高真空、宽波长、高精度发射率实验装置的研制

光谱发射率是十分重要的物理参数，准确的光谱发射率数据不仅在温度测量、辐射热传导及加热效率等技术领域有重要应用，而且在物理系统的热力学性质、光学常数估算及低辐射物体的可观察性研究等科学领域更具价值。.本项目的研究内容包括三方面：一是对构成仪器的各子系统（高真空系统、快速加热及温度控制系统、探测器系统、探测器测角调节系统及信号处理系统）进行优化设计，并进行必要的实验和理论计算，以使实验装置获得最佳的设计参数；二是利用优化设计结果研制出一台波长在0.5-10.0μm范围内连续可调、温度在400-2500K内快速可变、温控精度高于2K、且在高真空状态下工作的光谱发射率测量装置；三是利用这一光谱发射率测量装置在高真空状态下测量多种材料在各种波长、温度、尤其是在较高温度下的法向发射率、侧向发射率、极化发射率及非极化发射率，验证实验装置的测量精度，并利用测量结果对仪器进行改进，以使其整体性能达到最佳。

针对目前辐射测温、辐射热传导、材料隐身等研究领域对准确的高温光谱发射率数据的迫切需求，项目提出了研制一套高真空、宽波长、高精度发射率实验装置。该实验装置可在473K-2673K的温度范围内对固体材料的光谱发射率进行测量，波长范围为0.5μm-10μm，实验装置的不确定度小于3%。经过四年的理论和实验研究，研制的实验装置达到了预期的研究指标，全面完成了项目研究任务和考核指标。.在理论方面，针对高温区样品表面温差大的难题，利用热辐射传导理论，对发热体温度场分布进行了模拟仿真，优化设计了高温区样品加热方案，提出了一种表面温差校正方法，提高了样品表面温度的测量精度。采用双黑体法，提出了一种光谱仪背景函数实时校正方法。通过对热传导理论的深入研究，经过多次反复实验，掌握了高温样品炉体石墨加热管体厚度和腔长与加热电流的关系。在系统设计方面，采用了分温区的方案，确保了温度测量的准确度和稳定度。设计了全反射式光路自动调整系统，提高了光路的调整精度，降低了能量损耗。设计了一种利用大功率直流电源加热的高温样品加热炉体，利用钨棒作为传热体来加热待测样品，实现了金属和非金属样品的快速加热。在项目研究过程中，提出了一种利用潜望镜法对方向光谱发射率的连续测量方法。采用单色仪和傅里叶红外光谱仪两套方案来测量宽波段的光谱辐射能量。通过对温控电路的优化设计和多次实验，将中低温区温控的精度提高到了0.1K，而高温区控温精度达到了1K。采用反射式辐射测温方法和热电偶结合的方法对样品表面温度进行了多点校正，掌握了样品表面温度与控温温度之间的关系，提高了表面温度测量的精度。在系统集成和测试方面，借助激光对准等手段，对光路进行了对准和调试。利用研制的原理样机，对常用的铝、铜、钛等金属，难溶金属钽、钨以及石墨、碳化硅材料进行了测量，并与国内外相关研究机构进行了对比。对整个测量装置的测量精度进行了不确定度评定，并对系统每个部分的不确定度进行了分析，系统的测量确定度优于2.8%。.项目执行期间共公开发表SCI论文16篇，授权国家发明专利1项，实用新型专利7项。共培养博士生1名，硕士生3名，在读博士生3名，硕士生6名。