700K—1200K涂层及材料的红外光谱法向发射率的测定

本文根据分离黑体法原理,叙述了红外光谱法向发射率测试方法,介绍了温度在700K—1200K、波长在2.5—40μm范围的测试装置.将Perkin-Elmer 577型双光束自动记录红外光栅分光光度计作了微小变动,专门设计并研制了标准黑体炉,参考黑体炉及样品加热炉.测试过程在干燥的大气中进行。所测结果与文献值作了比较,吻合程度基本上是满意的。本文还对红外光谱法向发射率的计算公式作了推导,对测量误差也作了分析。给出了某些材料及涂层的红外光谱法向发射率曲线。     

稳态卡计法测量材料在不同温度条件下半球发射率

通过合理设计,组装了一台稳态卡计法热辐射测量仪,它可以测量材料在173～373 K温度范围内的半球热辐,射率.本文对该装置进行了详细介绍和误差分析,并报道了多种卫星温度控制用热辐射材料和一种新型热致变色材料(thermochromic material)的半球总发射率测量结果.     

钨和镍在350—1000K内的半球向全发射率的试验测定

本文利用非稳态卡计法精确地测定高度抛光的纯金属钨及镍在350—1000K的半球向全发射率。提出了一个修正公式,它不仅能消除非辐射热损对全热发射率的影响,而且能估计出因引进灰体假定而带来的误差。 测试结果表明,钨的全发射率的实测值与Drude自由电子模型的理论值相当符合。然而,镍则不同。它在居里温度附近,其冷却速率及全发射率都有严重畸变。只有在这个“临界温度”之外,其测定值与理论值才又趋向一致。发现镍的热发射率的这种特性恰恰与它的直流电阻率ρ的温度系数dρ/dT随温度变化的特性十分相似,从而可以设想,现有热辐射理论无法预言在临界点附近热发射率所产生的畸变,其原因可能是由于只考虑ρ,而完全忽略dρ/dT的缘故。     

金属及涂层法向热发射率的测定与检验

本文介绍了两种简易的法向热发射率测定装置. 第一种是E·Schmidt氏装置的简化与改进,它是基于测定待测物体表面的本身热辐射;第二种是基于测定待测表面对一个热辐射源辐射的反射率而间接地确定热发射率.对这两种装置的工作原理分别作出了近似的理论分析,列出了实验数据.经使用表明,这两种装置操作方便,性能稳定,可用于表面热发射率的检测.     

一种测量发射率的实验装置

基于基尔霍夫定律,研制了一种采用双光路对比法测量中、高温物体发射率的实验装置。该装置由样品加热系统、信号检测与处理系统以及显示系统三部分组成。用该装置测量了两种标准不锈钢样品(光滑钢片和粗糙钢片)在不同温度下的发射率,并采用最小二乘法将测量数据拟合成解析函数。分析了该装置的发射率测量不确定度随温度的变化关系。结果表明,在800 K～1100 K内,光滑钢片发射率的最大不确定度为σ_t=4.26×10~(-3),由此引起的测温不确定度为σ_T=0.497 K,σ_T/T=0.0611%;粗糙钢片发射率的最大不确定度为σ_t=3.80×10~(-3),由此引起的测温不确定度为σ_T=0.415 K,σ_T/T=0.0507%。     

光谱发射率测量标准参考材料研究进展

光谱发射率标准参考材料作为光谱发射率量值传递的载体,主要用于校准各种光谱发射率测量装置,提高光谱发射率测量装置的准确度。介绍了美国国家标准与技术研究院最早提出的标准参考材料及其光谱发射率数据,并详细分析了欧洲一些计量部门提出的潜在的标准参考材料的光谱发射率数据。针对近年来一些研究者提出的标准参考材料Armco铁和碳化硅(SiC),探讨了其作为光谱发射率标准的优点与不足。最后总结了光谱发射率标准参考材料所应具备的特征,并展望了光谱发射率测量标准未来的发展。     

