫表面122的貫孔124係填入量測窗(window)126，量測窗126係由紅外線可穿透的材料所組成，量測窗126的材料例如是包括硒化鋅，量測窗126的寬度大約為2.5公分，量測窗126可以提供紅外線輻射通道又可以避免熱量散失。量測裝置較佳地包括第三組件130，係固接於第二組件120並遠離第二控溫表面122，第三組件130也具有貫孔132與第二組件120之貫孔124連通，第三組件130之貫孔132內徑係大於或等於第二組件120之貫孔124內徑。第三組件130具有絕熱層118設置於第二組件120與第三組件130之間。第三組件130可以增加第二組件120的重量，用以將樣品100壓實於第一組件110與第二組件120之間，促進第一組件110、第二組件120與樣品之間的熱量交換。

當第二組件120與第三組件覆蓋於樣品100之待測表面102時，樣品100之待測表面102發出的紅外線輻射可穿透量測窗126、第二組件之貫孔124以及第三組件之貫孔132到達外界環境或接收單元150。整體來說，樣品100的待測表面102同時與第二控溫表面122與以及量測窗 126接觸，不論樣品100的導熱性為何，樣品100的待測表面102可以被控制在正確的溫度下，且可以將紅外線輻射至接收單元150進行量測，經此量測的紅外線輻射訊號測定值才不會有誤差產生。

儘管量測窗126的材料可以讓樣品的紅外線輻射通過，但是沒有任何材料對紅外線是絕對透明的，量測窗126無可避免地會有本身產生的輻射、穿透率以及環境輻射造成的反射等等干擾量測結果。因此，本發明也提出以物理機制為出發點的數學處理模型，可以有效去除量測窗的輻射訊號，還原正確量測值。本實施例之紅外線輻射率的量測裝置較佳地搭配下述量測方法以及訊號處理過程，用以扣除量測窗126造成的誤差，獲得樣品本身的輻射訊號。

除了量測窗造成的測量誤差之外，在紅外線輻射訊號的量測過程中還存在許多因素造成量測失誤，包括光路上存在的環境輻射、環境輻射在樣品表面所造成的反射、光譜儀在不同波長點的靈敏度不同等等。本發明更提出一種紅外線輻射率的量測方法，透過物理分析建立訊號處理程序來排除上述誤差。

第4圖繪示依照本發明一較佳實施例的一種紅外線輻射率量測方法的流程圖。本較佳實施例提出一種紅外線輻射率量測方法包括下列步驟，如步驟S400所示，將黑體放置於第一溫度之第一控溫表面，測量紅外線輻射訊號。如步驟S402所示，將黑體置於第二溫度之第一控溫表面，測量紅外線輻射訊號。如步驟S404所示，將白體放置於 第一控溫表面，測量紅外線輻射訊號。如步驟S406所示，將黑體放置於第一控溫表面，並覆蓋第二控溫表面與量測窗於黑體上，第一控溫表面與第二控溫表面皆控制於第三溫度，測量紅外線輻射訊號。如步驟S408所示，將白體放置於第一控溫表面，並覆蓋第二控溫表面與量測窗於白體上，第一控溫表面與第二控溫表面皆控制於第三溫度，測量紅外線輻射訊號。如步驟S410所示，將樣品放置於第一控溫表面，並覆蓋第二控溫表面與量測窗於樣品上，第一控溫表面與第二控溫表面皆控制於第三溫度，測量樣品之紅外線輻射訊號。如步驟S412所示，根據數個輻射訊號，計算出樣品之紅外線輻射率。

在實際操作時測定紅外線輻射訊號的步驟(即步驟S400-S410)之間沒有順序關係，待測得上述測量訊號之後才能計算樣品輻射率(即步驟S412)，本文係依照數學運算的邏輯的順序介紹量測步驟，但並不代表本實施例之量測方法的實際操作順序。

此外，由偵測單元160測得的紅外線輻射訊號S(σ)僅為儀器顯示數值，必須經過訊號處理程序才能轉換實際物理量，其轉換公式以方程式(1)表示。其中S(σ)為偵測單元顯示數值，R(σ)為偵測單元的感應係數，用以將顯示數值S(σ)轉換成能量數值。

S(σ )=R(σ )(L(σ )+G(σ ))......................................(1)

