超高温FT-IR光谱发射率测量系统校准方法研究

针对材料发射率数据日益增长的需求,建立了超高温傅里叶变换（FT）光谱发射率测量系统.为校准材料光谱发射率的测量结果,建立了包含辐射传交换、固体热传导、辐射测温在内的发射率校准模型. 通过校准模型定量分析了试样辐射热损、厚度、热导率等因素引起的发射率测量误差.结果表明,这些因素均导致试样测量温度偏高,而发射率测量结果偏低.测量了真空环境下2000℃时纯度为99.99%石墨的光谱发射率曲线.采用模型校准后的发射率曲线与文献比较,取得了比较一致的结果.该方法在超高温发射率测量技术中可以有效地提高测量精度.     

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。     

脉冲加热材料热物性多光谱动态测量装置的研制

提出一种将多光谱测温法和积分球反射法相结合的脉冲加热技术测量材料热物性的新方法。基于积分球反射法,利用多光谱测温法获得材料在多个光谱下的辐射信息，可同时获得试样在多个光谱下的法向光谱发射率。介绍了利用该方法的脉冲加热瞬态热物性测量装置的各组成部分及其工作原理，该装置能 同时测量带状试样的比热、电阻率、全波长半球发射率及多个光谱下的法向光谱发射率。     

材料发射率与温度数学模型

材料表面的发射率特性与许多因素有关,温度是影响发射率最重要的因素之一,由于测量条件的限制,只能测量有限温度范围内发射率,对其他温度与发射率的关系不能准确得出。通过大量文献的发射率与温度测量数据,利用Matlab软件仿真出发射率与温度曲线。从曲线的走势分析,建立了线性和指数两种数学模型。选用文献提供的测量数据,分别计算出两种模型的未知参量,分别模拟出发射率与温度的曲线,与原始的测量曲线比较分析,发现指数发射率模型适合该材料。分别用两种数学模型对其他文献提供的数据进行模拟仿真,模型与实际测量的相对误差均小于2%,总结了适合两种模型的材料特性。     

基于小波神经网络的红外光谱发射率计算方法

红外光谱发射率是战机蒙皮重要的红外隐身参数之一,为消除大气等外界因素对红外辐射特性测试结果的干扰,建立一种基于小波神经网络的目标红外辐射亮度模型,利用这种模型对测试样本进行网络训练,建立3~5 μm 和8~12 μm 波段红外辐射亮度模型,进而计算不同波长下目标的光谱发射率。通过与标准黑体对比,验证所建小波神经网络模型的光谱发射率与黑体实际的光谱发射率相比,最大相对误差约为2%,并将该方法应用于飞机蒙皮的光谱发射率计算。     

光谱发射率测量技术

论述了光谱发射率在航天、航空、国防、军事及国民经济各领域中的实际应用和重要意义.材料光谱发射率的影响因素很多,且应用背景差异较大,各国分别建立了各具特色的发射率测量装置.根据测量特点及应用范围,发射率测量方法分4大类:量热法、反射法、能量法和多波长法.针对每种测量方法介绍了基本原理、装置特点、技术指标和发展现状.简单介绍了基于红外傅里叶分析光谱仪建立的光谱发射率测量系统,进而描述了材料发射率在重要领域的具体应用情况.分析了我国目前在发射率测量技术方面存在的问题,展望了我国发射率测量技术的发展趋势和发射率数据库方面的进一步工作.     

材料法向光谱发射率测量方法研究

本文报道利用红外分光光度计和微机系统,采用二次测量技术,测量材料表面法向光谱发射率的基本原理和测试方法。推导出光谱发射率的计算公式,对引起测量误差的诸因素进行讨论,并实测了几种材料法向光谱发射率曲线。     

光纤式20波长辐射高温计的研制

基于多光谱辐射测温理论,研制了20波长光纤辐射高温计.利用多光谱辐射测温法获得材料在多个光谱下的辐射信息,从而计算出试样的真温和在多个光谱下的法向光谱发射率.利用光学光纤将光学探头接收到的光信号进行远距离传输,增加了测量的便利性和整套装置对测量环境的适应能力;精密的多量程自动切换电路扩大了温度测量范围,并降低了环境噪声对测量结果的影响;专用的微型工控机控制系统提高了这套装置独自工作及与其它设备进行协调合作的能力.整套装置可测量的温度范围是800-3500℃,测量精度小于1%.     

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。     

基于小波神经网络的多光谱发射率模型的研究

发射率在多光谱辐射温度计的数据处理中有着至关重要的作用,但由于受到多种因素的影响而很难准确得到。本文基于小波网络,将小波网络与多光谱理论相结合建立了发射率模型,其仿真结果与理想假设值符合得很好,是一种较好的获知目标发射率的方法。     

基于傅里叶红外光谱仪的光谱发射率测量装置的研制

基于傅里叶红外光谱仪成功研制了固体材料光谱发射率测量装置,它由一个试样加热炉、一个参考黑体炉、水浴环境腔体及真空系统等组成,可以实现100-1500℃及光谱0.66-25μm范围内固体材料光谱发射率测量.参考黑体用于对系统的标定,水浴环境腔体和真空系统用来消除环境和大气的影响.装置调试后对某种航天用材料做了测试实验,得到了很有规律的结果.估计了系统的不确定度:发射率不确定度小于2.27%(3δ,ε=0.9),6.80%(3δ,ε=0.3).     

