發(fā)射率的測(cè)量

1、發(fā)射率的測(cè)量綜述專業(yè)：光學(xué)工程姓名： 郭 亞 玭學(xué)號(hào)：15SD21113目錄研究背景分類及原理總 結(jié)研究背景 各種物質(zhì)表面的發(fā)射率（也稱輻射率、黑度系數(shù)等）是表征物質(zhì)表面輻射本領(lǐng)的物理量，是一項(xiàng)重要的熱物性參數(shù)。在很多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。例如： （1）空間目標(biāo)：衛(wèi)星表皮、窗口材料、光學(xué)鏡面等，主要解決空間目標(biāo)的識(shí)別和熱控問(wèn)題； （2）軍事目標(biāo)：導(dǎo)彈的火焰與蒙皮、發(fā)射車、坦克、飛機(jī)等，主要解決紅外制導(dǎo)和隱身問(wèn)題； 研究背景 （3）遙感目標(biāo)：地面、海洋、森林等，主要解決資源探測(cè)、災(zāi)情預(yù)報(bào)等問(wèn)題； （4）民用領(lǐng)域：紅外加熱、食品烘干、醫(yī)學(xué)理療等，直接關(guān)系到人們的日常生活和身體健康。 近年來(lái)，由于軍

2、事、國(guó)防 、材料及能源技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)發(fā)射率測(cè)量提出了越來(lái)越高的要求 。同時(shí)，由于探測(cè) 、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)射率測(cè)量技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。 分類及原理 基爾霍夫定律是一切物體熱輻射的普遍定律: 吸收本領(lǐng)大的物體，其發(fā)射本領(lǐng)也大, 如果物體不能發(fā)射某波長(zhǎng)的輻射，則也不能吸收該波長(zhǎng)的輻射。絕對(duì)黑體對(duì)于任何波長(zhǎng)在單位時(shí)間，單位面積上發(fā)出或吸收的輻射能都比同溫度下的其它物體要多。 基爾霍夫定律的意義在于將物體的吸收能力和發(fā)射能力聯(lián)系起來(lái)，同時(shí)將各種物質(zhì)的吸收、發(fā)射能力與黑體的吸收、發(fā)射能力聯(lián)系起來(lái)。 為了描述非黑體的輻射,引入輻射發(fā)射率或比輻射率 介于0和1之間（分為黑體，灰體，選擇體），是關(guān)于

3、波長(zhǎng)、溫度及表面性質(zhì)的函數(shù)。分類及原理 材料的熱輻射特在不同波長(zhǎng)及不同方向上不同，因此，按波長(zhǎng)范圍可分為光譜（或單色）及全波長(zhǎng)發(fā)射率；按發(fā)射方向可分為方向、法向及半球發(fā)射率。 根據(jù)不同的測(cè)量原理，通常將發(fā)射率測(cè)量方法分為量熱法、反射率法、輻射能量法及多波長(zhǎng)測(cè)量法等。一、量熱法 量熱法基本原理是：被測(cè)樣品與周圍相關(guān)物體共同組成一個(gè)熱交換系統(tǒng)，根據(jù)傳熱理論推導(dǎo)出系統(tǒng)有關(guān)材料發(fā)射率的傳熱方程，再測(cè)出樣品有關(guān)點(diǎn)的溫度值，就能確定系統(tǒng)的熱交換狀態(tài)，從而求出樣品發(fā)射率。按熱交換系數(shù)可分為穩(wěn)態(tài)法及瞬態(tài)法兩大類 。 （1）常用的穩(wěn)態(tài)量熱法是燈絲加熱法，該方法測(cè)溫范圍寬，為-501000 。但只能測(cè)全波長(zhǎng)半球發(fā)