其中，S(σ)：紅外線輻射訊號(偵測單元顯示數值)；R(σ)：偵測單元的感應係數； L(σ)：樣品輻射；G(σ)：環境輻射。

此外，由偵測單元測得的紅外線輻射訊號S(σ)並不只有樣品自發輻射，紅外線輻射訊號S(σ)包括樣品輻射L(σ)以及環境輻射G(σ)，樣品輻射包括樣品自發輻射以及環境輻射在樣品上反射的輻射訊號。輻射訊號S(σ)必須需要經過分析運算才可得到樣品自發輻射，再據此計算輻射率。

以下係依照物理分析的邏輯順序介紹量測步驟，並配合圖示及物理推導過程做詳細介紹。第5A至5F圖繪示依照本發明一較佳實施例的一種紅外線輻射率量測方法的流程示意圖。首先，如第5A圖及步驟S400所示，將黑體B放置於第一控溫表面112，第一控溫表面112的溫度為第一溫度T1，測得紅外線輻射訊號S_T1 (即偵測單元160顯示讀值)。接著，如第5B圖及步驟S402所示，將黑體B放置於第一控溫表面112，第一控溫表面112的溫度為第一溫度T2，測得紅外線輻射訊號S_T2 (即偵測單元160顯示讀值)。

黑體(Black body)指得是在任何溫度下可以100%吸收任何頻率的輻射，也會放出100%的輻射的物體。根據前述說法，樣品輻射包括樣品自發輻射以及環境輻射在樣品上反射的輻射。由於環境輻射會100%被黑體吸收，因此來自黑體的輻射L(σ,T)就等於黑體自發的輻射量，黑體自發的輻射量可以根據普朗克黑體輻射公式得到：

其中，L(σ,T)：輻射量(W/cm² s cm^-1 )；C₁ =1.19106E-12(W cm² /s)

C₂ =1.43878(K cm)

σ：頻率

T：絕對溫度

在步驟S400與S402之後分別得到運算式(2)與(3)：S_T1 (σ )=R(σ )(L(σ ,T_T1 )+G(σ ))......................................(2)

S_T2 (σ )=R(σ )(L(σ ,T_T2 )+G(σ ))......................................(3)

其中S_T1 (σ)與S_T2 (σ)為紅外線輻射訊號，可以由偵測單元偵測結果得到，L(σ,T1)與L(σ,T2)可以代入普朗克黑體輻射公式得到。由運算式(2)與(3)可以解出R(σ)與G(σ)：

將求得R(σ)與G(σ)，代回方程式(1)，經整理後可以達到下列公式(4)：

公式(4)可以將儀器測量到的輻射訊號數值轉換為實際的物理量(也就是來自樣品紅外線輻射量)。也就是說， 一旦測得輻射訊號S(σ)，代入公式(4)，就可以得到來自樣品的輻射訊號L(σ)。承上所述，樣品輻射L(σ)包括樣品自發輻射以及環境輻射在樣品上反射的輻射；樣品自發輻射訊號為相同溫度下黑體輻射訊號乘以樣品輻射率；根據物理定律任何物體的輻射率、反射率及穿透率的總合為1，將穿透率忽略不計後，樣品輻射可以數學式(5)表示如下：L(σ)=ε(σ)．L(σ ,T=T_sample )+(1-ε (σ )).L(σ ,T=T_amb )..(5)

L(σ)：樣品輻射

ε(σ)：樣品輻射率

L(σ,T=T_sample )：普朗克公式在樣品溫度時的輻射值

L(σ,T=T_amb )：普朗克公式在環境溫度時的輻射值

請參照第5C圖以及步驟S404，將白體W放置於第一控溫表面112，測量紅外線輻射訊號S_white (σ)。將測得的紅外線輻射訊號S_white (σ)，代入公式(4)得到輻射量L_white (σ)。白體(White body)指得是在任何溫度下可以100%反射任何頻率的輻射，但是不會放出任何輻射的物體，例如是鍍金的鏡面。根據前述說法，樣品輻射包括樣品自發輻射以及環境輻射在樣品上反射的輻射。由於白體缺乏自發輻射，但是環境輻射會100%被白體反射，因此來自白體的輻射L_white (σ)就等於環境輻射量L(σ,T=T_amb )，因此式(5)可以改寫為式(6)：L(σ)=ε(σ)．L(σ ,T=T_sample )+(1-ε (σ ))．L_white (σ )...(6)

