一種用于高反面紅外輻射測量的屏蔽方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及物體表面紅外輻射測量技術(shù)領域，尤其是涉及一種用于高反面紅外輻射測量的屏蔽方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外輻射測量時，周圍環(huán)境的紅外輻射是不可忽視的干擾源。非黑體的被測對象總有不同大小的反射能力，環(huán)境紅外輻射可經(jīng)被測對象反射后進入紅外輻射測量儀。紅外輻射測量儀接受的總輻射中，只有一部分來源于被測對象的自身輻射，環(huán)境輻射對高反面(紅外反射率較高的光滑物體表面)紅外輻射測量干擾尤其嚴重。被測對象的紅外反射率較高且溫度接近或低于周邊環(huán)境時，環(huán)境輻射在高反面可經(jīng)反射進入紅外輻射測量儀，紅外輻射測量儀接受的總輻射可能只有部分甚至一小部分來源于自身輻射。常見的高反面有玻璃、陶瓷、金屬、油漆表面、光滑塑料表面等。長期以來，對高反面的紅外輻射測量被認為是不準確的，高反面自身的紅外輻射測量一直是紅外輻射測量中的盲區(qū)。
[0003]為了降低環(huán)境紅外輻射對被測對象的反射干擾，人們采用了兩種解決方案。第一種是對紅外測量平臺的周邊局部環(huán)境進行整體液氮冷卻和抽真空，大幅度降低環(huán)境自身輻射強度。德國國家計量院的高精度紅外標準計量設備和中國計量科學研究院的真空紅外溫度標準設備(VRTSF)，都采整體液氮制冷和真空環(huán)境設計，代表了高精度紅外輻射測量方面的前沿水平。測試平臺的整體液氮制冷和抽真空設計，成本極其高昂、通用性差且難以應用于室外環(huán)境，大部分實驗平臺無法采用此方案。第二種方案是把環(huán)境熱輻射等效為一個黑體均勻輻射，通過數(shù)學修正模型消除反射的環(huán)境輻射。實際環(huán)境包含各種非均勻環(huán)境輻射，此方法無法進行物體的輻射分布測量，只能應用于單點測量且誤差較大。
[0004]環(huán)境輻射對高反面的反射干擾的一個典型例子是高反面的紅外成像測溫。由于高反面的反射率高、發(fā)射率低，表面溫度小于或接近環(huán)境溫度時，紅外熱像儀測量高反面接受的紅外福射中只有一小部分是表面自身熱福射。高反面一直被視為紅外成像測溫中的盲區(qū)。高反面的紅外成像測溫目前主要通過表面覆蓋涂層、貼膠條等手段，在高反面形成局部漫灰面。紅外熱像儀測量漫灰面溫度來反應此處的溫度。涂層或膠條會影響高反面的性能以及原溫度分布場，只能測量感興趣的幾個點。一些高反面(例如光學玻璃等)受性能要求限制，難以在其表面覆蓋涂層或膠條。直接高精度測量高反面的自身紅外輻射強度，是目前在電力巡檢、光學元件和光滑物體表面等方面進行溫度測量時亟需解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供了一種成本低、通用性強、使用方便且可有效保證測量準確性的用于物體表面紅外輻射測量的屏蔽方法，同時本發(fā)明還提供了一種用于該方法的屏蔽裝置。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種用于高反面紅外輻射測量的屏蔽方法，其包括以下步驟: 步驟1，基于高反面外型和實際測量環(huán)境，給出合適的測量方位，即紅外輻射測量儀相對高反面的方位和距離；根據(jù)高反面的發(fā)射率和溫度，評估其自身紅外輻射強度，選擇合適的紅外輻射測量儀，保證高反面的自身輻射強度處于測量儀的定標范圍內(nèi)；
步驟2，根據(jù)高反面的外形尺寸和測量方位，給出所需的輻射屏蔽區(qū)域的形狀和大??；輻射屏蔽區(qū)域的大小要保證環(huán)境的紅外輻射不會在高反面經(jīng)鏡面反射進入紅外輻射測量儀；
步驟3，根據(jù)屏蔽區(qū)域的形狀和大小，拼接屏蔽裝置；屏蔽裝置包括底座，以及豎直設置于底座上的冷板；所述冷板圍成測量區(qū)；所述冷板具有容納液氮的腔體，該腔體上設置有液氮注入口和泄壓口 ；冷面采用經(jīng)發(fā)黑處理的高導熱系數(shù)的金屬材料制成，冷板的其余表面設置有保溫層；冷面具有較高的紅外輻射率和紅外輻射吸收率，可以抑制環(huán)境輻射經(jīng)冷面和高反面二次反射進入紅外輻射測量儀；
