高温法向光谱发射率测量装置：超高温黑体+傅里叶光谱仪(FTIR)

法向光谱发射率作为材料热辐射特性的重要参数，在优化高温材料的热处理工艺和提高能量利用效率方面发挥着重要作用。然而，目前大多数研究中测量温度相对较低或范围较窄，且主要集中于稳态温度测量，使得航空和工业领域对宽温度范围内光谱发射率研究的需求难以满足。

为解决这一难题，一种宽温度范围的法向光谱发射率快速测量装置被提出。该装置采用超高频电磁感应加热器对样品进行动态加热，并结合可调节检测区域的光学系统，以光纤光谱仪快速响应的特性，迅速测量所需温度范围内的辐射信号。

一、加热系统

加热系统由以下关键部件组成：

• 电磁感应加热器

• 感应线圈

• 样品腔室

• 双层结构，配合水冷系统，以稳定环境温度并减少背景辐射干扰。

• 内表面涂覆发射率接近1的涂层，减少腔室内部多次反射。

• 通过真空泵与氩气瓶配合提供稳定氩气保护环境，防止样品氧化。

二、检测系统

检测系统包含以下关键部分：

• 光纤光谱仪：傅里叶光谱仪(FTIR)

• 光学系统：

• 可调节检测区域的光学系统，包括光阑、准直器和光纤，用于调节和收集辐射信号。

• 光阑孔径在实验中根据温度变化调整，低温（低于1723 K）时设为4 mm，高温时设为2 mm，以增强信噪比并避免信号饱和。

• 测温仪器：双色高温计，响应时间为10 ms。

三、标准黑体辐射源

• 使用LumaSense M390超高温黑体炉作为标准辐射源：

• 温度范围873~3273 K，有效发射率约为0.999。

• 内置光纤测温仪，利用PID控制器精准调节并稳定黑体腔温度，确保实验测量条件一致。

  
  

四、数据采集与控制

• G语言开发控制程序，实现辐射信号和温度数据的实时在线采集，采集周期可达1秒一次。

  
  

实验中，该测量系统通过多温度标定法进行校准，并应用多光谱法对样品温度进行修正。同时，利用有限元方法优化感应加热器结构，分析并确保样品表面温度的均匀性。实验验证选用了碳化硅、石墨和钨等高温导电材料，测量温度范围从873 K至2473 K，波长范围为1000 nm至1600 nm。

该快速测量装置不仅具备宽温范围、高测量精度和快速响应的优势，还显著减小了高温实验设备的体积，为高温导电材料光谱发射率的深入研究提供了强有力的技术支撑。在未来的研究中，该装置还可用于探索不同金属及其非金属高温涂层材料的热辐射特性，进一步推动相关领域的技术进步与应用发展。