L(σ)：樣品輻射

ε(σ)：樣品輻射率

L(σ,T=T_sample )：普朗克公式在樣品溫度時的輻射值

L_white (σ)：來自白體的方向的輻射值

值得注意的是，執行完步驟S400-S404，只要取得任何待測物的紅外線輻射訊號測定值S(σ)，就可以利用公式(4)轉換為輻射量L(σ)，再利用式(6)計算待測物輻射率ε(σ)。以下步驟S406-410分別以黑體B覆蓋量測窗126、白體W覆蓋量測窗126以及樣品S覆蓋量測窗126三者作為複合樣品X1、X2與X3，並於第三溫度T3下測量其紅外線輻射訊號。第三溫度T3較佳地是介於第一溫度T1與第二溫度T2之間，舉例來說，第一溫度T1可以是70℃，第二溫度T2可以是50℃，第三溫度T3可以是60℃。

如第5D圖及步驟S406所示，將黑體B放置於第一控溫表面112，並覆蓋第二控溫表面122與量測窗(window)126於黑體B上，第一控溫表面112與第二控溫表面122皆控制於第三溫度T3，測量紅外線輻射訊號。步驟S406將量測窗(window)126與黑體B(blackbody)視為一個複合樣品X1，由複合樣品X1測得的紅外線輻射訊號為S_X1 (σ,T=T3)，將其代入公式(4)以及公式(6)可以求得複合樣品X1的紅外線輻射率ε_X1 (σ,T=T3)。

同時，分析複合樣品X1整體的輻射率ε_X1 (σ,T=T3)與量測窗126的輻射率、反射率與穿透率的關係。令量測窗(window)126的穿透率為T_window ，反射率為R_window ，則輻射率為ε_window =(1-R_window -T_window )。將量測窗126與黑體B視為一個複合樣品X1，當光線I₀ 進入量測窗126及黑 體B時，量測窗126表面會反射光線I₀ R_window ，但穿透量測窗126的光線I₀ T_window 會完全被黑體B吸收。也就是說，當光線I₀ 進入複合樣品X1之後，複合樣品X1反射出輻射訊號S_X1 (σ)強度為I₀ R_window ，與入射光強度I₀ 相比可求得複合樣品的反射率R_X2 (σ)。根據物理定律，任何物體的穿透率、反射率與輻射率的總合為1，若將穿透率忽略不計，則可推導出複合樣品的輻射率ε_X1 (σ)，如式(7)所示。

S_X1 (σ)=I₀ R_window R_X1 (σ)=I₀ R_window /I₀ =R_window R_X1 (σ)+T_x1 (σ)+ε_X1 (σ)=1,if T_X2 (σ)=0 ε_X1 (σ)=1-R_window .................................................(7)

根據前述複合樣品X1紅外線輻射訊號為S_X1 (σ,T=T3)代入公式(4)以及公式(6)已得知複合樣品X1的紅外線輻射率ε_X1 (σ,T=T3)，代回式(7)，可解岀量測窗126的反射率R_window 。

如第5E圖及步驟3408所示，將白體(whitebody,W)放置於第一控溫表面112，並覆蓋第二控溫表面122與量測窗126於白體W上，第一控溫表面112與第二控溫表面122皆控制於第三溫度T3，測量紅外線輻射訊號。步驟S406將量測窗(window)126與白體W(whitebody)視為一個複合樣品X2，由複合樣品X2測得的紅外線輻射訊號為S_X2 (σ,T=T3)，將其代入公式(4)以及公式(6)可以求得複合樣品X2的紅外線輻射率ε_X2 (σ,T=T3)。

同時，分析複合樣品X2整體的輻射率ε_X2 (σ,T=T3) 與量測窗的輻射率、反射率與穿透率的關係。請參照第5E圖，將量測窗126與白體W視為一個複合樣品X2，當光線I₀ 進入量測窗126及白體W時，量測窗126表面會反射出光線I₀ R_window 。此外，穿透量測窗126的光線I₀ T_window 會完全被白體W反射，再穿透量測窗126，此時經過兩次穿透與一次反射的光線強度為I₀ T² _window 。也就是說，當光線I₀ 進入複合樣品X2之後，反射出輻射訊號S_X2 (σ)強度為(I₀ R_window +I₀ T² _window )，與入射光強度I₀ 相比可求得複合樣品的反射率R_X2 (σ)。若忽略穿透率，則可推導出複合樣品的輻射率ε_X2 (σ)=1-R_window -T² _window ，如式(8)所示。

S_X2 (σ)=(I₀ R_window +I₀ T² _window ) R_X2 (σ)=(I₀ R_window +I₀ T² _window )/I₀ =R_window +T² _window R_X2 (σ)+T_x2 (σ)+ε_X2 (σ)=1,if T_X2 (σ)=0 ε_X2 (σ)=1-R_window -T² _window ..................................(8)