纯钨红外光谱发射率特性研究

光谱发射率是一个重要的热物性参数,在辐射测温、热传输计算等领域有着广泛的应用。钨作为一种重要的金属,关于其光谱发射率的研究报道较少。利用黑体炉、傅里叶红外光谱仪、加热装置和光学系统搭建了一套能量对比法光谱发射率测量装置,该装置能够测量3~20μm的光谱发射率,测量装置的整体不确定度优于5%。利用该装置测量了纯钨在4个温度点(573, 673, 773和873 K)的法向光谱发射率,重点探讨了氧化、温度、波长和加热时间对纯钨光谱发射率的影响。研究结果表明:纯钨在表面未氧化的情况下,光谱发射率在几个温度点的变化规律基本一致,且数值相差较小,而当其表面发生氧化后光谱发射率迅速增加,在某些波长处出现了强烈的振荡。表面未氧化时纯钨的光谱发射率受温度的影响较小,随着温度的增加仅出现微小的增加,但是当表面发生氧化后,随温度的升高而迅速增大。纯钨的光谱发射率整体上随着波长的增加而减小,但是当表面发生氧化后,由于表面氧化膜与钨金属基底发生干涉效应,在4, 9, 12.5和16.5μm处均出现了峰值。在573和673 K,纯钨的光谱发射率随着加热时间的增加无明显变化。然而,随着温度的升高,在773和873 K时,光谱发射率随着加热时间增加而增大,在773 K时光谱发射率随加热时间的增加增幅较大,因为在该温度点,纯钨表面刚开始发生氧化,氧化速率较大,在873 K时光谱发射率随加热时间的增加增幅较为平缓,并且随着加热时间的增长呈现稳定的趋势。综上,纯钨的光谱发射率在温度较低和表面未氧化时较为稳定。随着温度的升高,当表面发生氧化后,光谱发射率迅速增大,并且在多个波长位置出现了强烈的振荡。由此可见,纯钨光谱发射率受温度、波长、加热时间的影响较大,在实际应用过程中,特别是在辐射测温过程中,如果把纯钨的光谱发射率看做常数将会带来较大的测量误差。该研究将进一步丰富钨的光谱发射率数据,并为其在科学研究和应用中提供数据支持。     

IRS400型材料发射率测试装置的研制

为了准确评估红外材料和涂层的隐身性能,研制了一套IRS400型材料发射率测试装置,主要用于温度范围（50～400）℃,光谱范围（3～5）m和（8～12）m的固体不透明材料和涂层定向发射率测量。给出IRS400型材料发射率测试装置的技术指标,阐述其工作原理,IRS400的光学系统采用全反射式设计,探测器选用钽酸锂热释电探测器,采用50 ℃～1 000 ℃黑体辐射源标准装置对黑体发射率B（1,2）进行标定。通过解决标定和环境温度补偿等关键技术,确保发射率测量不确定度小于2%(k=2)。     

一种测量金属熔点温度和法向光谱发射率的多光谱数据处理方法研究

金属熔点温度和法向光谱发射率数据是国际上对电流脉冲加热技术测量材料热物性参数的关键比对点。针对连续测量金属熔点附近温度的特点,提出了一种新的发射率假设模型,并在此基础上提出了一种新的多光谱高速高温计的数据处理方法。该方法只需使用多光谱高速高温计作为测量装置,通过处理两个不同时刻多光谱高速高温计的测量数据,由计算可同时获知两个时刻的真温及光谱发射率。经对国外的标准铌试样进行了测试,所得数据与国外同行的测量数据进行了比对,具有较好的一致性,实验结果表明,熔点真温计算值与生产者提供的值之差在±20K以内。     

表面结构对面源黑体光谱发射率的影响

随着红外测温技术的快速发展,红外测温仪在军事及民用领域得到广泛应用,对测量准确度的要求提升到了新的高度。面源黑体辐射源作为非接触测温设备校准的核心装置,近年来受到广泛的关注。发射率是描述辐射源性能的重要指标,目前缺少黑体表面形貌对发射率影响的研究。面源黑体发射率主要由表面凸锥结构和涂覆涂层决定。为设计出高发射率面源黑体,以具有凸锥结构的面源黑体为基础模型,引入间距及涂层结构,建立具有不同表面结构参数、单元间距及涂层厚度的面源黑体模型,设置基底材料为石墨,涂层材料为氮化硅,通过有限元软件得到仿真模型的反射率,利用反射率反演得到其发射率,绘制3～14μm范围内的光谱发射率曲线;研究面源黑体表面的电场分布情况。分析结构单元的宽高比、涂层厚度和结构单元间距等参数对发射率的影响。结构单元高度与发射率成正比、较窄的宽度对发射率有优化作用,发射率随宽高比的减小而增大。涂层结构改变了光谱发射率的下降趋势,在11μm后发射率上升,发射率随厚度增加而增大;单元间距变化与发射率成正比。设置初始面源黑体单元结构高度为10μm、宽度为1μm,在该模型上依次添加2μm涂层及2μm间距结构,进行仿真计算。优化后黑体...     

