超高温FT-IR光谱发射率测量系统校准方法研究

针对材料发射率数据日益增长的需求,建立了超高温傅里叶变换（FT）光谱发射率测量系统.为校准材料光谱发射率的测量结果,建立了包含辐射传交换、固体热传导、辐射测温在内的发射率校准模型. 通过校准模型定量分析了试样辐射热损、厚度、热导率等因素引起的发射率测量误差.结果表明,这些因素均导致试样测量温度偏高,而发射率测量结果偏低.测量了真空环境下2000℃时纯度为99.99%石墨的光谱发射率曲线.采用模型校准后的发射率曲线与文献比较,取得了比较一致的结果.该方法在超高温发射率测量技术中可以有效地提高测量精度.     

低发射率材料红外法向发射率谱测量方法的研究

采用热管技术研制了材料发射率谱的专用测量附件;利用双温测量技术,在P-E983型红外分光光度计及3600型数据站上进行了较低温度下低发射率材料红外法向发射率谱测量方法的研究.实测了几种材料的发射率谱;讨论了影响测量误差的诸因素.     

平滑度指数对光谱迭代平滑温度发射率分离算法精度的影响分析

光谱迭代平滑温度发射率分离算法是针对高光谱数据温度发射率分离的有效算法,该算法的关键之处在于引入了衡量地物发射率曲线平滑程度的平滑度指数,用这个指数来评价地物发射率曲线中的大气吸收线残留程度,进而得到地物的温度,最后计算地物的发射率.针对目前文献中定义的平滑度指数和平滑度指数可能的定义,利用MODIS UCSB光谱库中的157条发射率曲线产生模拟数据集,利用模拟数据分析了不同的平滑度指数对光谱迭代平滑温度发射率分离算法精度的影响,给出了最优平滑度指数.     

超高温FT-IR光谱发射率测量系统校准方法

针对材料发射率数据日益增长的需求,建立了超高温傅里叶变换(FT)光谱发射率测量系统.为校准材料光谱发射率的测量结果,建立了包含辐射传交换、固体热传导、辐射测温在内的发射率校准模型.通过校准模型定量分析了试样辐射热损、厚度、热导率等因素引起的发射率测量误差.结果表明,这些因素均导致试样测量温度偏高,而发射率测量结果偏低.测量了真空环境下2000℃时纯度为99.99%石墨的光谱发射率曲线.采用模型校准后的发射率曲线与文献比较,取得了比较一致的结果.该方法在超高温发射率测量技术中可以有效地提高测量精度.     

基于环境辐射的现场目标发射率测量方法研究

目标发射率测量是目标红外辐射特性测量的基础。介绍了一种基于环境辐射改变的目标发射率的测量方法。分析及推导了到达探测器上的辐射量,通过改变环境辐射的方法测定目标的反射率,进而得到物体的发射率。在实验室内采用黑体作为主动辐射源改变环境辐射,对三种物质分别进行发射率测量,与直接测量的发射率进行比较,结果最大误差为0.017,达到了实际需要,验证了该测量方法的可行性和准确性。该方法为红外辐射非接触精确测量物体温度提供了必要参量。     

斜入射下微波辐射计定标源散射特性与发射率的仿真分析

针对微波辐射计定标源定标双站测量方案,提出了斜入射波作为照射源的思路。先通过计算斜入射角度与发射率之间的关系分析了斜入射方案理论上的可行性,再对特定的定标源模型的散射特性进行仿真,并对其波瓣产生机理进行了简单分析。对定标源散射的发射率展开了评估,分析发射率与采样距离以及采样间隔角度之间的关系,总结了最适合用于评估发射率的采样条件。对于给出的定标源和标定体模型,采用斜入射的方案可作为新的具有接近发射率真值的定标测试方案。     

影响钢表面红外光谱发射率的因素分析

利用研制的双光路对比法发射率测量装置对影响钢Q235表面光谱发射率的几个因素分别进行了研究,在823～1273K之间测量了几种粗糙度不同的钢样品表面光谱发射率;探讨了表面粗糙度对钢表面光谱发射率的影响;用非线性最小二乘法给出了发射率随温度的变化关系.研究结果表明:对于同种材料的钢Q235,表面粗糙度对光谱发射率的影响在...     