已知複合樣品的紅外線輻射率ε_X2 (σ,T=T3)以及量測窗反射率R_window (步驟S406已解出)，可解岀量測窗126的穿透率T_window 。

如第5F圖及步驟S410所示，將樣品S(Sample)放置於第一控溫表面112，並覆蓋第二控溫表面122與量測窗126於樣品100上，第一控溫表面112與第二控溫表面122皆控制於第三溫度T3，測量紅外線輻射訊號。步驟S410將量測窗(window)126與樣品S視為一個複合樣品X3，由複合樣品X3測得的紅外線輻射訊號為S_X3 (σ,T=T3)，將其代入公式(4)以及公式(6)可以求得複合樣品 X3的紅外線輻射率ε_X3 (σ,T=T3)。

同時，分析複合樣品X3的輻射率ε_X3 (σ,T=T3)與量測窗的輻射率、反射率與穿透率的關係。令樣品S的輻射率為ε_sample ，穿透率忽略不計，則反射率為R_sample =(1-ε_sample )。將量測窗126與樣品S視為一個複合樣品X3，當光線I₀ 進入量測窗126及樣品S時，量測窗126表面會反射出光線I₀ R_window 。此外，穿透量測窗126的光線I₀ T_window 會被樣品S部分反射，再第二次穿透量測窗126，此時經過兩次穿透與一次反射的光線強度為I₀ T² _window (1-ε_sample )。也就是說，當光線I₀ 進入複合樣品X3之後，複合樣品X3反射出輻射訊號為[I₀ R_window +I₀ T² _window (1-ε_sample )]，與入射光強度I₀ 相比可求得複合樣品的反射率R_X3 (σ)。若忽略穿透率，則可推導出複合樣品X3的輻射率ε_X3 (σ)，如式(10)所示。

S_X3 (σ)=I₀ R_window +I₀ T² _window (1-ε_sample ) R_X3 (σ)=[I₀ R_window +I₀ T² _window (1-ε_sample )]/I₀ =R_window +T² _window (1-ε_sample ) R_X3 (σ)+T_X3 (σ)+ε_X3 (σ)=1,if T_X3 (σ)=0 ε_X3 (σ)=1-R_window -T² _window (1-ε_sample ).........................(10)

已知複合樣品X3的紅外線輻射率ε_X3 (σ,T=T3)、量測窗反射率R_window (步驟S406已解出)以及T² _window (步驟S408已解出)，可解岀扣除量測窗126之後，樣品S真正的輻射率ε_sample 。

最後，如步驟S412所示，根據步驟S400-410測得的各個輻射訊號，依照上述方法即可計算出樣品S之紅外線輻射率ε_sample 。

本發明上述實施例所揭露之紅外線輻射率的量測方法及其裝置，至少具有下述優點：

(1)精確控溫以有效量測：由於輻射量跟物體溫度有非常大的相關性，本較佳實施例之紅外線輻射率量測方法係建立在正確的溫度狀態上，樣品的控溫表面即為輻射表面，可以確實掌握樣品溫度，因此量測出來的紅外線輻射訊號強度也才是有效而正確的。

(2)擴大應用範圍：由於本較佳實施例之樣品的控溫表面即為輻射表面，即使是導熱性不佳的物品例如是膨鬆物、紡織物等，也可以確實掌握樣品溫度，有效地量測出正確的紅外線輻射訊號。

(3)以物理機制為出發點的數學處理模型，可以有效去除各種造成誤差的的輻射訊號，還原正確量測值。本較佳實施例之紅外線輻射率量測方法係透過物理分析建立訊號處理程序，用以來排除光路上存在的環境輻射、環境輻射在樣品表面所造成的反射、光譜儀在不同波長點的靈敏度不同、量測窗等所造成的誤差。