托克马克冷屏表面超低温发射率实验研究

采用基于傅里叶红外光谱仪的材料红外光谱发射率测试装置,对全超导托克马克装置冷屏镀银表面进行超低温(80K)发射率实验研究,得到不同镀银表面从常温到超低温条件下的表面发射率,为冷屏表面处理工艺方法提供了依据。     

白铜热氧化过程中光谱发射率特性研究

随着科技的发展,工业领域对白铜产品质量的要求日益提升;利用辐射测温技术对白铜在冶炼和加工时的温度进行精确测量,是决定产品质量的重要手段,因此研究白铜的光谱发射率特性就显得尤为重要。基于傅里叶红外光谱仪搭建的光谱发射率测量装置,测量了白铜在四个温度点（673,773,873和973 K）,波长范围2～22 μm内的光谱发射率,分别研究了波长、温度、加热时间和氧化对白铜光谱发射率的影响。研究发现,在氮气环境下白铜的光谱发射率随温度的升高而增加,随波长的增加而减少。当白铜暴露在空气环境中,随着温度的升高,其光谱发射率迅速增加。673 K时,白铜表面生成一层细微的氧化物颗粒,阻止白铜进一步氧化,这些氧化物颗粒的光谱发射率大于白铜基底,所以此温度下短波处的光谱发射率略微增加。773 K时,白铜表面氧化物的主要成分是Cu₂O,在实验过程中也观察到白铜表面逐渐变红的现象,这也是白铜在773 K温度下其光谱发射率迅速增加的原因。873 K时,白铜表面氧化物的种类和含量明显增多,氧化膜的厚度满足干涉效应条件,在白铜的光谱发射率曲线中可以明显地观察到干涉极值的演变,随着加热时间的增加,干涉极值逐渐向长波移动。随着温度的升高,白铜的抗氧化能力下降。973 K时,白铜表面的氧化程度最深,在XRD图中氧化物的峰值也最大,因此氧化1 h后由于干涉效应产生的干涉极值数最多。综上所述,波长、温度和氧化对白铜的光谱发射率有重要的影响,在运用辐射测温技术测量白铜温度时应充分考虑上述因素的影响。该研究丰富了白铜的光谱发射率数据,为辐射测温提供了真实可靠的数据支撑。     

各向异性发射点源几何外形对目标红外信号的影响

基于材料的各向异性发射特性,以点目标红外探测为应用模型,采用蒙特卡洛法建立从目标到探测器的红外传输模型,分析四种简单几何体表面的各向异性发射特性对目标红外信号的影响。结果表明,点源红外信号对各向异性发射特性的灵敏性与目标几何外形及目标表面发射率的角度分配性有关。当半球发射率保持一定时,点源信号对法向小辐角发射模型灵敏度较高,且增大法向发射率可提高目标总红外辐射强度。另外,相比椭球体、圆柱体和圆锥体,球体红外信号对各向异性发射的灵敏度最低,即发射率的角度分配性对球体目标红外信号影响最小。     

炸药爆温的光纤测温法测量

本文阐述了光纤测温技术依据的原理,给出了多通道瞬时光纤测温装置的构成。利用该装置对液体炸药硝基甲烷的实际爆轰温度及其光谱发射率进行了实验测量,结果分别为3700±100（K）和0.71±0.15。     