基于热像仪的物体波段发射率的测量

提出了一种新的测量发射率的方法。该方法利用黑体作为已知发射率的参考物体,使用热像仪测量物体的波段发射率。分析了影响波段发射率测量精度的因素,介绍了使用热像仪、黑体测量物体波段发射率的试验装置及测试方法。实际测试待测物体的波段发射率,验证发射率测量结果的准确性,发射率设定为该测定值时,热像仪测量温度与精密测温仪测量温度差值小于0.5℃。     

一种测量固体火箭发动机羽焰温度的数据处理方法研究

针对连续测量固体火箭发动机羽焰温度的特点 ,提出了一种新的发射率假设模型 ,并在此基础上提出了一种新的多波长高温计的数据处理方法 ,即通过处理两个不同时刻多波长高温计的测量数据 ,由计算可同时获知两个时刻的真温及光谱发射率 .实验结果表明 ,其真温计算值与火箭发动机设计者提供的理论值之差在± 2 0K以内 ,说明该方法是解决固体火箭发动机羽焰温度测量的可行性方法     

基于集成黑体法的1 000~1 500℃石墨材料高温红外光谱发射率测量

建立了基于集成黑体法的材料高温红外光谱发射率测量理论模型,重点讨论了不等温集成黑体空腔有效发射率、观测因子、样品材料外推温降因素的影响。基于集成黑体法搭建了以傅里叶红外光谱仪为红外辐射探测系统的高温红外光谱发射率测量装置。基于蒙特卡罗光线追迹法数值开展了集成黑体有效发射率数值模拟,并进行了实验验证。讨论了辐射源尺寸效应、光谱响应度线性度等非理想因素对集成黑体法高温光谱发射率测量的影响。开展了石墨材料在1 000℃、1 300℃、1 500℃的红外光谱发射率实验研究,并与已公开发表的测量结果进行了比对。本文结果与文献数据优于5%的良好一致性,验证了集成黑体方法在高温发射率测量中的可行性。     

800~1160 K下钢的氧化特性对发射率的影响

发射率是一项重要的表征物体表面辐射特性的热物性参数,与温度、测量波长、表面氧化、表面粗糙度等多种因素相关,研究其变化特征对红外测量有着重要意义。本文研究了在大气条件下,温度为800~1160 K范围内,测量波长为1.5 μm,带宽20 nm,钢SPHC样品的氧化特性对光谱发射率的影响。实验中每隔40 K为一个温度测量点,样品达到测量温度,持续加热3 h以上,每隔5 min记录一次光谱发射率的值。实验结果表明:①在相对低温阶段800 K、840 K铁与氧气生成三氧化二铁,该温度下氧化膜的增长主要来自这一反应过程;②在960 K左右三氧化二铁与铁反应生成氧化亚铁,这一阶段在测量温度下缓慢进行,需要较长时间样品表面光谱发射率才趋于稳定;③在1120 K以上,光谱发射率基本保持不变,样品表面氧化亚铁氧化膜快速形成。另一方面,我们拟合了在相同的加热时间里,温度对光谱发射率的影响,得出不同加热时间下温度与发射率之间的关系模型与实际模型之间描述非常准确一致。最后,实际应用中,在测量钢铁的温度时,应充分考虑由于空气中表面氧化对光谱发射率带来的影响。     

基于亮度温度模型的多光谱真温反演算法研究

针对传统的非接触式真温反演算法存在反演速度慢和精度低等问题,提出新的基于亮度温度模型的约束真温反演算法(constrained true temperature inversion algorithm,CTTIA)。 在建模过程中,发现发射率和亮度温度存在内在联系:由亮度温度到发射率的普适规律和由发射率到亮度温度的普适规律。通过仿真实验发现当发射率的样本数量巨大时,CTTIA不但可以为实验提供理论指导,还可大大提升发射率样本的选取效率。在1 800 ℃和2 000 ℃两个温度点下建立9个波长通道对被测目标进行测量计算。结果表明,CTTIA与二次测量算法 (second measurement method,SMM) 相比,精度基本相同,反演时间最高节约了82%。说明该方法的研究是非常关键且重要的,是很有研究价值的。     

发射率对飞机蒙皮温度及红外辐射特性的影响

建立了某型飞机的简化几何模型,并设置了飞机的飞行航迹。综合考虑了太阳辐射、地球辐射、大气辐射和气动加热的多种因素,结合飞机蒙皮材料物理特性,针对涂覆三种不同发射率的隐身涂层蒙皮建立了导热物理模型,采用一维导热方程计算了飞机在12:00~12:45时间段飞行时不同发射率的蒙皮表面的温度分布。最后综合考虑了环境辐射的影响,分别对具有不同发射率的飞机蒙皮3~5 m和8~14 m两个波段的红外辐射强度进行了数值计算。结果表明:随着蒙皮发射率的减小,在一定程度上能降低蒙皮在8~14 m波段的红外辐射强度,但是因环境因素的影响,仅仅通过降低蒙皮发射率,飞机红外隐身的效果并不理想。     

