光谱发射率在线测量技术研究

【摘要】： 发射率是描述物体热辐射性质的基本参数之一,它在航天航空、军事国防和工农业生产中都具有重要的作用。如卫星的热控、制导与隐身、太阳能利用、红外加热和辐射测温领域中都与材料发射率密不可分。国内外有很多学者从事材料发射率的研究,近年来取得了较大的进步,欧美、日本以及我国都建立了基于傅里叶变换光谱仪的光谱发射率测量装置,解决了实验室内光谱发射率测量问题。现代军事技术、材料科学及能源科学急需能够在线测量发射率的设备,而目前在此方面的研究还很少。 本文针对多光谱测温和发射率新算法、基于多光谱测温仪的前置反射器的选型和优化设计进行了深入研究,在建立的实验平台基础上进行了实验研究,取得较好的实验结果,主要的研究工作如下: 1.在多光谱在线测量发射率理论算法上,利用神经网络算法对亮度温度模型和参考温度模型进行仿真,对仿真结果进行了评价;提出了亮度温度转化为目标真实温度的二次辨识算法,与F.Righini博士提供的数据进行了对比,且吻合度良好。 2.研制了基于前置反射器和光纤式多光谱仪的发射率在线测量装置、实验辅助设施和校准装置。设计并研制了前置反射器、光纤式多光谱仪、加热器及电控装置。测量装置可实现0.4~1.1μm的光谱范围和700~2000℃的非接触性的发射率测量,测量结果的误差小于0.03。 3.用立体角分比例法构建了前置反射器的理论模型,计算出了前置反射器空腔有效发射率与试件表面发射率的函数关系。通过对光纤式多光谱仪与前置反射器的组合装置的建模,建立了适合此套装置的发射率计算方法。 4.利用此发射率在线测量装置,进行了不锈钢氧化层和碳化硅的光谱发射率的测量实验。对测量结果进行了误差分析,表明此套发射率测量装置满足在线发射率测量的需要。 本论文研究成果为进一步研制出实用化发射率在线测量装置奠定了基础。