(4)省去複雜的環境控制：本較佳實施例利用白體直接量測出環境輻射，因此，本實施例之紅外線輻射率的量測裝置不需要複雜的環境控制，可以節省金錢與時間上的成本。

綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧承載平台

20‧‧‧聚光器

30‧‧‧隔離室

40‧‧‧偵測儀

100‧‧‧樣品

102‧‧‧樣品的待測表面

110‧‧‧第一組件

112‧‧‧第一控溫表面

114‧‧‧加熱件

115‧‧‧冷卻件

116‧‧‧溫度感測元件

118‧‧‧絕熱層

120‧‧‧第二組件

122‧‧‧第二控溫表面

124‧‧‧第二組件之貫孔

126‧‧‧量測窗

130‧‧‧第三組件

132‧‧‧第三組件之貫孔

140‧‧‧控溫單元

150‧‧‧接收單元

160‧‧‧偵測單元

170‧‧‧處理單元

S400、S402、404、406、408、S410、S412‧‧‧步驟

第1圖為傳統紅外線輻射訊號測量裝置。

第2圖繪示依照本發明一較佳實施例的一種紅外線輻射率量測裝置的方塊圖。

第3圖繪示第2圖之第一組件、第二組件以及第三組件的立體分解圖以及剖面圖。

第4圖繪示依照本發明一較佳實施例的一種紅外線輻射率量測方法的流程圖。

第5A至5F圖繪示依照本發明一較佳實施例的一種紅外線輻射率量測方法的流程示意圖。

100‧‧‧樣品

110‧‧‧第一組件

120‧‧‧第二組件

126‧‧‧量測窗

130‧‧‧第三組件

140‧‧‧控溫單元

150‧‧‧接收單元

160‧‧‧偵測單元

170‧‧‧處理單元

Claims (15)

1. 一種紅外線輻射率的量測裝置，包括：一第一組件，具有一第一控溫表面用以承載一樣品；一第二組件，具有一第二控溫表面，該第二控溫表面係選擇性地覆蓋於該樣品之一待測表面，其中該第二組件具有一貫孔，鄰近該第二控溫表面的貫孔係填入一量測窗，該量測窗係由紅外線可穿透的材料所組成，其中該第一組件或該第二組件其中一者包括：一加熱件與一冷卻件；以及一溫度感測元件，鄰近於該第一控溫表面或該第二控溫表面；以及一控溫單元，電性連接於該第一組件以及該第二組件；一偵測單元，用以偵測由該樣品之該待測表面發出之輻射訊號；以及一處理單元，用以接收該輻射訊號，並據以計算該樣品之輻射率，其中該溫度感測元件感測該第一控溫表面或該第二控溫表面之溫度並傳送至該控溫單元，該控溫單元係根據感測溫度控制該加熱件以及該冷卻件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該控溫單元係一比例微分積分控制器(Proportional-Integral-Derivative,PID)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該加熱 件係一加熱棒，該冷卻件係一循環水路，皆內嵌於該第一組件內。
4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該第一組件包括銅或其他導熱良好之金屬材料。
5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該第一組件包括：一絕熱層，設置於遠離該第一控溫表面的一表面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該第二組件係由銅或銅合金所組成。
7. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中更包括：一第三組件，係固接於該第二組件並遠離該第二控溫表面，該第三組件也具有一貫孔與該第二組件之貫孔連通；一絕熱層，設置於該第二組件與該第三組件之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該第三組件之貫孔內徑係大於或等於該第二組件之貫孔內徑。
9. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該量測窗的材料包括鋅硒化合物。
10. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該偵測單元係一傅立葉轉換紅外光光譜儀(Fourier Transform Infrared Spectrometer)。
11. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中更包括：一接收單元，用以接收該樣品之該待測表面發出的紅外線輻射，並傳送至該偵測單元。
12. 一種紅外線輻射率的量測方法，包括： 將一黑體放置於一第一溫度之一第一控溫表面，測量紅外線輻射訊號；將黑體置於一第二溫度之該第一控溫表面，測量紅外線輻射訊號；將一白體放置於該第一控溫表面，測量紅外線輻射訊號；將該黑體放置於該第一控溫表面，並覆蓋一第二控溫表面與一量測窗於該黑體上，該第一控溫表面與該第二控溫表面皆控制於一第三溫度，測量紅外線輻射訊號；將該白體放置於該第一控溫表面，並覆蓋該第二控溫表面與該量測窗於該白體上，該第一控溫表面與該第二控溫表面皆控制於該第三溫度，測量紅外線輻射訊號；將一樣品放置於該第一控溫表面，並覆蓋該第二控溫表面與該量測窗於該樣品上，該第一控溫表面與該第二控溫表面皆控制於該第三溫度，測量紅外線輻射訊號；以及根據該些輻射訊號，計算出該樣品之紅外線輻射率。
13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該第三溫度係介於該第一溫度與該第二溫度之間。
14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該樣品係為一導熱性低的物品。
15. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該量測窗的材料包括鋅硒化合物。