1 清华大学航天航空学院, 北京 100084
2 北京振兴计量测试研究所, 北京 100074
3 渤海大学, 辽宁 锦州 121013
光谱发射率是表征材料热物理性能的重要参数。 对于非导电材料的高温光谱发射率测试, 一般采用高温加热炉加热或辐射加热的方式来进行发射率测试, 存在的问题是采用高温石墨炉加热时, 样品可能会与高温石墨发生化学反应, 从而破坏材料原有物性; 采用辐射加热, 一般是单向静止加热, 会存在样品温场梯度非均匀分布的问题。 基于激光旋转加热和样品/黑体整体一体化设计, 提出了一种“样品动中测”的非导电材料高温光谱发射率测试新方法, 建立了相应的测量模型, 突破了传统的 “样品静中测”的局限, 样品与参考黑体共形一体化设计, 采用微区域光谱辐射成像方法, 同时测量参考黑体和样品的光谱辐射能量与温度。 建立了激光旋转加热状态下的热传导方程, 对典型样品材料的温度分布进行了仿真计算, 结果表明旋转样品温场分布较为均匀, 分析了温场分布与红外光谱发射率测量误差间的关系, 给出了适用于本测试方法的材料的热导率下限值。 基于该方法, 搭建了相应的测量装置, 对典型材料碳化硅在1 000 K时的光谱发射率进行了测试, 在4 μm处对各个典型高温温度点的光谱发射率进行了测试, 得到了碳化硅材料在红外波段的光谱发射率波长变化和温度变化规律特性。 与国外的测量结果进行了比对, 结果较为一致, 验证了激光旋转加热光谱发射率测试方法的可行性。 采用此方法, 不破坏样品本身的理化特性, 样品加热升温速度快, 测量温度范围上限高, 有效减小了激光静止单向加热带来的温度不均匀性, 可同时测量出样品和参考黑体的光谱辐射亮度及温度, 无需另外再设计标准高温黑体, 解决了现有非导电材料高温光谱发射率测试中非均匀加热和辐射能量同步比对测量的问题, 可应用于多种非导电材料高温光谱发射率的测试。
非导电 高温 光谱发射率 测试 激光旋转 整体黑体法 Non-conductive High temperature Spectral emissivity Measurement Laser rotation Entirety black body method
地基红外辐射测量设备往往被用来测量高速飞行目标的动态红外辐射特性。本文研究了计算飞行目标红外辐射特性的工程化算法。首先阐述了外场红外标定的意义, 指出了外场标定与室内标定的不同。给出了平行光管标定能量传递过程、外场标定试验过程、标定数据处理方法以及影响因素。然后分析了飞行面目标辐射亮度以及点目标辐射强度计算方法, 提出了适用于外场数据处理的工程化算法。最后根据实际工作经验总结分析了进行外场动态飞行目标红外辐射特性计算时存在的难点。
外场标定 平行光管 黑体 辐射亮度 辐射强度 outfield calibration, collimator, black body, radi
1 北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
2 北京空间机电研究所，北京 100094
随着对天基对地以及临近空间目标探测的需求增大，高性能红外相机探测及海量数据定量化迫切需要高可靠性、高精度的辐射定标技术，因此，星上辐射定标装置已成为当前空间定量遥感技术发展的重要方向。在轨红外遥感相机的辐射定标主要校正探测器响应的不均匀性(相对辐射定标)和建立遥感相机输出信号与输入辐射量的函数关系(绝对辐射定标)。在介绍红外相机星上辐射定标基本原理的基础上，综述近年来几个国内外典型星上辐射定标装置及其特点，并介绍笔者所在课题组近年来基于内部定标源+天空星图的红外相机高动态范围(HDR)相对辐射定标方法的研究进展。论文对于红外辐射定标技术及星上辐射定标装置的发展具有参考意义。
辐射定标 红外相机 星上 遥感 黑体 radiometric calibration infrared sensors on-orbit remote sensing black body 红外与激光工程
2019, 48(9): 0904001
北京环境特性研究所 光学辐射重点实验室, 北京 100854
通过基于微面元理论的偏振双向反射分布函数模型, 推导分析了物体表面红外辐射偏振传输方程的Stokes表达式, 得出物体表面红外线偏振度与表面反射率(发射率)、波长、探测角度以及波长、目标与背景辐射差异等参数的数学关系；针对环境因素对红外偏振度的影响, 开展了不同材质以及标准黑体的中、长波红外偏振成像及红外高光谱偏振成像实验, 结果表明:黑体表面的红外偏振度与波长不相关, 进而提出以标准黑体红外偏振特性作为溯源基准进行红外偏振定量处理的方法.