地物目标热红外光谱发射率的野外测量方法研究

在航天红外遥感应用中,地物目标光谱发射率是卫星遥感测量地面温度的一个重要参数。野外测量的大气环境、目标背景和地物的热力学特性等因素的影响,使得野外测量地物目标表面光谱发射率变得较为复杂。重点讨论了利用傅里叶变换红外光谱仪野外测量地物目标光谱发射率的方法和程序,介绍了几种正确分离目标温度与发射率的方法。野外测量实验结果表明,按照文中所述的测量方法,测量得到的地物热红外光谱发射率具有良好的一致性,发射率测量误差小于0．02。     

M8激光雷达回波的非接触式发射率三维分布测量方法

针对目前发射率测量方法只是对某一单一物质进行接触式测量,难以获得复杂目标的发射率三维分布问题,提出一种基于M8激光雷达回波的非接触式发射率三维分布测量方法。首先基于激光雷达传输距离方程分析回波强度特性,通过M8激光雷达对95%标准漫反射板进行扫描,叠加多帧单线点云,得到具有反射光谱特性的雷达强度三维点云像;运用分段多项式模型拟合距离-强度及入射角-强度之间的关系,基于得到的分段多项式模型校正距离和入射角度影响下的回波强度,使不同距离与入射角情况下所测回波强度能够真实地反映目标的反射光谱特性,校正结果显示,标准漫反射板回波强度变异系数分别从0.267 6和0.343 8降低到了0.042 0和0.041 2,回波强度一致性分别提高了84.31%和88.02%,使雷达所测得强度值能直接反映目标材料的反射光谱特性,验证了强度校正模型的有效性;最后基于得到的分段多项式校正模型对带有反射率真值贴片的缩比卫星模型雷达强度三维点云像进行强度校正,利用校正后的回波强度的反射光谱特性,计算出目标表面的反射率,运用反射法进一步推导其发射率,得到缩比卫星模型发射率的三维分布,三组卫星模型表面贴片的发射率平均...     

地物目标热红外光谱发射率的野外测量方法研究

在航天红外遥感应用中,地物目标光谱发射率是卫星遥感测量地面温度的一个重要参数。野外测量的大气环境、目标背景和地物的热力学特性等因素的影响,使得野外测量地物目标表面光谱发射率变得较为复杂。重点讨论了利用傅里叶变换红外光谱仪野外测量地物目标光谱发射率的方法和程序,介绍了几种正确分离目标温度与发射率的方法。野外测量实验结果表明,按照文中所述的测量方法,测量得到的地物热红外光谱发射率具有良好的一致性,发射率测量误差小于0．02。     

光谱发射率测量技术

论述了光谱发射率在航天、航空、国防、军事及国民经济各领域中的实际应用和重要意义.材料光谱发射率的影响因素很多,且应用背景差异较大,各国分别建立了各具特色的发射率测量装置.根据测量特点及应用范围,发射率测量方法分4大类:量热法、反射法、能量法和多波长法.针对每种测量方法介绍了基本原理、装置特点、技术指标和发展现状.简单介绍了基于红外傅里叶分析光谱仪建立的光谱发射率测量系统,进而描述了材料发射率在重要领域的具体应用情况.分析了我国目前在发射率测量技术方面存在的问题,展望了我国发射率测量技术的发展趋势和发射率数据库方面的进一步工作.     

温度与发射率分离模型的改进及其敏感性分析

针对温度与发射率分离模型的缺陷,提出了一种模型改进方法,利用模拟数据对比研究了模型改进前后温度与发射率的反演精度;并从理论分析和模拟计算两个角度探讨了修正前后模型对初始发射率设定的变化、大气下行与上行辐射和大气透过率等校正误差的敏感程度.研究结果表明,修正后模型的反演精度明显高于修正前的模型,除大气下行辐射校正误差外,其它误差都影响着两种模型的反演精度,但修正后的模型对这些误差的敏感性小.     

环境温、湿度对绝缘子污秽微波辐射的影响

根据天线理论与微波辐射测量原理,在基于实际工况条件下,对自然污秽绝缘子进行了长期试验研究.通过大量的试验数据,分析了环境温度和湿度对污秽绝缘子微波辐射特性的影响.在消除环境温度和天空温度的条件下,重点研究了大气湿度对污秽绝缘子表面发射率的影响.实验数据表明绝缘子表面发射率与环境湿度比天线温度与环境湿度之间有更好的对应关系.最后建立了天线温度的神经网络预测模型,为工程应用提供了一定的参考.     

基于标准黑体的物体表面发射率计算方法研究

红外测温仪器的精度和被测物体表面的发射率对测量物体红外辐射特性的准确性影响很大。为了提高物体表面发射率的计算精度,先通过标准黑体对红外热像仪进行标定。然后,利用标定好的红外热像仪测量温度,计算出被测物体表面的发射率。将基于神经网络的红外热像仪标定方法应用到目标发射率的求解方法中,有效地消除了热像仪的系统误差。测试装置简单,测试结果准确。同时,温度和发射率的精确测量为红外隐身材料的研制奠定了基础。