黑体腔高温传感器结构设计

基于积分方程理论建立了黑体腔的结构模型,分析了腔体长径比、孔径比、接收器到腔口的距离、腔体材料本身发射率等参数对腔体发射率的影响,提出了黑体腔优化参数设计,同时,应用有限元分析法分析了不同形状黑体腔腔体对接收器稳态温度、动态响应时间的影响。研究结果表明:黑体腔结构参数的改变直接影响黑体腔发射率、接收器稳态温度、动态响应时间,进而影响黑体腔性能,积分方程法和有限元法结合分析为黑体腔研究以及优化设计提供了新思路。     

基于热腔反射法测量黑体空腔发射率

黑体空腔的有效光谱发射率高精度评价是制约辐 射测温及光学辐射测量标准性能提升的瓶颈。本文 基于热腔反射法,建立了一种高精度测量黑体空腔有效光谱发射率的实验系统。通过比较测 量标准样品和 黑体空腔对双温光阑的光谱辐射亮度的反射,高精度获取黑体空腔的反射率,进而基于Kirc hhoff定律获 得发射率。利用该系统对于温度范围在30 ℃～80 ℃之间空腔的法向有效发射率开展了实验研究,结果表明 空腔法向发射率优于0.999,测量结果的统计 标准偏差优于0.016%。实验结果与Monte Carlo模拟结果的一致性优 于0.04%,验证了测量系统的可靠性。     

非等温漫射空腔辐射特性的Monte—Carlo解

本文应用Monte-Carlo法计算了非等温圓锥——圆筒漫射空腔发射率及腔口处空腔发射率分布。从而简化了黑体炉辐射出射度及积分发射率的计算,并为实际的镜——漫混合反射模式的空腔特性计算提供了先决条件。     

Monte—Carlo法计算圆柱型空腔的表观发射率

黑体空腔已广泛用作辐射度量学、光度学和光测温学中的标准辐射源。由于对测量精度的要求越来越高,相应地,对腔发射率值的精确程度也提出了越来越高的要求。因为精确地测量发射率值很困难,所以标准源的腔发射率一般采用理论公式计算。常用的理论计算方法有积分方程法和多重反射亮度法。主要的近似计算公式有漫射壁空腔的Devos公式和漫射壁等温腔的Gouffe’公式。     

基于集成黑体法1000～1500℃石墨材料高温红外光谱发射率测量

建立了基于集成黑体法的材料高温红外光谱发射率测量理论模型,重点讨论了不等温集成黑体空腔有效发射率、观测因子、样品材料外推温降因素的影响。基于集成黑体法搭建了以傅里叶红外光谱仪为红外辐射探测系统的高温红外光谱发射率测量装置。基于蒙特卡罗光线追迹法数值开展了集成黑体有效发射率数值模拟,并进行了实验验证。讨论了辐射源尺寸效应、光谱响应度线性度等非理想因素对集成黑体法高温光谱发射率测量的影响。开展了石墨材料在1 000℃、1 300℃、1 500℃的红外光谱发射率实验研究,并与已公开发表的测量结果进行了比对。本文结果与文献数据优于5%的良好一致性,验证了集成黑体方法在高温发射率测量中的可行性。     

基于集成黑体法的1 000~1 500℃石墨材料高温红外光谱发射率测量

建立了基于集成黑体法的材料高温红外光谱发射率测量理论模型,重点讨论了不等温集成黑体空腔有效发射率、观测因子、样品材料外推温降因素的影响。基于集成黑体法搭建了以傅里叶红外光谱仪为红外辐射探测系统的高温红外光谱发射率测量装置。基于蒙特卡罗光线追迹法数值开展了集成黑体有效发射率数值模拟,并进行了实验验证。讨论了辐射源尺寸效应、光谱响应度线性度等非理想因素对集成黑体法高温光谱发射率测量的影响。开展了石墨材料在1 000℃、1 300℃、1 500℃的红外光谱发射率实验研究,并与已公开发表的测量结果进行了比对。本文结果与文献数据优于5%的良好一致性,验证了集成黑体方法在高温发射率测量中的可行性。     

半锥光隙黑体腔

本文持黑体光壁腔观点,用几何光学方法模拟黑体,得一半锥光隙黑体腔。推导了黑体腔的设计公式,并给出一实用腔体的设计参数。     

双倒锥黑体腔

本文持黑体光壁腔观点,用几何光学方法模拟黑体,得到一双倒锥黑体腔。推导了双倒锥腔的设计公式,并给出一实用腔体的设计参数。     

黑体辐射源的研制

黑体辐射源与其它辐射源相比,它的辐射能力强,它广泛应用于各种红外辐射的定标中,它是红外测量的基本设备之一。因此,研制一个高质量的黑体辐射源有着十分重要的意义。 基尔霍夫指出,一个开有小孔的等温密封腔内的辐射就是黑体辐射,而黑体辐射与腔体的几何形状及制成腔体的材料无关。一个理想的黑体应该做到密闭腔体要真正等温;同时,     

