基于傅立葉紅外光譜儀的材料光譜發(fā)射率測量技術(shù)的研究.pdf

1、發(fā)射率是描述物體熱輻射特性的重要參數(shù)，在航天、航空、國防、科學(xué)研究及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中具有重要研究意義和應(yīng)用價(jià)值。例如，當(dāng)航天飛機(jī)、衛(wèi)星在空間飛行時(shí)，它們表面的輻射特性數(shù)據(jù)是其熱控制的重要依據(jù)。在紅外制導(dǎo)武器對抗中，對導(dǎo)彈火焰和蒙皮輻射特性數(shù)據(jù)的掌握是能否突防的關(guān)鍵，而對軍事目標(biāo)輻射特性的認(rèn)知又是能否有效攻擊和隱身的重要因素。在民用領(lǐng)域中，在糧食、油漆、皮革烘干、電采暖中，加熱體輻射特性的控制是節(jié)能降耗和提高生產(chǎn)效率的重要技術(shù)。在輻射測

2、溫技術(shù)中，發(fā)射率是現(xiàn)有測溫方法中想得到目標(biāo)真溫而必須先知的唯一參數(shù)，也是影響目前輻射測溫技術(shù)廣范應(yīng)用的瓶頸技術(shù)。
　　材料發(fā)射率不僅取決于材料的組成成分和材料的表面狀態(tài)(粗糙度、氧化等)，還與材料的溫度、考察的波長及觀察的方向等因素有關(guān)。它不是物質(zhì)的本征特性，隨外界條件變化，不易測得。多年來，各國學(xué)者進(jìn)行了大量和深入的研究，提出了很多測量方法，研制了種類繁多的測量設(shè)備，得到大量熱物性數(shù)據(jù)。但是不得不承認(rèn)：目前發(fā)射率的測量技術(shù)水平還

3、不夠高，數(shù)據(jù)分散性較大，而且我國還處于起步狀態(tài)。因此，本文在國家自然科學(xué)基金和航天材料與工藝研究所的資金支持下，在建立基于傅里葉紅外光譜儀的光譜發(fā)射率測量裝置的基礎(chǔ)上，對光譜發(fā)射率測量技術(shù)進(jìn)行深入的研究。本文主要完成了以下幾方面的創(chuàng)新性研究工作：
　　1.研制基于傅里葉紅外光譜儀的材料光譜發(fā)射率測量裝置。設(shè)計(jì)了試樣加熱爐、參考黑體爐、反射式聚光光路、恒溫環(huán)境腔體和真空系統(tǒng)。采用恒溫環(huán)境輻射補(bǔ)償技術(shù)，有效地消除背景輻射的影響。系統(tǒng)的

4、主要技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于國際同類裝置。
　　2.考慮到環(huán)境輻射對測量結(jié)果的影響，提出了背景輻射補(bǔ)償新算法。測量環(huán)境的背景輻射包括兩個(gè)部分：一是光譜儀內(nèi)部輻射，另一個(gè)是光譜儀外部輻射，它們通過一定的方式耦合到光譜儀中去，給測量結(jié)果造成較大影響。本文提出了兩次測量的環(huán)境補(bǔ)償新算法，有效消除了環(huán)境的影響。
　　3.從維恩位移定律得到啟示，提出一種基于光譜測量溫度的新方法。采用傅里葉紅外光譜儀，測量目標(biāo)的輻射光譜曲線，找到曲線峰值時(shí)的波長，

5、再根據(jù)維恩位移定律得到目標(biāo)的溫度，稱為光譜極值法。理論上分析了采用該方法測量黑體目標(biāo)和實(shí)際目標(biāo)的不確定度，建立了驗(yàn)證裝置，并進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，理論和實(shí)驗(yàn)都證明了該方法具有較高的測量精度和實(shí)用性。
　　4.利用本文研制的光譜發(fā)射率測量裝置，對兩種航天材料的光譜發(fā)射率進(jìn)行了測量實(shí)驗(yàn)研究，揭示了材料光譜輻射特性隨波長和溫度的變化規(guī)律。對測量系統(tǒng)進(jìn)行了不確定度分析，結(jié)果表明系統(tǒng)測量不確定度滿足設(shè)計(jì)要求。
　　系統(tǒng)研制后，受多個(gè)單位的委托