基于積分球反射及透射的半透明材料光譜法向發(fā)射率測量方法
【專利摘要】基于積分球反射及透射的半透明材料光譜法向發(fā)射率測量方法，屬于高溫材料熱物性測量【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有半透明材料在近紅外波段的法向發(fā)射率測量方法的測量過程復(fù)雜，并且測量結(jié)果誤差大的問題。它將半透明待測試件固定在積分球的試件口處；將激光器固定在積分球的激光入口處，并將激光器輸出激光束的中心對準(zhǔn)半透明待測試件內(nèi)表面的中心位置；將激光功率計(jì)探測器的探頭固定在積分球的探測器口處；分別對半透明待測試件的反射率和透射率進(jìn)行測量，繼而根據(jù)基爾霍夫定律得到半透明待測試件的光譜法向發(fā)射率。本發(fā)明用于測量半透明材料的光譜法向發(fā)射率。
【專利說明】基于積分球反射及透射的半透明材料光譜法向發(fā)射率測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于積分球反射及透射的半透明材料光譜法向發(fā)射率測量方法，屬于高溫材料熱物性測量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]材料表面光譜法向發(fā)射率定義為同等溫度下材料表面輻射能與黑體輻射能的比值，是一項(xiàng)表征材料輻射能力的物理量，是一項(xiàng)重要的熱物性參數(shù)，在當(dāng)代很多科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】中都具有重要意義。例如，在軍事預(yù)警中，如何在敵方的攻擊導(dǎo)彈進(jìn)入大氣層前就實(shí)現(xiàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)、定位和攔截，或在眾多紅外誘餌中對真實(shí)的威脅性目標(biāo)實(shí)現(xiàn)辨識(shí)并對其進(jìn)行有效摧毀，都需要能夠精準(zhǔn)地捕捉到物體的紅外輻射，并能夠排除輻射在大氣等半透明介質(zhì)中的傳輸過程產(chǎn)生的影響。
[0003]近年來，隨著航空航天技術(shù)、光電子技術(shù)、新能源技術(shù)的發(fā)展，促使對光學(xué)材料、功能材料、相變蓄能材料的需求進(jìn)一步增加，而許多材料的生成和應(yīng)用中均涉及到半透明介質(zhì)，例如各種具有吸收散射特性的氣體及液體，甚至很多研究對象自身就是半透明材料，如玻璃、硅膠、陶瓷材料、一些半導(dǎo)體材料、硼硅酸鹽、塑料等在工業(yè)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，所以能夠準(zhǔn)確測量半透明材料的熱物性有著十分重大的意義。
[0004]現(xiàn)有半透明材料在近紅外波段的法向發(fā)射率測量方法均存在測量過程復(fù)雜，并且測量結(jié)果誤差大的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有半透明材料在近紅外波段的法向發(fā)射率測量方法的測量過程復(fù)雜，并且測量結(jié)果誤差大的問題，提供了一種基于積分球反射及透射的半透明材料光譜法向發(fā)射率測量方法。
[0006]本發(fā)明所述基于積分球反射及透射的半透明材料光譜法向發(fā)射率測量方法，它包括以下步驟:
[0007]步驟一:將半透明待測試件固定在積分球的試件口處；將激光器固定在積分球的激光入口處，并將激光器輸出激光束的中心對準(zhǔn)半透明待測試件內(nèi)表面的中心位置；將激光功率計(jì)探測器的探頭固定在積分球的探測器口處；
[0008]步驟二:預(yù)熱激光器，同時(shí)加熱半透明待測試件至設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度后，打開激光功率計(jì)開關(guān)，待探測器示數(shù)穩(wěn)定后，記錄此時(shí)未有激光照射時(shí)，探測器探測到的半透明待測試件的第一輻射能量值E/ ；
[0009]步驟三:使激光器發(fā)射激光束照射半透明待測試件，待探測器示數(shù)穩(wěn)定后，記錄此時(shí)探測器探測到的半透明待測試件的第二輻射能量值民;
[0010]步驟四:將激光器移至半透明待測試件外表面?zhèn)?，使激光束沿垂直于半透明待測試件表面方向透射進(jìn)入積分球，同時(shí)將積分球的激光入口用球塞封閉，該球塞與積分球的材質(zhì)相同，待探測器示數(shù)穩(wěn)定后，記錄此時(shí)探測器探測到的半透明待測試件的第三輻射能
量值Et ；
[0011]步驟五:移走半透明待測試件，保持步驟四中激光束的入射方向不變，待探測器示數(shù)穩(wěn)定后，記錄此時(shí)探測器探測到的半透明待測試件的第四輻射能量值Ettl ；
[0012]步驟六:再將激光器固定在積分球的激光入口處，并將反射率為Ptl的標(biāo)準(zhǔn)反射體固定在積分球的試件口處，使激光器發(fā)射激光束照射標(biāo)準(zhǔn)反射體內(nèi)表面的中心位置，待探測器示數(shù)穩(wěn)定后，記錄此時(shí)探測器探測到的標(biāo)準(zhǔn)反射體的第五輻射能量值Erfl ；
[0013]步驟七:再關(guān)閉激光器，待探測器示數(shù)穩(wěn)定后，記錄此時(shí)探測器探測到的標(biāo)準(zhǔn)反射體未有激光照射時(shí)的第六福射能量值E/ ο ；
[0014]步驟八:根據(jù)基于積分球的反射率計(jì)算公式，由第一輻射能量值E/、第二輻射能量值民、第五輻射能量值Ert和第六輻射能量值E/ 0,計(jì)算獲得半透明待測試件的反射率Pb ；
[0015]步驟九:根據(jù)基于積分球的透射率計(jì)算公式，由第三輻射能量值Et和第四輻射能量值Ettl，計(jì)算獲得半透明待測試件的透射率τ ；