方形空腔表面有效发射率的计算

本文给出了构成大面积黑体所经常采用的方形空腔的表面有效发射率的精确数学计算公式,同时应用数值积分的方法,给出了几种典型空腔的计算结果。文中的计算方法也适用于截面为正三角形、正六边形空腔有效发射率的计算。     

基于蓝宝石光纤的黑体腔瞬态高温传感器设计

介绍了一种将接触式和非接触式相结合的蓝宝石光纤黑体腔瞬态高温高温传感器,从黑体腔制作和微光信号探测方面进行了详细分析,最后给出了实验结果.实验结果表明,由于采用新型光电探测器和膜层材料,大大提高了传感器的测温范围和信噪比.该高温传感器的测试范围上限大于2 000℃,响应时间小于100 ms,能够满足科研和工业生产中特殊环境下的温度测量.     

分离变量法的瞬态高温实验研究

分析了蓝宝石光纤温度传感器测试系统组成及工作原理,由于黑体腔膜层内外表面存在较大温差,使得该系统测出的被测物温度存在一定误差.为了解决这一问题,运用分离变量法从黑体腔内表面温度外推出黑体腔外表面温度,降低了测试对传感器的性能要求,实验验证了该方法的可行性,提高了蓝宝石光纤黑体腔温度传感器的测温精度.     

中红外多波长辐射温度计的设计

介绍了以高信噪比同时测量近室温目标温度和光谱发射率的中红外多波长辐射温度计,详细说明了其光学系统及电气系统设计．采用高像质、大光通量的折反式光学系统和闪耀光栅分光系统,通过多元碲镉汞探测器线列及电气系统,可同时检测目标温度及发射率．内置黑体炉和热管恒温视场光栏和孔径光栏减小了周围环境温度漂移及杂散光对温度测量的影响．     

有限差分逼近法的瞬态高温外推实验研究

用蓝宝石光纤黑体腔温度传感器测温时,首先将黑体腔内表面发出的热辐射信号转换成电信号,再根据电信号得到被测物的温度值.严格地讲,这只是黑体腔内表面的温度,而非被测物的真实温度.为了弥补这一不足,分析了黑体腔膜层的导热规律,并建立了传热数学模型,用有限差分逼近法求解了数学模型,并推导出了黑体腔外表面的温度.实验结果表明,蓝...     

基于MSP430的瞬态高温传感器设计

介绍了一种将接触式和非接触式相结合的蓝宝石光纤黑体腔瞬态高温传感器.测试系统由蓝宝石光纤传感器、窄带滤光片、光电探测器、信号处理模块、MSP430、数据存储及处理软件组成,并从黑体腔形成和微光信号探测方面进行了分析.利用MSP430的控制能力实现智能化,并采用了USB接口与计算机通信.实验表明黑体腔在高温下具有稳定的性...     

真空低温环境下超大面源黑体现场校准技术

红外辐射面源黑体应用于特定红外特性目标的模拟,各种红外探测、制导系统的外场测试。随着空间应用的红外成像器的口径的增大,红外辐射面源的口径也相应增大,为了保证超大辐射面黑体的性能指标满足要求,必须对其在真空低温条件下进行性能校准。但目前国内还没有相应计量标准,无法保证测试结果的准确可靠。设计了一种真空低温环境下超大面源黑体现场校准装置,实现对超大面源黑体的发射率、辐射温度、温场均匀性、温度稳定性等性能参数的校准,并取得了较好的试验结果,实现了真空低温环境下超大面源黑体的参数校准。     

航天遥感器热红外波段辐射精度分析

根据遥感器的辐射定标方法和计算模型,对遥感器的辐射精度进行了分析。当假设遥感器观测地面目标、冷空间和星上黑体定标源都通过扫描镜成像时,扫描镜的热辐射以及仪器有背景辐射能量不会对辐射精度产生影响,影响遥感器辐射精度的主要因素是遥感器的信噪比、星上定标黑体的比辐射率误差、星上定标黑体的温度测量误差以及中心波长的漂移等因素。     

红外焦平面器件线性度测试误差分析

介绍了线性度测试的定义及测试方法。测试了中波红外焦平面器件的线性度,并针对实验室测量线性度带来的误差进行分析,为红外焦平面器件线性度的测量提供理论和实验依据。该实验证明了测试线性度中黑体发射率误差是致命因素;同时也测得一款中波红外焦平面产品的线性度标准偏差小于0.02 V。     

深度连续渐变式空腔阵列表面发射率研究

为测量混合式表面的发射率,该文设计了一系列阵列作为发射率样品,发射率样品为深度连续渐变式空腔阵列,将其划分为5个单元组成,使用红外热像仪对发射率样品上端拍摄热图像得到一系列发射率。通过理论计算得出发射率,通过实验测量单元表面发射率,将理论计算值与实验测量值进行对比,探讨深度连续渐变式空腔阵列在不同加热温度下对表面发射率的影响。结果表明:随着加热温度的升高,深度连续渐变式空腔阵列的表面发射率会下降;随着空腔深度的增加,深度连续渐变式空腔阵列的表面发射率会随之增加。