低温状态下的材料法向发射率测量

研究了在-60~50℃条件下准确测量材料法向发射率的方法。基于发射率定义建立了材料法向发射率测量模型。为屏蔽环境杂散辐射与大气吸收的影响,利用真空液氮背景通道搭建了低温状态下材料发射率测量装置。测量了氧化铜与高发射率陶瓷两种样品的法向发射率随温度、波长的变化情况。结果表明:两种样品的法向光谱发射率均随波长增加而降低;随温度的升高,氧化铜样品法向积分发射率稳定为0.850±0.012,陶瓷样品的法向积分发射率降低了0.124。最后,实现了低温状态下红外光谱辐射的高精度采集,对低温状态下材料法向光谱发射率测量结果的不确定度进行了评定,得到的结果显示其相对扩展不确定度小于6.0%。     

辐射温度计的等效波长及其应用

经典的有效波长和亮度温度理论仅适用于高温测量等可忽略环境辐射影响的场合.考虑了环境辐射影响,基于中值定理推导并定义等效波长,用于简化测温数学模型.用有效辐射和等效波长概念定义单色和带通辐射温度计的测量结果--亮度温度.阐述了等效波长的计算方法.利用矩形带通光谱响应近似模型,解决了难以测定光谱响应度的宽带辐射温度计的等效波长计算问题.针对(8～14)μm宽带辐射温度计计算了等效波长,可简化计算和不确定度评定.在应用实例中分析了黑体辐射源发射率对宽带辐射温度计校准的影响和用黑体辐射源直接校准发射率设定值为0.95的宽带辐射温度计的方法误差.     

窄带光谱滤光法探测低温黑体太赫兹辐射

为了准确探测低温黑体的太赫兹辐射,研究了黑体的红外辐射和太赫兹各波段辐射的差异,构建了低温黑体太赫兹辐射探测装置,提出在该装置中采用窄带光谱滤光法抑制红外辐射和透过窄带太赫兹光谱.根据普朗克公式计算并对比了各波段太赫兹辐射及红外辐射的亮度值,理论数据显示223～323 K的低温黑体的红外辐射亮度是太赫兹辐射亮度的4～10倍.将在某一窄波长带宽范围内具有高透射比的太赫兹窄带光谱滤光片放置在黑体太赫兹辐射装置的探测器前,滤除红外辐射,并对黑体的太赫兹辐射量进行光谱分段探测实验.根据实验结果计算了黑体在不同太赫兹窄波段的辐射探测值的标准偏差,并对实验结果与黑体太赫兹辐射亮度理论计算值进行了比较.结果显示,窄带光谱滤光法可以实现低温黑体的太赫兹窄带辐射亮度探测.     

成像光谱仪辐射定标影响量的测量链与不确定度

分析了成像光谱仪遥感观测数据中包含的地物光谱特征、仪器参数和大气传输特性等的信息结构。研究了成像光谱仪辐射定标的物理过程和测量链,应用1993年国际标准化组织(ISO)颁布的《测量不确定度表示指南》,分析了辐射定标11项影响量的测量不确定度和合成标准不确定度。遥感辐射定标的绝对精度就是不确定度。辐射定标需要辐射标准、积分球光源、光谱辐射计以及遥感器上设置星上定标装置等专用设备和技术,并经过多级测量链的测试过程才能完成。光谱辐照度标准的不确定度在3%~5%,辐射定标中其它影响量的测量不确定度限制在1%~2%,成像光谱仪辐射定标的绝对精度才能达到5%~8%,这需要相当好的仪器设备和光辐射测试技术。     

辐射光谱测温法测量误差实验研究

针对辐射光谱测温法测量误差问题,利用黑体炉搭建了标准辐射测温实验平台,选用200~1 100nm波段光谱仪对标准高温源进行辐射光谱测量。讨论了高温源辐射光谱特征,并基于辐射光谱测温法获得了温度测量值,该值与标准参考值的相对偏差小于4%,同时分析了测量重复性引起的标准不确定度分量,为辐射测温法应用提供参考。     

高温下材料发射率测量的新方法

本文提出了一种用激光加热、采用半球形镜反射空腔测量高温下材料发射率的新方案,介绍了测量装置、测量原理及有关的空腔理论分析,进行了误差评估并给出典型的测量结果。理论分析和测试结果表明,材料表面的法向光谱发射率测量总不确定度不超过0.05。     

低背景辐射校准装置的光机特性

低背景辐射校准装置由多个舱室和黑体组成,其突出特点是模块式的结构和辐射的光学偏转.模块式结构使得校准装置可以工作于多种方式,如辐射源的校准、辐射探测设备的校准和辐射度的溯源.校准装置内的标准辐射,参考辐射和待测辐射由光学偏转方式进行同轴,使装置避免了大型导轨平台的使用.工作时,校准装置可以抽真空到1.33×10^-2 Pa.充液氮后,校准装置的背景温度低于80 K.这些特点使校准装置具有足够的能力进行-60～+80℃温度区间目标的光谱辐射度校准.     

紫外辐射照度标准装置测量不确定度的评估分析

较为详尽地分析了紫外辐射照度标准装置中各个因素对测量结果的影响,并给出了装置测量结果的相对扩展不确定度,为紫外辐射照度计的测量校准工作不确定度的评定以及新的标准装置的研制提供参考。     

红外高光谱干涉仪辐射定标误差敏感性因子的仿真分析

鉴于对高精度高时空分辨率大气探测资料日益增长的科研和业务需求,我国正大力发展星载红外高光谱探测系统。星载红外高光谱干涉仪光机结构复杂,仪器状态会显著影响其定标精度。本文通过理论分析和仿真实验,分别讨论了内黑体发射率、低温黑体发射率、内黑体与环境温度差、非线性系数以及直流电压演算等误差敏感性因子影响辐射定标精度的特征。分析表明定标辐射偏差的绝对值与内黑体/低温黑体发射率呈线性关系,且与内黑体与环境温度差、非线性系数、直流电压呈正相关;提高内黑体发射率和低温黑体发射率到0.985以上、控制内黑体与环境温度差在0.6 K左右、控制干涉仪的非线性效应系数低于0.04,这些方案均是实现0.1 K辐射定标精度的必要条件;辐射定标参数对定标辐射的影响特征结合地面真空实验的定标参数估计,可以迭代得到已测得和未知的定标参数的最优估计,从而提高定标精度。本文的研究结果对于红外高光谱干涉仪的参数设计以及辐射定标误差来源的识别和订正有着十分重要的意义。     

大口径高发射率水热管标准黑体辐射源

为满足国内黑体辐射源亮度温度的溯源需求,中国计量科学研究院研制了50~270℃大口径高发射率水热管标准黑体辐射源。本文介绍了水热管黑体辐射源的研制、性能测试和不确定度。利用Monte Carlo方法研究了圆柱形空腔内壁V槽角度对空腔法向有效发射率的影响。设计了圆柱形空腔,内壁加工31°角的1 mm深V形槽,喷涂高发射率Pyromark 1200黑漆,空腔开口74 mm,腔深520 mm,法向有效发射率优于0.999 8,实现了黑体源空腔在大口径条件下的高发射率。设计了基于PID控制的黑体辐射源温度控制系统和高精度的黑体辐射源空腔温度测量系统。水热管黑体辐射源的温度稳定性为0.04℃/20 min,空腔底部有效亮度温度均匀性为0.08℃,有效亮度温度扩展不确定度为0.036~0.104℃。建立了基于变温黑体辐射源的国家亮度温度标准。