蒙特-卡罗法计算黑体空腔有效发射率

介绍了蒙特-卡罗法计算黑体空腔发射率的基本思想和主要算法。首先阐述了计算黑体空腔有效发射率的理论基础,然后分别从正向光线追迹和逆向光线追迹的角度对蒙特-卡罗法的具体算法予以说明,提出逆向追迹思想能方便地计算空腔的定向有效发射率,经过运算可以得到腔积分半球有效发射率和平均垂直有效发射率。最后对比了采用蒙特-卡罗法和其它方法的计算结果,分析表明：蒙特-卡罗法在计算黑体空腔有效发射率上是准确的,劣势在于计算速度慢。     

球形空腔内退极化场的计算

本文给出了在普物范围内求解球形空腔内退极化场的两种方法．     

均匀极化电介质内的球形空腔问题

运用拉普拉斯方程对均匀极化电介质被挖出一个球形空腔的内、外电场强度进行了新的运算，得到了与一些教材不同的结论．同时指出了绝缘材料中的气泡对材料绝垆性能的影响与危害．     

三维空腔辐射场计算的一种简化数值方法

给出三维空腔辐射场计算的一种简化数值方法。在一些物理假定条件下,把问题简化为解反照边界条件的 Boltzmann方程。对方法作了详细描述,讨论了迭代过程的收敛性,最后给出了数值例子。     

空腔"黑体"辐射的简单模型及推论

建立了一个简单的模型来描绘空腔辐射中腔壁与辐射场的能量交换,由此可以得到空腔辐射平衡场能谱的性质,基尔霍夫定律,以及空腔与黑体的关系．     

黑体空腔中热平衡条件的导出

通过黑体空腔中原子的电偶极振子辐射阻尼损失的能量和该振子从电磁波获得能量相等的事实导出热平衡条件.     

具有单调发射率表现的三波段温度测量方法

针对有限短波段内连续辐射物体的发射率通常具有单调性这个事实 ,提出波段辐射测量方法 ,即选择三个非相关波段构造测量方程。这种方法避免了单色辐射测量在技术实现上的难度 ,同时从理论上证明了具备求解温度的封闭完备性。在测量数据处理上 ,采用分量计算 ,使该方法在测量过程中无需标定 ,并且实现了真正意义上的非接触式的二维温度场的测量。     

一种红外光谱发射率测量装置的研制

研制了一种利用对称双光路比对法测量材料表面光谱发射率的装置,该装置采用多光谱辐射测温技术测量材料表面温度,解决了不规则材料表面温度难以精确测定的问题,实现了材料表面半球发射率和表面温度的同时测定。     

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。     

基于8～14μm带宽的谱带发射率的研究

针对红外测量中常用的8～14μm的带宽,依据前人的实验结果,计算了两种材料的谱带发射率,并且通过简单的实验,测量了几种材料的谱带发射率。实验和计算结果表明:谱带发射率与温度之间存在着某种函数关系。对于常用的带通辐射测温仪和热像仪,如果测量对象为非灰体,仍然把发射率值看作是一个常数,将会导致较大的测量误差。初步研究表明,对于非金属和真空中的金属,谱带发射率与温度近似存在线性关系。利用拟合出的谱带发射率与温度的函数关系式,可以作为辐射测温仪和热像仪的修正,不仅简化了计算,而且能够提高其测量精度。     

基于发射率偏差约束的多光谱真温反演算法

基于二次测量的多光谱辐射测温反演算法由于无需事先假设发射率模型而受到广泛关注,但需要较长的迭代时间,并且需要设定合适初始温度和发射率范围。为此提出了基于发射率偏差约束的多光谱真温反演算法。将二次测量法中发射率连续迭代转变为发射率偏差约束后迭代,拟合了光谱发射率偏差和温度偏差之间的函数关系,依据此函数关系确定每次迭代所产生的发射率偏差,从而迅速减小发射率搜索范围,提高计算效率。针对四种光谱发射率模型的仿真结果表明,与二次测量法相比,新算法无需设定温度初值范围,在保证反演精度的前提下,运算效率提高60%以上。     

Simple method for calculating the local effective emissivity of the blackbody cavity as a temperature sensor

A blackbody cavity is used as a temperature sensor for measuring the average temperature of the molten liquid. Due to the deviation of fabrication and installation, the detector usually receives the radiation from the different regions of the measuring cavity, so the local effective emissivity distribution is an important parameter to evaluate the measuring temperature discrepancy of a blackbody cavity sensor. We introduced the net-radiation method into the finite element method and extended it to calculate the local effective emissivity of blackbody cavities. It was applied to three typical cavities, and the calculated results are in very well agreement with those in references. This method is simple, easy to use, replicable, and very suitable to evaluate and design a novel cavity.     

