黑体辐射中两类粒子的辐射规律

考虑到相对论效应,采用量子统计的方法,得到了满足Bose-Einstein统计分布和Fermi-Dirac统计分布的两类粒子的黑体辐射公式（包括Planck黑体辐射公式）．发现辐射谱不仅与黑体的辐射温度有关,还与辐射粒子的能量、化学势和种类有关．辐射强度与辐射粒子的能量、静质量、简并因子有关。     

红外火焰温度测定仪的标定

1、原理 本文的红外火焰温度测定仪使用辐射吸收法。它分别测量火焰和进入火焰区光源光束的单色辐射强度N_f、N_L,以及光源穿过火焰后总的辐射强度N_(L+f)。比值(N_L+N_f—N_(L+f)/N_L即为火焰的吸收率。它等于火焰的发射率ε_f。火焰的黑体辐射强度为N_f/ε_f。从Planck 公式即可求出火焰的温度。这里N_f是绝对量需要标定。N_f和它的信号I_f的比值是随环境变化的。本文的方法是确定出N_L,利用仪器线性关系随时由光源信号I_L     

高温黑体性能评定和温度测量

 中国计量科学研究院引进了高温黑体BB3500M作为新的光谱辐射照度基准光源。黑体BB3500M包括辐射腔体和温度反馈系统。辐射腔体由一系列高温热解石墨环组成,可以加热至3 500 K。在光谱辐照度测量中,高温黑体的性能参数和温度测量至关重要。对于黑体的性能参数,着重考察了黑体温度的稳定性和腔底温度的均匀性。在将高温黑体的光谱辐射照度传递给工作标准灯时,黑体的温度可能发生改变。实验观测了一小时内黑体的温度漂移情况。当高温黑体加热至3 016 K时,采用温度反馈系统的BB3500M稳定在±0.3 K。实验光路中设置了限制光栏,用于屏蔽来自黑体腔壁的辐射。黑体腔底辐射环的温度均匀性优于0.2 K。在温度测量中,2 473 K以下的温度可以直接溯源到中国计量科学研究院热工处,对于更高温度的测量需要进行温度延伸。文中从普朗克公式出发,通过多波长亮度比较法进行了温度延伸。实验先在低温区进行延伸证实了方法的可能性,然后进行了高温区的温度延伸。     

SPSO同时反演乙烯火焰温度和碳黑浓度的实验研究

本文用一台测量范围为500～1100nm的便携式光谱仪对乙烯火焰30mm和50mm两个高度进行扫描,通过黑体炉标定对测量值进行修正得到单色辐射强度,进一步采用随机微粒群算法(SPSO)同时重建出火焰在这两个高度处的温度和碳黑浓度分布.与Abel逆变换以及Tikhonov正则化算法的对比,表明了SPSO方法在同时重建轴对...     

便携式红外目标模拟器的研制

针对导弹整体性能测试中目标体红外辐射强度和运动特性的模拟需求,研制了基于卡塞格林式准直光学原理的便携式红外目标模拟器。该目标模拟器采用抛物面型主反射镜与双曲面型次反射镜相结合的卡塞格林准直光管作为光学系统,采用黑体作为辐射源,在可变小孔光阑和旋转台的配合下,实现了对红外目标运动特性和辐射强度的模拟。经检测表明,研制的目标模拟器焦距为414.8mm,系统出射光平行度小于10″,黑体辐射温度范围大于80℃,可为测试红外导引头的角运动情况和红外辐射强度提供一条有效的技术途径。     

原子发射双谱线法测火焰温度的实验研究

通过光谱仪测量火焰中K(766.5,769.9 nm)原子发射谱线的相对强度比来获得火焰温度.介绍了测最原理、测量方法、实验系统.在黑体炉炉膛达到热力学平衡状态下,进行原子发射双谱线法和热电偶测温的对比实验,结果两种方法所测温度相闰性较好,实验证明了该方法的可行性.用该方法测量煤粉和木材的火焰温度,结果和实际相符合.     

