发射率的测量课件.pptx

发射率的测量综述 专业：光学工程 姓名： 郭 亚 玭 学号：15SD21113 目录 研究背景 分类及原理 总 结 研究背景 各种物质表面的发射率（也称辐射率、黑度系数等）是表征物质表面辐射本领的物理量，是一项重要的热物性参数。在很多领域发挥着重要的作用。例如： （1）空间目标：卫星表皮、窗口材料、光学镜面等，主要解决空间目标的识别和热控问题； （2）军事目标：导弹的火焰与蒙皮、发射车、坦克、飞机等，主要解决红外制导和隐身问题； 研究背景 （3）遥感目标：地面、海洋、森林等，主要解决资源探测、灾情预报等问题； （4）民用领域：红外加热、食品烘干、医学理疗等，直接关系到人们的日常生活和身体健康。 近年来，由于军事、国防 、材料及能源技术的快速发展，对发射率测量提出了越来越高的要求 。同时，由于探测 、计算机技术的发展，发射率测量技术也得到了长足的发展。  分类及原理 基尔霍夫定律是一切物体热辐射的普遍定律: 吸收本领大的物体，其发射本领也大, 如果物体不能发射某波长的辐射，则也不能吸收该波长的辐射。绝对黑体对于任何波长在单位时间，单位面积上发出或吸收的辐射能都比同温度下的其它物体要多。 基尔霍夫定律的意义在于将物体的吸收能力和发射能力联系起来，同时将各种物质的吸收、发射能力与黑体的吸收、发射能力联系起来。 为了描述非黑体的辐射,引入辐射发射率或比辐射率 介于0和1之间（分为黑体，灰体，选择体），是关于波长、温度及表面性质的函数。 分类及原理 材料的热辐射特在不同波长及不同方向上不同，因此，按波长范围可分为光谱（或单色）及全波长发射率；按发射方向可分为方向、法向及半球发射率。 根据不同的测量原理，通常将发射率测量方法分为量热法、反射率法、辐射能量法及多波长测量法等。 一、量热法 量热法基本原理是：被测样品与周围相关物体共同组成一个热交换系统，根据传热理论推导出系统有关材料发射率的传热方程，再测出样品有关点的温度值，就能确定系统的热交换状态，从而求出样品发射率。按热交换系数可分为稳态法及瞬态法两大类 。 （1）常用的稳态量热法是灯丝加热法，该方法测温范围宽，为-50~1000 ℃ 。但只能测全波长半球发射率，不能测量光谱或定向发射率。 （2）瞬态量热法采用瞬态加热技术（如激光、电流等），使试样温度急剧升高，通过测量试样温度、加热功率等参数，再结合辅助设备测量物体的发射率。优点有：设备相对简单，测量速度快，测温上限高（4000 ℃以上），精度高，缺点是只能测导体材料。 二、反射率法 根据能量守恒定律及基尔霍夫定律，只要将已知强度的辐射能投射到被测的不透明样品表面上，并用反射计测出表面反射能量，即可求得样品的反射率，进而计算发射率。 通常采用的反射计有热腔反射计、积分球（抛物面、椭球面等）反射计、镜面反射计及测角反射计等。 （1）热腔反射计法测量范围通常为1~15μm，精度3%~5%，但该方法的精度在很大程度上取决于样品温度，而且必须大大低于热腔壁的温度，所以不适于高温测量，但此方法能测出样品的光谱及方向发射率，样品制备简便，设备简单，测试周期也较短，故仍得到一定应用。 二、反射率法 三、多波长法 多波长辐射测温法是在一个仪器中制成多个光谱通道，利用多个光谱的物体辐射亮度测量信息，假定发射率和波长关系模型，经过数据处理得到物体的温度和材料的光谱发射率。 这种方法不需要辅助设备和附加信息，最大优点是不需要特制试样，测量速度快，可以现场测量，测温上限几乎没有限制，因而特别适合于高温、甚高温目标的真温及材料发射率的同时测量，在目前已有的应用中表现了极好的发展前景。 但是由于其理论还不够完备，测量精度还不高，目前还没有一种算法可以适应所有材料。现在仪器水平为：温度范围常温~5000 ℃ 、波长数4~35、发射率测量精度5%左右。 四、能量法 能量法的基本原理是直接测量样品的辐射功率，根据普朗克或斯蒂芬-玻尔兹曼定律和发射率定义计算出样品表面发射率值。 由于目前辐射的绝对测量尚难达到较高精度，故通常采用能量比较法，即在同一温度下用同一探测器分别测量绝对黑体及样品的辐射功率，两者之比就是材料的发射率值。近年来国内外广泛采用傅里叶分析光谱仪进行测量，优点是测量的光谱范围较宽，约为2~28μm，温度范围为室温至3000 ℃