[0016]步驟十:根據(jù)基爾霍夫定律，由半透明待測試件的反射率P Β和半透明待測試件的透射率τ計(jì)算獲得半透明待測試件在設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度下的光譜法向發(fā)射率ε。
[0017]步驟八中所述計(jì)算獲得半透明待測試件的反射率P Β的具體方法為:
[0018]當(dāng)積分球的試件口處固定設(shè)置半透明待測試件時(shí)，第二輻射能量值民的表達(dá)式為:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種基于積分球反射及透射的半透明材料光譜法向發(fā)射率測量方法，其特征在于，它包括以下步驟: 步驟一:將半透明待測試件固定在積分球的試件口處；將激光器固定在積分球的激光入口處，并將激光器輸出激光束的中心對準(zhǔn)半透明待測試件內(nèi)表面的中心位置；將激光功率計(jì)探測器的探頭固定在積分球的探測器口處； 步驟二:預(yù)熱激光器，同時(shí)加熱半透明待測試件至設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度后，打開激光功率計(jì)開關(guān)，待探測器示數(shù)穩(wěn)定后，記錄此時(shí)未有激光照射時(shí)，探測器探測到的半透明待測試件的第一輻射能量值E/ ； 步驟三:使激光器發(fā)射激光束照射半透明待測試件，待探測器示數(shù)穩(wěn)定后，記錄此時(shí)探測器探測到的半透明待測試件的第二輻射能量值I; 步驟四:將激光器移至半透明待測試件外表面?zhèn)?，使激光束沿垂直于半透明待測試件表面方向透射進(jìn)入積分球，同時(shí)將積分球的激光入口用球塞封閉，該球塞與積分球的材質(zhì)相同，待探測器示數(shù)穩(wěn)定后，記錄此時(shí)探測器探測到的半透明待測試件的第三輻射能量值Et; 步驟五:移走半透明待測試件，保持步驟四中激光束的入射方向不變，待探測器示數(shù)穩(wěn)定后，記錄此時(shí)探測器探測到的半透明待測試件的第四輻射能量值Ettl; 步驟六:再將激光器固定在積分球的激光入口處，并將反射率為Ptl的標(biāo)準(zhǔn)反射體固定在積分球的試件口處，使激光器發(fā)射激光束照射標(biāo)準(zhǔn)反射體內(nèi)表面的中心位置，待探測器示數(shù)穩(wěn)定后，記錄此時(shí)探測器探測到的標(biāo)準(zhǔn)反射體的第五輻射能量值Erfl ； 步驟七:再關(guān)閉激光器，待探測器示數(shù)穩(wěn)定后，記錄此時(shí)探測器探測到的標(biāo)準(zhǔn)反射體未有激光照射時(shí)的第六輻射能量 值E/ 0； 步驟八:根據(jù)基于積分球的反射率計(jì)算公式，由第一輻射能量值E/、第二輻射能量值民、第五輻射能量值Ert和第六輻射能量值E/ 0,計(jì)算獲得半透明待測試件的反射率P B ；步驟九:根據(jù)基于積分球的透射率計(jì)算公式，由第三輻射能量值Et和第四輻射能量值Ettl，計(jì)算獲得半透明待測試件的透射率τ ； 步驟十:根據(jù)基爾霍夫定律，由半透明待測試件的反射率Pb和半透明待測試件的透射率τ計(jì)算獲得半透明待測試件在設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度下的光譜法向發(fā)射率ε。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于積分球反射及透射的半透明材料光譜法向發(fā)射率測量方法，其特征在于，步驟八中所述計(jì)算獲得半透明待測試件的反射率Pb的具體方法為: 當(dāng)積分球的試件口處固定設(shè)置半透明待測試件時(shí)，第二輻射能量值民的表達(dá)式為:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于積分球反射及透射的半透明材料光譜法向發(fā)射率測量方法，其特征在于，步驟九中所述計(jì)算獲得半透明待測試件的透射率τ的具體方法為: 根據(jù)積分球的基本原理，當(dāng)積分球的試件口處固定設(shè)置半透明待測試件時(shí)，積分球內(nèi)壁任意一點(diǎn)處的輻照度Et'為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于積分球反射及透射的半透明材料光譜法向發(fā)射率測量方法，其特征在于，計(jì)算獲得半透明待測試件在設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度下的光譜法向發(fā)射率ε的具體方法為: 半透明待測試件的光譜吸收率α的表達(dá)式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于積分球反射及透射的半透明材料光譜法向發(fā)射率測量方法，其特征在于，半透明待測試件為圓形試件，其直徑為50mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于積分球反射及透射的半透明材料光譜法向發(fā)射率測量方法，其特征在于，半透明待測試件的加熱范圍為300K~1000K，K表示開氏溫度，半透明待測試件的測量波段為1064 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于積分球反射及透射的半透明材料光譜法向發(fā)射率測量方法，其特征在于，激光器的預(yù)熱時(shí)間不少于15分鐘。
【文檔編號(hào)】G01N21/59GK103472039SQ201310460565
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】齊宏, 牛春洋, 阮立明, 張偉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)