基于辐射光谱法的高温颗粒辐射传热参数在线测量方法研究（英文）

针对在高温燃烧环境中的颗粒辐射传热问题,基于普朗克辐射定律,提出了用于高温颗粒辐射传热参数在线测量的辐射光谱法,根据高温颗粒可见波段辐射光谱随波长变化情况,通过参数拟合方法直接获得颗粒温度及辐射强度等辐射传热参数。为验证该方法测量准确性,搭建了高温黑体炉辐射测量系统,实验测量结果显示:温度测量值与设定温度相对偏差小于3%;辐射强度测量值与理论计算值相对偏差小于5%。以此为基础,设计了应用于高温燃烧环境下的颗粒辐射传热参数测量的水冷结构探针,并利用该探针开展了高温燃烧环境气固两相流200～1 100nm波段辐射光谱测量,基于上述方法,直接获得了高温颗粒温度、辐射强度等辐射传热参数沿截面分布情况,有效剥离了高温气体对流传热的影响,为高温颗粒辐射传热研究提供数据支撑。     

基于辐射光谱法的高温颗粒辐射传热参数在线测量方法研究

针对在高温燃烧环境中的颗粒辐射传热问题，基于普朗克辐射定律，提出了用于高温颗粒辐射传热参数在线测量的辐射光谱法，根据高温颗粒可见波段辐射光谱随波长变化情况，通过参数拟合方法直接获得颗粒温度及辐射强度等辐射传热参数。为验证该方法测量准确性，搭建了高温黑体炉辐射测量系统，实验测量结果显示：温度测量值与设定温度相对偏差小于3%；辐射强度测量值与理论计算值相对偏差小于5%。以此为基础，设计了应用于高温燃烧环境下的颗粒辐射传热参数测量的水冷结构探针，并利用该探针开展了高温燃烧环境气固两相流200～1 100 nm波段辐射光谱测量，基于上述方法，直接获得了高温颗粒温度、辐射强度等辐射传热参数沿截面分布情况，有效剥离了高温气体对流传热的影响，为高温颗粒辐射传热研究提供数据支撑。     

光谱辐射照度量值复现中计算大口径固定点黑体拐点温度的新方法

我国光谱辐射照度基准量值复现的理论基础是普朗克定律,它揭示了波长、温度和光谱辐射照度之间存在着精确的定量关系。采用比较法、通过卤钨灯来进行光谱辐射照度量值的保存与传递。其中,黑体的温度测量在量值复现中是最主要的不确定来源。以往都是采用变温黑体作为量值复现的辐射源,其温度通过高温计溯源至温标固定点黑体。为满足我国对地观测、气象遥感、应对气候变化、海洋水色等领域对光谱辐射照度高精度的测量需求,中国计量科学研究院NIM建立了一套14 mm大口径钨碳-碳WC-C高温固定点黑体系统,作为基准辐射源直接复现光谱辐射照度量值,进一步缩短了量值溯源链,减少了温度测量误差。实验中高温计用来测量黑体的相对温度,采用固定点熔化温坪曲线的拐点POI值校准后得到温度绝对值。因此拐点POI的合理评估计算就十分重要。与小口径WC-C固定点黑体不同,大口径固定点的熔化温坪曲线的持续时间更长,但温度起伏也更大,因此广泛用于小口径固定点的传统拐点POI算法不再适用。提出了一种可筛选多次拟合法,用于计算大口径固定点黑体的拐点温度。采用3 mm小口径WC-C和Re-C固定点对新方法的有效性进行验证,结果表明新方法与三种传统方法的平均值的最大偏差为-0.007和-0.001 K,在500 nm引入的光谱辐射照度测量误差分别为0.002 2%和0.000 3%。进一步采用14 mm大口径WC-C大口径固定点对新方法的稳健性进行验证。分析比较了筛选条件、数据平滑处理、拟合范围对拐点POI计算结果的影响,新方法和三种传统POI计算方法的最大影响量分别为0.001和0.633 K,在500 nm引入的光谱辐射照度不确定度分别为0.000 3%和0.20%。所提出的新方法能够有效减小外界因素引入的温度误差,进一步提升光谱辐射照度量值的复现准确度,更适用于大口径高温固定点黑体拐点温度的计算。     