红外偏振成像 红外偏振特性 黑体红外偏振特性 定量分析 infrared polarization imaging infrared polarization characteristic infrared polarization characteristic of black-body quantitative analysis
武汉军械士官学校光电技术研究所, 武汉 430075
针对红外系统检测设备的小型便携化需求, 分析了检测仪的基本组成及对其进行小型设计的重点部位, 分别从优化设计指标、采用离轴抛物面多次反射光路设计、选用硬铝作为镜片加工材质等方面对红外平行光管进行了优化设计, 有效减小了光路系统的体积, 减轻了平行光管的重量。采用紫铜辐射面、热电制冷器、散热片等构造了小型高效的黑体辐射源结构, 设计了温度控制驱动电路, 实现了小型轻量的面源黑体。所研制的检测仪整机重量小于15 kg, 实现了小型便携, 并取得了理想的应用效果。
红外检测 平行光管 黑体 便携式 infrared test collimator black-body portability
1 中北大学 电子测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
2 山西大学 物理电子工程学院, 山西 太原 030006
针对瞬态高温的测量难题, 采用辐射式测温技术和接触式测温技术有机结合的方法, 设计了由黑体辐射温度敏感体、圆柱状高强度金属外壳以及壳内信号调理电路构成的瞬态高温测量装置。通过对感温薄膜特殊材料的恰当选取以及整体结构的合理设计, 并利用ANSYS软件对其黑体感温薄膜进行了瞬态高温热传导分析。分析表明, 施加的温度载荷为2 000 ℃、2 500 ℃、3 000 ℃时, 此温度传感器响应时间分别为487.001 μs、545.001 μs、590.001 μs, 能够克服传统瞬态温度传感器体积大、响应慢、安装不方便以及易受恶劣环境因素影响等不足, 在测温技术领域具有良好的应用价值。
瞬态高温 黑体辐射 高强度 感温薄膜 热传导 transient temperature black-body radiation high strength thermal sensing film heat conduction
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610064
2 西南民族大学电气信息工程学院, 四川 成都 610041
3 西南科技大学极端条件物质特性实验室, 四川 绵阳 621010
4 西南技术物理研究所, 四川 成都 610041
高能重复激光脉冲对光学元件损伤点的产生和扩展与损伤点对后续激光脉冲光强的调制作用密切相关。 观察激光诱导K9玻璃的损伤点, 发现损伤点是从里到外呈现辐射状分布, 内部损伤程度最大, 可致充分断裂; 向外损伤程度减小, 呈现辐射的应力相变, 引起折射率变化; 对损伤点的透射光谱检测发现其透过率下降大于20%, 但是下降的幅度与波长无关, 说明充分断裂的材料会对激光进行充分吸收, 类似黑体吸收, 其对入射光的吸收只与损伤点的面积有关。 CCD对激光通过损伤点后的光强分布探测发现: 在激光能量传输过程中, 损伤点会导致光强分布的不均匀, 存在明显的散射效应, 这会引起激光光强分布的不均匀性, 导致损伤区域的进一步扩散。
激光诱导损伤 透过光谱 黑体效应 小孔衍射 散射 Laser induced damage Transmittance spectrum Black body effects Small-hole diffraction Scattering 光谱学与光谱分析
2012, 32(8): 2017
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710032
火焰探测器被广泛运用于各种火灾防范系统。文中论述了火焰探测器的应用、产品结构特点以及火焰探测器检测技术。在此基础上提出了一种探测器检测所用光源。该光源由黑体和紫外灯组成, 利用黑体温度与峰值波长的对应关系并结合滤光片及光栏的选择, 构造人工火焰。达到检测火焰探测器的目的。文章从理论上给出系统光谱辐照度表达式和系统仿真结果, 同时也给出了实际测量结果。包括用标准探测器对黑体标定的结果、紫外光源测量结果以及红外谱段内黑体与标准火焰的比对结果。测量结果表明该系统可以满足常规火焰探测器检测的需求。
火灾 黑体 紫外 红外 标准光源 flame fire black body UV IR standard light source
