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研究型傅里葉變換紅外光譜儀:高精度紅外輻射率測試技術全解析
更新時間:2025-06-26瀏覽:241次

摘要

傅里葉變換紅外光譜法(貴罷濱擱)作為一種高精度的紅外輻射率測試技術,具有高光譜分辨率、寬波段覆蓋能力,能夠精確測量材料在特定波長下的光譜發射率,適用于從中紅外到遠紅外的寬光譜范圍。該方法采用非接觸式測量,結合可控溫環境,用于紅外散熱隔熱材料、航空航天飛行器紅外特征調控、中遠紅外理療材料等領域的紅外輻射測量。貴罷濱擱的高精度、標準化流程使其成為實驗室熱輻射性能研究的金標準,尤其適用于需要精細光譜分析的場景,為材料熱輻射性能的精準表征提供了可靠手段。

正文

紅外輻射率(發射率)測試在多個領域具有重要應用,主要涉及材料科學、工業檢測、醫療健康、航空航天、環境監測等,具體如下:

紡織與功能性材料

用于測試遠紅外紡織品的發射率,評估其保暖性能和遠紅外輻射效果,如保暖內衣、遠紅外理療產物等。檢測紅外輻射涂料、電熱膜等材料的輻射性能,優化其發熱效率。

工業與制造業

評估散熱器、電子元件的熱管理性能,高發射率材料有助于提高散熱效率。

檢測高溫設備(如熔爐、管道)的熱輻射特性,排查熱泄漏或異常熱點。

衛星遙感監測工廠熱輻射,分析公司生產狀況,輔助金融與監管決策。

航空航天與軍事

研發熱控涂層(如航天器表面材料),通過調節發射率控制熱量散發或吸收。

開發低發射率隱身涂層,降低飛機、坦克等軍事目標的紅外信號。

能源與環保

優化太陽能集熱器、紅外加熱元件的發射率,提高能量轉換效率。

監測工業廢熱回收材料的輻射特性,提升能源利用效率。

分析溫室氣體(如頒翱?、貶?翱)的紅外吸收光譜,評估環境污染。

醫療與生物技術

研究人體或生物組織的遠紅外輻射特性,輔助疾病診斷(如腫瘤熱成像)。

開發紅外理療設備,利用高發射率材料促進血液循環和康復。

地質與遙感

通過測量巖石、土壤的紅外發射率,反演地表溫度及礦物成分,輔助礦產資源探測。機載/星載高光譜熱紅外遙感,用于地表溫度監測和礦物識別。

自動駕駛與智能傳感

紅外輻射率測試的應用廣泛,不同行業根據需求選擇適合的測試方法(如貴罷濱擱光譜儀、熱像儀、發射率測量儀等)。

傅里葉紅外光譜儀測試發射率主要方法

1. 直接測量法

原理:通過直接測量樣品的輻射能量與同溫度下黑體的輻射能量對比,計算發射率。

常用設備:

傅里葉變換紅外光譜儀(貴罷濱擱):結合高溫黑體爐,測量樣品的光譜輻射率(需控制樣品溫度)。

輻射計/紅外測溫儀:通過已知溫度的樣品輻射與黑體輻射比較,計算積分發射率(全波段或特定波段)。適用場景:實驗室高精度測量,適用于材料研發、航空航天涂層等。

2. 反射法(間接法)

原理:根據基爾霍夫熱輻射定律,在熱平衡條件下,不透明材料的發射率。?=1?ρ(ρ為反射率)。根據普朗克黑體輻射公式,通過測量樣品在相同溫度下的輻射光譜與理想黑體輻射光譜的比值,得到光譜發射率:?(λ)=嘗蟬補塵辮瀕別(λ)/L產瀕補腸辦產辭誨測(λ)

適用場景:適用于常溫、高反射材料(如金屬、鏡面涂層)。

二、測試設備

1.傅里葉變換紅外光譜儀(貴罷濱擱):需配備紅外探測器(如頓罷騁廠、慚頒罷)、高溫樣品腔及控溫模塊。

2.黑體輻射源:作為校準基準,溫度需與樣品一致(精度&辮瀕恥蟬塵蒼;0.1℃)。

3.樣品加熱裝置:高溫爐或電熱臺,確保樣品溫度均勻且穩定。

4.反射附件(可選):如積分球或鏡面反射附件,用于反射率補償測。

叁、測試步驟

1. 樣品準備

· 表面處理:清潔樣品表面,避免氧化層、污染物影響(如拋光金屬需防氧化)。

尺寸要求:樣品需覆蓋光斑面積(通常直徑>2 cm),厚度均勻。

2. 儀器校準

· 背景掃描:在樣品室無樣品時采集背景光譜(消除環境輻射干擾)。

· 黑體標定:將黑體源加熱至目標溫度(如100詞500℃),測量其輻射光譜嘗產瀕補腸辦產辭誨測(λ)

3. 樣品測量

· 加熱樣品:將樣品加熱至與黑體相同的目標溫度,穩定至少10分鐘(溫度波動&瀕遲;&辮瀕恥蟬塵蒼;1℃)。

輻射光譜采集:

使用FTIR測量樣品的熱輻射光譜 L蟬補塵辮瀕別(λ)(波數范圍通常為400~4000 cm??)。

若需反射率補償,需額外測量樣品的反射光譜ρ(λ)(常溫下用紅外光源照射樣品)。

4. 數據處理

· 計算光譜發射率:

?(λ)=嘗蟬補塵辮瀕別(λ)/L產瀕補腸辦產辭誨測(λ)(直接法)或?(λ)=1?ρ(λ)(反射法,適用于不透明材料)

?積分發射率計算:對特定波段(如8~14 μm)的光譜發射率加權平均:?avg=∫?(λ)嘗產瀕補腸辦產辭誨測(λ)誨λ

應用示例

1.png

圖1 紅外理療儀340℃加熱歸一化發射光譜

2.png

圖2 理療加熱貼歸一化發射光譜

3.png

圖3 340℃ 加熱紅外理療儀和理療貼的歸一化發射光譜圖比較

表1 傅里葉紅外光譜法(FTIR)測試紅外輻射率的優勢

優勢

說明

高精度

光譜分辨率高,可精確測定不同波長的發射率,適用于科研級分析

寬溫度適應范圍

可測量從低溫(室溫)到高溫(1000℃+)的輻射特性

多功能性

可同時測量發射率、反射率、透射率,適用于不同材料(透明/不透明)

非破壞性

無需破壞樣品,適用于珍貴或難以制備的材料

標準化方法

符合ASTM E423、ISO 18434-1等國際標準,數據可靠性高。

可結合其他技術

如與熱像儀、齒擱頓、廠貳慚等聯用,進行多維度材料表征。

相比其他方法(如熱像儀法、雙波段法),貴罷濱擱更適合實驗室高精度研究,而工業現場可能采用更快速的替代方案。但其數據可靠性使其成為紅外輻射率測試的金標準之一。

參考標準

ASTM E1933  使用紅外成像輻射計測量和補償發射率的標準規程

ASTM E408  使用檢測儀技術的表面總正常發射的標準測試方法

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