發(fā)射率的測量

1、發(fā)射率的測量綜述專業(yè)：光學(xué)工程姓名： 郭 亞 玭學(xué)號：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)的識別和熱控問題； （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、災(zāi)情預(yù)報等問題； （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，由于軍

2、事、國防 、材料及能源技術(shù)的快速發(fā)展，對發(fā)射率測量提出了越來越高的要求 。同時，由于探測 、計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)射率測量技術(shù)也得到了長足的發(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)射某波長的輻射，則也不能吸收該波長的輻射。絕對黑體對于任何波長在單位時間，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，同時將各種物質(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。 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、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及不同方向上不同，因此，按波長范圍可分為光譜（或單色）及全波長發(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)不同的測量原理，通常將發(fā)射率測量方法分為量熱法、反射率法、輻射能量法及多波長測量法等。一、量熱法 量熱法基本原理是：被測樣品與周圍相關(guān)物體共同組成一個熱交換系統(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，再測出樣品有關(guān)點的溫度值，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，該方法測溫范圍寬，為-501000 。但只能測全波長半球發(fā)

4、射率，不能測量光譜或定向發(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，通過測量試樣溫度、加熱功率等參數(shù)，再結(jié)合輔助設(shè)備測量物體的發(fā)射率。優(yōu)點有：設(shè)備相對簡單，測量速度快，測溫上限高（4000 以上），精度高，缺點是只能測導(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，只要將已知強度的輻射能投射到被測的不透明樣品表面上，并用反射計測出表面反射能量，即可求得樣品的反射率，進(jìn)而計算發(fā)射率。 通常采用的反射計有熱腔反射計、積分球（拋物面、橢球面等）反射計、鏡面反射計及測角反射計等。 （1）熱腔反射計法測量范圍通常為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，所以不適于高溫測量，但此方法能測出樣品的光譜及方向發(fā)射率，樣品制備簡便，設(shè)備簡單，測試周期也較短，故仍得到一定應(yīng)用。二、反射率法三、多波長法 多波長輻射測溫法是在一個儀器中制成多個光譜通道，利用多個光譜的物體輻射亮度測量信息，假定發(fā)射率和波長關(guān)系模型，經(jīng)過數(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)點是不需要特制試樣，測量速度快，可以現(xiàn)場測量，測溫上限幾乎沒有限制，因而特別適合于高溫、甚高溫目標(biāo)的真溫及材料發(fā)射率的同時測量，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，測量精度還不

6、高，目前還沒有一種算法可以適應(yīng)所有材料。現(xiàn)在儀器水平為：溫度范圍常溫5000 、波長數(shù)435、發(fā)射率測量精度5%左右。四、能量法 能量法的基本原理是直接測量樣品的輻射功率，根據(jù)普朗克或斯蒂芬-玻爾茲曼定律和發(fā)射率定義計算出樣品表面發(fā)射率值。 由于目前輻射的絕對測量尚難達(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器分別測量絕對黑體及樣品的輻射功率，兩者之比就是材料的發(fā)射率值。近年來國內(nèi)外廣泛采用傅里葉分析光譜儀進(jìn)行測量，優(yōu)點是測量的光譜范圍較寬，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 具體實驗步驟如下： （1）樣品安裝好后從樣品爐側(cè)面插入一支校準(zhǔn)過的熱電偶進(jìn)行溫度測量； （2）設(shè)定參考黑體溫度500、600、700、800 ，在此溫度下測量黑體的光譜輻射能量，對光譜儀的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量樣品的光譜輻射能量，同時記錄熱電偶讀數(shù)，即為樣品溫度 （4）利用發(fā)射率公式計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)射率測量有以下4個特點： 1、多種方法并存，沒有一種測量方法能取得主導(dǎo)地位； 2、沒有國際標(biāo)準(zhǔn)建立，缺乏國際之間對比缺乏權(quán)