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。     

薄膜的光谱发射率

本文讨论了薄膜内的多次反射对低吸收薄膜光谱发射率的影响。这里推导出的薄膜发射率的表达式与薄膜厚度d和其光学常数n(λ）和k(λ）有关。在d→∞的特殊情况下，薄膜发射率与大块材料发射率相等。给出了实际数值评价及发射率与d、n(λ）和k(λ)相互关系的更为精确的数值结果。     

Anisotropic Spherical Cavity Resonator I. Azimuthally Homogeneous Oscillations

Resonant oscillations are considered in the spherical cavity with the uniform crystal medium and bounded by a non-perfect conductor. The Maxwell equations are reduced to the couple of wave equations each describing the TE and TH modes. We show that the crystal anisotropy affects only the TM modes. The solution of the wave equations satisfies the boundary conditions on the spherical surface that define the spherical characteristics of the resonant oscillations. New types if TM modes appear caused by the anisotropy of the medium. The analytical solution of the dispersion equation is considered in the form of continued fraction. Numerical results are presented demonstrating of natural frequencies of higher mode numbers.     

钕玻璃微球腔模式移动的观察

报道钕玻璃微球腔在尺寸发生微小变化时腔模也随之移动；腔模移动对泵浦耦合产生了重大影响。     

基于发射率模型约束的多光谱辐射真温反演法

温度测量是工业生产或科学实验中保证产品质量、降低生产成本和确保实验安全的重要因素之一。目前非接触的测温方法以辐射测温法为主,二次测量法是多光谱辐射测温中一种常用的方法。但是,二次测量法不适用于实时数据处理。针对此问题,基于多光谱亮度温度数学模型引入了发射率模型约束条件,提出了一种多光谱辐射真温快速反演法。对于非黑体,根据不同波长下的亮度温度的关系,得出当亮度温度在一个区间内是增函数或者常数函数时,发射率在该区间内是增函数;当亮度温度在一个区间内是减函数时,则发射率在该区间内满足一个关于发射率和波长的不等式。该发射率模型约束条件根据亮度温度的信息,将发射率假设值的构建由多类减少到一类,避免了不必要的发射率的构建。实验分别采用实际发射率随波长单调下降、单调上升、先下降再上升、先上升再下降和随机变化的具有代表性的五个被测目标,针对两个被测温度点进行了仿真对比分析。结果表明,与二次测量法相比,对于同一个被测目标,在相同的温度初值和相同的发射率搜索范围下,新算法在保证精度的情况下,不仅所得结果相同,而且处理速度提升了19.16%～43.45%。     

热像法研究基底材料与薄膜的发射率变化关系

介绍了镀膜技术和红外热像仪测量镀膜材料发射率的方法,并利用红外热像法分析了基底材料对薄膜发射率的影响。通过实验研究了镀膜时间与膜厚度变化导致的测量波段发射率的变化关系。     

Spherical excitons in manyelectron atoms

The theory is built of a new class of elementary excitations in manyelectron atomes or molecules-spherical excitons, that consists of an electron and a hole in definite angular momentum representation. Spherical excitons may be used as effective sources of electromagnetic high orders multipole waves.     

基于光谱发射率函数基形式不变的辐射测温技术

近年来,随着国防、工业、科技等领域飞速发展,无论是对于军用动力发射系统还是对于民用钢铁冶炼以及高科技新兴产业,辐射温度测量都具有重要意义。尤其在温度极高且伴随着瞬态测温(小于1 μs)需求的场合,多光谱辐射测温法被广泛运用。多光谱辐射测温法是通过选取被测目标多个特征波长,测量特征波长的辐射信息,再假设发射率与波长相关的数学模型,最终求解得到辐射温度。目前,利用该方法实际测温时,光谱发射率都采用固定的假设数学模型,而针对目标在不同温度状态下,该固定模型则无法进行自适应变化。同样,在不同温度下,如何解算最终的发射率和辐射温度也没有普适性的方法。基于普朗克黑体辐射定律,提出一种被测目标在不同温度下光谱发射率函数基形式不变的思想,简称发射率函数基形式不变法。通过该方法,发射率模型可以根据物体在不同温度状态下,函数系数动态改变来进行自适应变化。同时对于如何解算最终的发射率和辐射温度也相应提出了普适性的方法。通过大量仿真验证以及实际测量光谱辐射照度标准灯和溴钨灯温度实验,证明本文提出的方法比现有的光谱发射率处理方法更加简单实用并且能够有效地提高光谱发射率的计算精度,从而提高辐射温度测量精度。同时具有实用性好、应用广泛等特点。