滤光辐射计测量黑体的温度

介绍了黑体温度测量的溯源途径及方法，分析了探测器绝对光谱响应、透镜透过率及面积效应等对黑体温度测量的影响，试验测量结果表明黑体温度可以通过标准探测器进行量值传递并溯源。与传统溯源方法相比，利用标准探测器进行量值传递测量精度可提升一个数量级，达到0.8%的水平。     

用单色亮度比较法确定高温黑体的温度

高温黑体温度的测量水平将直接影响光谱辐射度量值的不确定度。我国的高温温标截止于 2 2 0 0℃。确定2 2 0 0℃以上范围内的温度必须进行温度延伸。从Planck公式的定义出发 ,推导出用单色亮度比较法进行温度延伸的原理和方法。在国家光谱辐射度基准改造中 ,该方法被用来确定高温黑体的温度。实验证明 :使用参考灯替代法能够有效消除探测器灵敏度漂移带来的误差。此外 ,旁证实验用来验证该方案的可行性。     

地基CE312热红外辐射计定标方法分析与评价

地基CE312热红外辐射计用于星载传感器的定标,其定标精度直接影响热红外传感器的场地定标精度。文章论述CE312-1b带宽辐亮度定标法和分谱辐亮度定标法的定标原理,利用实验室黑体对CE312-1b热红外辐射计进行定标,最后利用2010年8月青海湖的野外实测数据结合MODIS观测值,分析对比两种定标方法所得定标结果的准确性及误差来源。结果表明,带宽辐亮度定标法得到的CE312热红外辐射计定标系数相对分谱辐亮度定标法所得结果在准确性、适用性方面表现更好。     

不同非均匀性校正温度的红外测温技术

为使制冷型中波红外热像仪在不同环境温度下经过非均匀性校正后保持较高的测温精度,研究了考虑非均匀性校正温度效应的中波红外热像仪标定模型。利用不同温度的面源黑体对热像仪进行非均匀性校正,然后对黑体目标进行测温实验,获得了不同校正温度下热像灰度与黑体辐射亮度之间的变化关系,建立了目标的测温数学计算模型,最后对测温结果进行误差分析。结果表明：在不同校正温度下,热像灰度相对非均匀校正辐亮度的漂移可做线性化处理,且与目标温度变化无关。在非均匀性较低的测温范围内热像仪的测温误差小于±0.22 ℃,极大减小了制冷型中波红外热像仪在不同校正温度下非均匀性校正后的测温误差。     

EQUINOX55型遥感傅里叶变换红外光谱系统的校正

利用遥感傅 里叶变换红外发射光谱，对红外辐射源的绝对光谱能量分布和热气体浓度进行测量时，首先必须对测得的红外辐射源的发射光谱强度进行校正，为此，需用已知温度的标准绝对黑体对系统进行校正，本文考察了黑体温度对EQUINOX55型遥感傅里叶变换红外光谱的响应函数的影响。结果表明，仪器响应函数随着温度的升高而增加，但当温度比较高时，仪器响应函数曲线变化趋小。     

外场用红外目标模拟器辐射特性测量研究

野外便携式红外目标模拟器作为红外目标辐射源,广泛应用于各军兵种武器装备的效能测试评估中.针对外场模拟辐射源不能精确标定的问题,采用标准面源黑体和红外傅里叶光谱辐射计相结合标定的方法,对红外模拟器特定温度下的光谱辐亮度进行测量,计算出感兴趣波段的积分辐亮度,根据模拟器辐射面积给出用户需要的模拟器各设定温度下的辐射强度.分析计算表明:计算出的感兴趣波段的积分辐亮度值和理论曲线相比较,取得了良好的一致性,间接验证了该方法的正确性.     