步驟4，根據(jù)具體的紅外輻射測量要求，評估測量時間，選擇冷板的液氮和氣體注入方式；若測量時間長:選用連續(xù)空氣注入方式，保證有持續(xù)的氣體吹向冷面，防止低溫冷面引起空氣的水蒸氣冷凝成冰層；液氮注入方式也采用連續(xù)注入方式，防止冷面出現(xiàn)較大的溫度變化；若測量時間較短:選用一次性液氮注入方式，采用液氮揮發(fā)出的氮氣作為冷面的防結(jié)霜氣體；由于冷面從結(jié)霜至冰層需要一段時間，在某些短時測量時，可以不使用防結(jié)霜氣體；
步驟5，根據(jù)設計的測量方位，安裝紅外輻射測量儀，測量高反面的紅外輻射分布；紅外輻射測量儀接受的輻射主要由高反面自身紅外輻射和冷面在其表面的反射輻射兩部分組成；一般情況下，由于冷面溫度接近液氮溫度，常見高反面的輻射強度約為冷面的百倍以上。高反面充滿測量儀視場時，紅外輻射測量儀接受的紅外輻射可看成高反面自身的紅外輻射；
步驟6，高精度紅外輻射測量時，需要修正冷面紅外輻射對測量的影響，根據(jù)高反面與屏蔽裝置的具體形狀和方位，通過計算輻射學給出冷面在高反面的反射輻射分布，在輻射分布圖像中扣除冷面在高反面的反射輻射，進一步提升高反面的輻射測量精度；由于容納液氮的腔體采用高導熱系數(shù)金屬，冷面的溫度分布變化不大，數(shù)值計算中可以把冷面溫度設為固定值。
[0007]—種用于實現(xiàn)如上所述屏蔽方法的裝置，其包括底座，以及豎直設置于底座上的冷板；所述冷板圍成測量區(qū)；所述冷板具有容納液氮的腔體，該腔體上設置有液氮注入口和泄壓口 ；所述冷板臨近測量區(qū)的表面稱為冷面，冷面采用經(jīng)發(fā)黑處理的高導熱系數(shù)的金屬材料制成，冷板的其余表面設置有保溫層。
[0008]優(yōu)選的是，所述底座內(nèi)設置容納氣體的腔體，該腔體上設置氣體注入口 ；所述底座上設置有沿冷板內(nèi)側(cè)邊緣延伸的狹縫狀的氣口，用于向冷板的冷面噴射防結(jié)霜氣體。
[0009]優(yōu)選的是，所述底座由多個底座單元塊拼接而成，各底座單元塊具有容納氣體的腔體且相互連通。
[0010]優(yōu)選的是，所述冷板由多個冷板單元塊拼接而成，各冷板單元塊均具有容納液氮的腔體，且腔體上均設置有液氮注入口和泄壓口。
[0011]優(yōu)選的是，所述冷板和底座采用可拆卸連接。
[0012]優(yōu)選的是，所述冷板遠離測量區(qū)的表面至少豎直設置兩個立管，立管內(nèi)插入可插拔的插桿，所述底座上設置與立管對應的盲孔；所述插桿穿過立管并伸入底座的盲孔，實現(xiàn)冷板與底座的可拆卸連接。
[0013]優(yōu)選的是，所述冷板上腔體的泄壓口通過管道與底座上腔體的氣體注入口連接。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用開放式的屏蔽環(huán)境輻射設計，可大幅度提升高反面自身紅外輻射在紅外輻射測量儀接受的總輻射中的比例，提升高反面的輻射測量精度。與現(xiàn)有高精度紅外測量廣泛采用的整體環(huán)境液氮制冷和真空技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)占.V.(I)低溫、高發(fā)射率的冷面不僅減弱了自身紅外輻射，還消除了環(huán)境輻射經(jīng)冷面和高反面二次反射進入紅外輻射測量儀的影響。結(jié)合防結(jié)霜設計，實現(xiàn)了抑制環(huán)境紅外輻射的開放式設計。
[0015](2)相對于目前抑制環(huán)境紅外輻射領域的整體環(huán)境液氮制冷和抽真空技術(shù)，本發(fā)明采用開放式非真空設計，大幅度降低了屏蔽環(huán)境紅外輻射的成本和技術(shù)難度，降低了各種紅外測量實驗中進行紅外輻射屏蔽的門檻。
[0016](3)屏蔽裝置采用的模塊化拼接設計，提高了產(chǎn)品的通用性和可移植性，提高了各種紅外測量場所應用屏蔽裝置的可行性。
【附圖