4、射率，不能測(cè)量光譜或定向發(fā)射率。 （2）瞬態(tài)量熱法采用瞬態(tài)加熱技術(shù)（如激光、電流等），使試樣溫度急劇升高，通過(guò)測(cè)量試樣溫度、加熱功率等參數(shù)，再結(jié)合輔助設(shè)備測(cè)量物體的發(fā)射率。優(yōu)點(diǎn)有：設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，測(cè)量速度快，測(cè)溫上限高（4000 以上），精度高，缺點(diǎn)是只能測(cè)導(dǎo)體材料。二、反射率法 根據(jù)能量守恒定律及基爾霍夫定律，只要將已知強(qiáng)度的輻射能投射到被測(cè)的不透明樣品表面上，并用反射計(jì)測(cè)出表面反射能量，即可求得樣品的反射率，進(jìn)而計(jì)算發(fā)射率。 通常采用的反射計(jì)有熱腔反射計(jì)、積分球（拋物面、橢球面等）反射計(jì)、鏡面反射計(jì)及測(cè)角反射計(jì)等。 （1）熱腔反射計(jì)法測(cè)量范圍通常為115m，精度3%5%，但該方法的精度在很大

5、程度上取決于樣品溫度，而且必須大大低于熱腔壁的溫度，所以不適于高溫測(cè)量，但此方法能測(cè)出樣品的光譜及方向發(fā)射率，樣品制備簡(jiǎn)便，設(shè)備簡(jiǎn)單，測(cè)試周期也較短，故仍得到一定應(yīng)用。二、反射率法 三、多波長(zhǎng)法 多波長(zhǎng)輻射測(cè)溫法是在一個(gè)儀器中制成多個(gè)光譜通道，利用多個(gè)光譜的物體輻射亮度測(cè)量信息，假定發(fā)射率和波長(zhǎng)關(guān)系模型，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理得到物體的溫度和材料的光譜發(fā)射率。 這種方法不需要輔助設(shè)備和附加信息，最大優(yōu)點(diǎn)是不需要特制試樣，測(cè)量速度快，可以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，測(cè)溫上限幾乎沒(méi)有限制，因而特別適合于高溫、甚高溫目標(biāo)的真溫及材料發(fā)射率的同時(shí)測(cè)量，在目前已有的應(yīng)用中表現(xiàn)了極好的發(fā)展前景。 但是由于其理論還不夠完備，測(cè)量精度還

6、不高，目前還沒(méi)有一種算法可以適應(yīng)所有材料?，F(xiàn)在儀器水平為：溫度范圍常溫5000 、波長(zhǎng)數(shù)435、發(fā)射率測(cè)量精度5%左右。四、能量法 能量法的基本原理是直接測(cè)量樣品的輻射功率，根據(jù)普朗克或斯蒂芬-玻爾茲曼定律和發(fā)射率定義計(jì)算出樣品表面發(fā)射率值。 由于目前輻射的絕對(duì)測(cè)量尚難達(dá)到較高精度，故通常采用能量比較法，即在同一溫度下用同一探測(cè)器分別測(cè)量絕對(duì)黑體及樣品的輻射功率，兩者之比就是材料的發(fā)射率值。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外廣泛采用傅里葉分析光譜儀進(jìn)行測(cè)量，優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量的光譜范圍較寬，約為228m，溫度范圍為室溫至3000 。四、能量法 四、能量法 四、能量法 四、能量法 四、能量法四、能量法 具體實(shí)驗(yàn)步驟如下： （1）樣品安裝好后從樣品爐側(cè)面插入一支校準(zhǔn)過(guò)的熱電偶進(jìn)行溫度測(cè)量； （2）設(shè)定參考黑體溫度500、600、700、800 ，在此溫度下測(cè)量黑體的光譜輻射能量，對(duì)光譜儀的R()和S()進(jìn)行標(biāo)定； （3）樣品加熱爐溫度設(shè)為600、700、800，在此溫度下用光譜儀測(cè)量樣品的光譜輻射能量，同時(shí)記錄熱電偶讀數(shù)，即為樣品溫度 （4）利用發(fā)射率公式計(jì)算出不同溫度下的光譜發(fā)射率?？偨Y(jié) 綜上所述，目前發(fā)射率測(cè)量有以下4個(gè)特點(diǎn)： 1、多種方法并存，沒(méi)有一種測(cè)量方法能取得主導(dǎo)地位； 2、沒(méi)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建立，缺乏國(guó)際之間對(duì)比缺乏