(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210501283.2 (22)申请日 2022.05.09 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 郭洪波　李介博　文娇　徐惠彬　 (74)专利代理 机构 北京慧而行专利代理事务所 (普通合伙) 11841 专利代理师 李锐 (51)Int.Cl. G01N 21/31(2006.01) G01N 21/3563(2014.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种高温可见-红外光谱测量装置和测量方 法 (57)摘要 本发明公开了一种高温可见 ‑红外光谱测量 装置和测量方法， 测量装置包括光源组件、 光路 组件、 控温组件、 光谱测量组件和控制组件。 在测 量过程中， 通过对高温下样品自身辐射信号的空 间屏蔽与对透射/反射光谱信号采集的时序控 制， 提高光源信号强度和样品自身辐射信号的信 噪比， 从而提高光谱测量的准确性与可信度， 进 而直接评估 热辐射防护材料的性能。 本发明的控 温组件可对样品的测量温度和测量距离等进行 调节， 实现复杂环境下的透射/反射 光谱测量。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 114965311 A 2022.08.30 CN 114965311 A 1.一种高温可见 ‑红外光谱测量装置， 其特征在于， 包括光源组件、 光路组件、 控温组 件、 光谱测量组件和控制组件， 其中： (1)所述光源组件为超快脉冲激光器， 数量为一台或多台， 激光波长范围覆盖0.4～4.8 μm波段， 激光脉宽 <2ns， 重复频率 为0.1～2MHz， 单脉冲能量≥0.5nJ/nm； (2)所述光路组件用于提高激光光束的准直性， 进一步聚焦缩小光斑面积及调整光束 方向， 包括光纤准直器、 分色镜、 离轴抛物面反射镜、 光束提升器、 不同孔径的精密针孔、 偏 振镜， 所述离轴抛物面反射镜的有效焦距≥20mm， 表面镀有保护膜并在0.4～4.8 μm范围上 平均反射率＞96％， 所述精密针孔采用通光孔可调的光阑， 光阑孔径范围10～100 μm， 所述 偏振镜的偏振波长为0.4～4.8 μm； (3)所述控温组件包括控温构件、 运动构件和快门屏蔽构件， 所述控温构件用于将测试 样品加热并维持在指定温度， 加热温度范围为1000～1500℃， 工作距离 ＞15mm， 控温精度小 于±2℃， 所述运动构件可沿三维方向移动， 移动距离≥10mm， 用于调整测试样品的测量距 离， 所述快门屏蔽构件用于将处于高温下的测量样品与光路组件和光谱测量组件物理隔 离， 保护光路组件的稳定性和光谱测量组件的安全性， 所述快门屏蔽组件的通光孔直径为 0.1～10m m， 快门的响应时间≤10m s， 快门的工作温度≤ 50℃； (4)所述光谱测量组件包括光栅构件和光谱仪， 用于测量光源反射和透过测试样品的 光谱， 其特 征在于响应时间≤25ns， 测量范围覆盖并大于 0.4～4.8 μm波段； (5)所述控制组件包括时序控制构件， 用于采集光源组件的信息、 控制快门屏蔽构件的 开启以及控制光谱测 量组件的测量过程， 其特征在于时序控制构件与光源组件、 快门屏蔽 构件和光谱测量组件相连接 。 2.如权利要求1中所述的一种高温可见 ‑红外光谱测量装置， 其特征在于， 所述光路组 件中的分 色镜和离轴抛物面反射镜与控温组件中控温构件的距离≥15m m。 3.如权利要求1中所述的一种高温可见 ‑红外光谱测量装置， 其特征在于可使用一台或 多台光谱仪， 光谱仪可采用光 栅光谱仪或阵列光谱仪 。 4.如权利要求1中所述的一种高温可见 ‑红外光谱测量装置， 其特征在于， 所述时序控 制构件可采用高速数据采集卡或 高速锁相放大器， 所述时序控制构件的数据采集频率为光 源组件脉冲频率的10 00～5000倍。 5.一种如权利要求1～4任一项所述的高温可见 ‑红外光谱测量装置的测量方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1： 光路聚焦与调整； S1‑1： 按照图1所示 放置并连接各个构件， 将测试样品放置并固定在控温构件上； S1‑2： 打开控制组件， 并由其开启光源组件和快门屏蔽构件， 调整分色镜的位置和角 度， 使其对入射的激光光束透射， 对由测试样品反射的光束反射； 调整偏振镜的角度， 使激 光全部通过； 调整离轴 抛物面反射镜和控温构件位置， 使光斑处于测试样品表面且光斑聚 焦到最小； S1‑3： 取下测试样品， 打开光谱测量组件， 选择适当尺寸的精密针孔并调整快门屏蔽构 件、 精密针孔和离轴抛物面反射镜的位置， 调整偏振镜的角度， 确保激光光束 可全部进入光 谱测量组件； S1‑4： 关闭光源组件、 快门屏蔽构件和光谱测量组件；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114965311 A 2S2： 测试样品加热与保温； S2‑1： 将测试样品放置并固定在控温构件上； S2‑2： 启动控温构件， 将测试样品加热至指定温度并保温待其温度稳定； S3： 透射/反射 光谱测量； S3‑1： 打开光源组件、 快门屏蔽构件和光谱测量组件， 控制组件实时采集光源组件的脉 冲时序和脉冲能量信息； S3‑2： 激光光束经光纤准直器进一步准直后， 由离轴抛物面反射镜进行聚焦并改变光 束方向， 使聚焦后的光束通过偏振镜、 精密针孔和快门屏蔽构件后抵 达测试样品表面； S3‑3： 透射的激光光束与测试样品自身辐射的光谱依次通过控温组件下方的快门屏蔽 构件、 精密针孔和偏振镜， 并由光束提升器改变其传播方向后进入光谱测量组件； S3‑4： 由测试样品表面反射的激光光束与其自身辐射的光谱依次通过控温组件上方的 快门屏蔽构件、 精密针孔、 偏振镜后， 由离轴抛物面反射镜和分色镜反射进入光谱测量组 件； S3‑5： 控制组件采集光谱仪所接收的信号， 并控制时序控制构件仅响应激光脉宽时间 范围内的信号； S4： 测量结果处 理； S4‑1： 通过时序控制构件对光谱信号进行积分处理， 与步骤S3 ‑1的采集的能量做比值 求出透射/反射 光谱； S4‑2： 关闭光源组件、 快门屏蔽构件和光谱测量组件； S4‑3： 关闭控温构件待测试样品冷却至室温后取 下。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114965311 A 3