極化光譜發(fā)射率測量裝置的研制.pdf

1、發(fā)射率是表征材料熱物性的參數(shù)之一，代表了物體對外輻射能力的強(qiáng)弱，在輻射測溫、航空航天、遙感、軍事隱身、醫(yī)學(xué)理療等方面都有著重要的應(yīng)用。相比全波長發(fā)射率，材料的光譜發(fā)射率攜帶的信息更加全面，應(yīng)用也更加廣泛，目前已成功應(yīng)用于分子識別、隱身材料輻射特性評價以及紅外基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域。例如在輻射測溫中，材料準(zhǔn)確的發(fā)射率數(shù)據(jù)決定了輻射測溫儀的測量精度。但在不同的測量條件下，材料的發(fā)射率是一個易變的量，受溫度、波長、粗糙度等諸多因素的影響，這嚴(yán)重制約了

2、輻射測溫的快速發(fā)展。
　　與非極化的發(fā)射率相比。材料的極化光譜發(fā)射率具有一些特殊性質(zhì)，通過研究材料極化光譜發(fā)射率的變化規(guī)律可以探索其在輻射測溫以及遙感等領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來，國內(nèi)外開始加強(qiáng)了對材料極化輻射性質(zhì)的研究。但不得不承認(rèn):極化發(fā)射率相關(guān)的測量設(shè)備依舊很少，相應(yīng)的極化發(fā)射率數(shù)據(jù)也十分匱乏。因此本文在國家自然科學(xué)基金的支持下，建立了一套極化光譜發(fā)射率測量實(shí)驗(yàn)裝置，并對純鋁以及鈦合金的輻射性質(zhì)做了深入的研究。本文主要工作如下:

3、r>　　1、基于能量法建立了一套極化光譜發(fā)射率測量實(shí)驗(yàn)裝置，裝置一共包括樣品加熱和控溫系統(tǒng)、黑體、光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、電測系統(tǒng)以及信號采集系統(tǒng)。其中樣品加熱系統(tǒng)和黑體爐屬于裝置中的輻射信號源;光學(xué)系統(tǒng)主要包括由濾波片、偏振分束立方、輻射探頭、光纖和光開關(guān);機(jī)械系統(tǒng)主要用于控制樣品和黑體的轉(zhuǎn)換以及實(shí)現(xiàn)不同角度的輻射測量;電測系統(tǒng)由以下兩部分組成:1、探測器;2、由斬波器和鎖相放大器組成的放大系統(tǒng);信號采集系統(tǒng)基于Labview軟件控制了電

4、機(jī)的旋轉(zhuǎn)，并對鎖相放大器的輸出信號做了采集和存儲。
　　2、對裝置幾個重要方面，包括樣品溫度均勻性、黑體爐軸向溫度均勻性以及系統(tǒng)的響應(yīng)系數(shù)進(jìn)行了測試評價。通過將實(shí)驗(yàn)測得的硅片極化光譜發(fā)射率數(shù)據(jù)與理論模擬和國外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做對比，驗(yàn)證了裝置的可靠性。
　　3、提出了一種模擬粗糙金屬表面方向發(fā)射率的方法，通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比說明了該方法可用于估算粗糙金屬氧化過程中0-70°的方向發(fā)射率，同時得到結(jié)論:隨著氧化程度的增加，粗糙

5、純鋁表面0-70°的方向發(fā)射率逐漸增大，70°的發(fā)射率幾乎保持不變。運(yùn)用模擬計(jì)算的方向發(fā)射率去校準(zhǔn)粗糙純鋁的表面溫度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和熱電偶測量結(jié)果的對比證明了這種方向發(fā)射率模擬方法可用于輻射測溫，且在70°計(jì)算的發(fā)射率更適用于校準(zhǔn)氧化過程中的粗糙純鋁樣品的表面溫度。
　　4、研究了熱氧化過程中Ti-6Al-4V合金的法向光譜發(fā)射率以及氧化過程中發(fā)射率波動變化的具體原因。實(shí)驗(yàn)得出，氧化前Ti-6Al-4V合金的光譜發(fā)射率在823-973