300～1123K铜红外光谱发射率特性研究

基于基尔霍夫定律,利用砷化镓(GaAs)半导体激光器作为标准光源研制了一种能够准确实时测量不透明物体光谱发射率的反射式测量装置。利用该装置在300~1 123K之间对黄铜和紫铜两种样品在波长1.55μm处的光谱发射率进行了系统的研究,探讨了温度、氧化、加热时间等因素对两种铜样品光谱发射率的影响。实验结果表明:黄铜和紫铜的光谱发射率均随温度的升高而增大,并且紫铜的光谱发射率始终大于黄铜的光谱发射率,两种样品随温度的光谱发射率曲线均出现了峰值和谷值。通过分析有氧化膜时金属表面的反射模型,得到了金属表面氧化膜厚度的计算公式,并利用该公式估算了紫铜发射率出现峰值和谷值时氧化膜的厚度。恒温长时间测量结果表明:光谱发射率随加热时间出现小幅增大,2h后,由于样品表面氧化达到一定程度,氧化速率开始变缓,样品表面的光谱发射率也随之开始趋于稳定。样品在较高温度处的光谱发射率数值始终大于较低温度处的发射率数值。该研究进一步丰富了铜的光谱发射率数据,并为其光谱发射率的应用提供了实验依据。     

空间基准黑体源发射率影响因素研究

空间基准黑体源对气候变化监测、防灾减灾、红外定标等方面的发展具有重要意义。空腔发射率作为空间基准黑体源最关键的表观辐射特性,在红外探测设备的校准过程中需要保持较低的不确定度。针对空间基准黑体源的定向发射率开展相应的理论建模和实验测量研究。在反向蒙特卡罗法和涂层表面辐射特性的基础上构建了方向发射率计算模型,分析了探测距离、温度非均匀性、涂层表面辐射特性等因素对空腔发射率的影响。然后,采用受控背景的材料发射率测量系统开展了相应的实验研究。研究结果可为空间基准黑体源的设计、开发与溯源提供理论指导。     

涂层的热红外发射率计算模型

根据Kubelka-Munk 模型和Mie散射理论,解出了涂覆在高发射率衬底上的红外涂层里的辐射传输方程（RTE）,建立了涂层在热红外（8～14 μm）波段的发射率的计算模型.在运用铝粉粒子作为颜料粒子的情况下,根据计算结果,得出了涂层发射率与粒子半径、涂层厚度的关系,以及最优的粒子半径范围.     

基于发射率缓变特性的光谱发射率反演研究

发射率是辐射测温的重要参数,基于普朗克定律,针对辐射测温中n个方程,n+1个未知数这一病态方程组问题,利用发射率的缓变特性提出一种新的计算方法,以此来减少未知数的个数,简化计算过程。对该计算方法进行了理论及实验验证。结果表明无论是基于理论热辐射谱还是实验数据,均能反演出与材料发射率线形一致的发射率谱及材料真实温度,当T=1 173 K时,反演所得温差最大13 K,发射率的最大绝对误差0.05;且缓变程度越大,波长间隔越小,计算的准确度越高。所述方法可应用于基于多光谱数据提取温度和发射率。     

颜料含量对复合涂层红外发射率的作用机制研究

以聚氨酯(PU)为粘合剂,某片状金属粉为颜料,采用刮涂法制备了PU/片状金属复合涂层。对不同颜料含量条件下涂层的红外发射率进行了测试,并采用扫描电镜对涂层的微结构进行了观察。发射率测试结果表明,涂层发射率随金属粉含量增加呈“∪”型变化。微结构观察结果表明,PU/片状金属复合涂层由PU和片状金属粉交错堆叠而成,具有类似一维光子结构特征。基于涂层的微结构特征,对具有转折变化特征的4个金属粉含量点状态下涂层中一维光子结构的反射光谱进行了模拟计算,结果表明：PU/片状金属复合涂层的发射率随金属粉含量变化呈“∪”型变化关系特征主要是由涂层中一维光子结构的主反射峰中心波长随颜料含量增加所产生的蓝移现象引起的。     

基于辐射加热源的材料高温发射率测量方法

材料高温辐射特性参数是量化研究热输运过程中的基本参数。本文将高能流太阳能聚集模拟器引入到材料高温发射率测量中,利用高能流太阳能聚集模拟器产生的可见光及近红外光谱辐射直接对样品进行加热,建立了材料中红外波段的高温发射率测量方法,避免了常规测量中封装窗口及高温炉体自身光谱辐射对测量的影响。基于该方法,采用红外热像仪、FTIR光谱仪等设备,搭建了实验平台,理论上可实现1700 K以内的样品发射率测量。采用该装置对某型钢进行了实验测量,获得了材料7~25μm波段内不同温度下的发射率曲线。