采用低温面源黑体实现红外系统宽动态范围定标

针对大口径地基红外辐射测量系统在辐射定标时存在定标时间长、成本高和设备机动性差等缺点,提出一种仅采用低温面源黑体实现红外系统宽动态范围定标的方法.首先对红外系统中的衰减片进行标校,测量其实际透过率并计算其辐射量;然后采用低温面源黑体在两个积分时间下分别进行辐射定标,根据定标结果解算系统响应率、杂散辐射和探测器自身偏置;结合标校获得的衰减片特性对低温定标结果进行外推,即可获得宽动态范围定标结果.为验证该定标方法有效性,分别采用该方法和通用的高温黑体加大口径平行光管定标法,对Φ600mm红外系统进行宽动态范围辐射定标实验.实验结果表明:本文方法的宽动态范围定标误差小于10.25%,能够满足该系统的辐射定标精度要求.该方法只需要一个低温黑体即可实现红外系统的外场宽动态范围辐射定标,操作简单、实时性强,具有一定的应用价值.     

High-temperature measurement techniques for the application in photometry,radiometry and thermometry

Well characterised sources of thermal radiation are essential for photometry, radiometry, and thermometry. They serve as reference radiators for the calibration of detectors and radiance sources. Thermal radiation sources are advantageous for this purpose compared to other radiance sources such as lamps or LEDs because they possess a continuous spectrum of the emitted spectral radiance, which, for blackbody sources, can be calculated analytically using Planck’s law of radiation.For application in thermometry, blackbody sources starting from temperatures near absolute zero to temperatures up to 3000 ^°C are needed for the calibration of radiation thermometers. For application in photometry and radiometry high intensity sources of radiation in the visible and UV region of the optical spectrum were required. This latter requirement is met by blackbody sources at temperatures well above 2000 ^°C. An ideal reference source should always emit the same amount of radiation at any time of use. This is realised by fixed-point radiators. Such radiators are based on a phase transition of a substance, at high temperatures the melting and freezing points of metals. However, current metal fixed-points are limited to relatively low temperatures. In the present work innovative techniques necessary for research into high-temperature thermal radiation sources are developed and thoroughly described. Starting with variable temperature blackbody sources the techniques required are: Precise apertures determination and detailed characterisation of the applied optical detectors.The described techniques are then used to undertake research into the development of high-temperature fixed-points above the copper fixed-point for application in photometry, radiometry, and thermometry. Applying these sophisticated techniques it was shown that these new high-temperature fixed-points are reproducible and repeatable to better than 100 mK at temperatures up to nearly 3200 K. Finally, a forward look is given that shows the potential of such fixed-points for improving traceability and accuracy in photometry, radiometry, and thermometry. This work forms the foundation for accurate and practical applications of high-temperature fixed-point sources and sets the international benchmark for measurement techniques in photometry, radiometry, and thermometry. This work will open the use of the novel high-temperature fixed-points in an improved International Temperature Scale and will significantly improve and ease the realisation and dissemination of the SI base unit candela, significantly reducing the uncertainty for industrial measurements in these fields.     

The Influence of the Temperature of Blackbody for Calibrating FTIR System on the Instrument Response Function∗

The instrument response function of Fourier transform infrared spectrometer is a very important parameter in infrared emission Spectroscopy to obtain infrared spectral radiance distribution of the desired sample, the concentrations of the components of combustion products in the flame etc. This paper gives the effect of the temperature of the standard blackbody for calibrating Fourier transform infrared spectrometer on the instrument response function. The result illustrates that the values of the instrument response functions decrease as the blackbody temperature increased, and tends to a limit. The paper points out that the condition must be observed for using instrument response function correctly.