粉体材料的法向光谱发射比测试系统的设计

阐述了采用“单光束比较辐射度量法”测量材料的法向光谱发射率的原理和系统设计 方法;改进、设计制作了黑体炉、样品炉、斩波装置、扫描装置和A/ D 转换系统,用V C + + 完成了“法向光谱发射比测试系统中文操作软件”的编写;利用此系统测量了涂料样品的法向光谱发射率。     

脉冲加热法测量钍钨热物理性能

钍钨电极材料广泛用于惰性气体电弧焊接。报导了材料在１２００－３６００Ｋ温度的比热、电阻率及半球形总发射率数据。用亚钞脉冲加热技术加热杆试样；用高速光学高温计测量辐射温度。用钨钍的熔点作标定点，采用钨的标准光谱发射率与温度关系的文献值确定绝对温度。报导的误差分别为比热４％，电阻率１．５％，半球形总发射率７％。     

影响钢表面红外光谱发射率的因素分析

利用研制的双光路对比法发射率测量装置对影响钢Q235表面光谱发射率的几个因素分别进行了研究,在823～1273K之间测量了几种粗糙度不同的钢样品表面光谱发射率;探讨了表面粗糙度对钢表面光谱发射率的影响;用非线性最小二乘法给出了发射率随温度的变化关系.研究结果表明:对于同种材料的钢Q235,表面粗糙度对光谱发射率的影响在...     

红外隐身涂层光谱发射率测量定标研究

受涂覆工艺、物理特性和气动应力等因素影响,飞机红外隐身涂层容易产生裂纹、剥落等损伤.监控涂层光谱发射率是红外隐身涂层状态监控的一种有效手段.光谱发射率监控设备的定标直接影响涂层光谱发射率测量结果的可信度,进而影响飞机红外隐身特性的评估结果.针对光谱发射率测量定标需求,研究了积分球定向积分反射比测量系统定标方法,并开展红...     

气动加热下高温陶瓷材料的红外辐射机理与特性

从分析材料内部热辐射与导热耦合传热温度场、表面反射及折射之间的内在关系出发,建立了气动加热下高温陶瓷材料的红外辐射模型.采用控制容积法结合蒙特卡罗法和谱带模型,数值模拟了红外辐射能在材料内部的传递及出射过程.引入介质影响因子,分析了材料的红外辐射机理和外部气动热流对材料红外辐射特性的影响.结果表明,高温陶瓷材料内部热辐射的光谱选择性与温度场的耦合,导致高温陶瓷材料的红外发射率随气动热流变化而变化.由于陶瓷材料在紫外和中远红外谱带范围对辐射的吸收非常强,而在近红外和可见光谱带范围对辐射吸收较弱,随气动热流密度增大,对陶瓷材料表面红外辐射产生贡献的内部热辐射区域增大,但材料的红外发射率降低.     

固体壁面红外辐射特性的研究

在飞行器红外隐身技术中,研究固体壁面的红外辐射特性十分重要,该红外辐射特性又与法向全发射率和红外辐射光谱的测量密切相关。本文介绍用参比法测量法向全发射率及用光栅单色仪测量红外辐射光谱的实验方法并对测试结果进行分析。     

基于傅里叶变换红外光谱仪的光谱发射率估计

基于傅里叶变换红外(Fourier Transform Infrared, FTIR)光谱仪等先进测试 手段,建立了一种估计目标光谱发射率的方法框架。首先,通过双温度测量标定获得FTIR光谱仪关于波 长的背景辐射亮度函数和响应度函数,提高了测量的准确性;其次,基于大气窗口的辐射亮度数据进行高阶多 项式拟合,进一步抑制了杂散辐射的影响;然后通过对大气吸收波长的辐射特性进行估计,获得了所测波段的 红外亮度曲线;最后估计了目标的光谱发射率,其相对误差均在1%以内。测试结果表明,本文方法行之有效。     

基于控制环境辐射的黑体辐射源发射率测量方法研究

介绍了中国计量科学研究院基于控制环境辐射的黑体辐射源发射率测量原理、方法和装置的研究进展。基于普朗克黑体辐射理论,建立了控制环境辐射的黑体辐射源发射率测量方法的理论模型,并且搭建该测量装置,研究了该方法测量黑体辐射源发射率的结果和影响因素。利用该系统测得的黑体辐射源发射率测量的结果与理论模拟的结果高度吻合,测量重复性(标准偏差)达到0.07%。实验结果表明该方法在测量黑体发射率时不受热辐射环温度重复性的影响,当热辐射环温度与被测黑体温度的差异足够大时,热辐射环温度的变化对黑体发射率测量结果的影响可以满足应用的需求。该方法具备热红外遥感载荷在轨定标黑体的发射率测量的应用潜力,为我国红外遥感在轨定标系统定量化水平的提高提供重要技术基础。