用于定标海表测温辐射计的镓黑体辐射源

设计了镓黑体对海表测温辐射计进行定标。首先,介绍了该黑体的结构与工作原理,对黑体发射率进行仿真,并开展发射率的测量实验,讨论其不确定度的来源。然后,开展了电加热和水浴加热下镓的相变复现实验,讨论电加热功率对镓相变复现的影响。最后,通过红外海面温度自主辐射计实验对该黑体进行验证。结果表明:该黑体基于蒙特卡罗软件仿真的发射率优于0.9988,实验测得的黑体辐射源发射率结果与仿真结果较为吻合,测量重复性(标准偏差)达0.1%;相变温度坪台的复现性均优于±0.03 K;相变温坪附近时,红外海面温度自主辐射计和FLUKE 1524测温仪测得的黑体腔附近温度的数据差值均在±0.15 K以内。设计的镓黑体可以应用到海表测温辐射计进行校准,为发展自主知识产权的海表测温设备提供校准源。

沿黑体辐射线类太阳光LED调光系统调配及优化

为了使发光二极管(LED)光源光谱在可见光波段更接近太阳光光谱,且相关色温实现沿黑体辐射线连续可调,选取不同峰值波长LED芯片及荧光粉,覆盖可见光波段;采用相应LED芯片激发相应荧光粉,获得多个调光光源并记录色点及相对光谱;根据光谱叠加性原理,混合光源色点位于调光光源在CIE 1931色坐标图中围成的区域内。对四色光源混合调光进行了系统的调配优化,基于脉宽调制(PWM)调光模式,使用LED驱动模块控制各调光LED的光通量,实现了光源沿黑体辐射线色温可连续调节。模拟与实测结果显示,在常用照明色温2700~6500 K时,LED光源的一般显色指数大于98,且各特殊显色指数均大于90。光谱特性与太阳光类似,填补了LED白光中青光波段的凹陷,去除了短波长蓝光危害。

红外窗口对封装黑体辐射理想度的影响及修正方法

针对宽温域黑体有封装红外窗口介入而影响黑体理想度的问题,建立了面源黑体靶面热光耦合仿真模型,利用Monte-Carlo光线追迹法分析了窗口对黑体7.5μm~13μm波段表观辐射通量的影响规律及内因,提出并验证了符合实际表观辐射通量的定标温度修正方法。结果表明:定标温度为−50℃~+50℃时,定标温度越低于环境温度,定标温度与实际表观辐射通量对应的表观温度间正误差越大,反之则负误差越大,最大可达−4℃~+13℃,这是因为窗口存在增强杂散辐射与衰减靶面发射辐射正逆博弈影响表观辐射通量的效应。提出了关联环境温度与定标温度的定标温度修正方法,实验实测下该方法可使修正后的定标温度最大误差缩减50%以上,提升了基于封装黑体的红外定标精度。

基于黑体辐射提高自由定标激光诱导击穿光谱(CF-LIBS)定量精度的方法

自由定标激光诱导击穿光谱(Calibration-Free LIBS,CF-LIBS)技术是定量分析行业发展的主要趋势之一。该技术可直接基于局部热力学平衡等离子体模型,通过LIBS光谱数据和谱线参数计算出等离子体参数和各元素含量。且无需使用标准样品建立定标曲线,该技术不受基体效应的影响,非常适合实时、在线和多元素同时分析。但由光学厚而引起的自吸收效应是影响定量分析的重要因素。通过对比实验光谱数据与黑体辐射强度,研究等离子体温度,提高光学系统收集效率,抑制自吸收效应对CF-LIBS定量结果的影响。经过黑体辐射校正后,基体元素Fe的测定含量从88.700%提升到94.575%,相对误差(RE)从8.072%降低到1.984%。微量元素Cr、Mo和V的测定含量分别从0.635%、0.096%和0.023%降低至0.698%、0.143%和0.022%,相对误差(RE)从13.723%、45.455%和21.053%降低至5.163%、18.75%和15.789%。整体的平均绝对误差(MAE)从1.994%降低至0.497%。玻尔兹曼图拟合回归曲线有了更高的线性度。拟合系数R 2分别从0.95531、0.82966、0.45217和0.54493提升至0.99620、0.99231、0.99882和0.97269。结果表明,相较于传统的CF-LIBS,经过黑体辐射参考校正自吸收(BRR-SAC)后,合金样品中的各元素定量准确度均有明显提高,为抑制自吸收效应提高CF-LIBS定量精度研究提供了理论指导。

一种黑体辐射源实时控温电路的设计

为了实现黑体辐射源实时控制温度的目的,采用纯硬件闭环设计的方法,利用PT100铂电阻温度属性优势,将其转化为电压信号,运用DAC技术将其逆向转换为数据信号,实时反馈黑体辐射源温度,再与温度设置数据信号进行比较,控制黑体辐射源升温或降温,实现黑体辐射源温度的控制。通过对黑体辐射源设置温度、上升时间、调节时间、最终稳定温度等参数进行试验,结果表明,该黑体辐射源在100~600℃范围内实时控制精度达到0.5℃,升温时间小于150 s。

光电专业光子气体黑体辐射理论的教学实践

黑体辐射和受激辐射等概念对于光电专业的学生是非常基础的概念,通过统计物理课程光子气体章节的讲授,系统地引入这些概念对于光电专业的学生系统掌握专业知识非常重要.笔者介绍了通过实践总结的讲授过程,对其中一些细节的把握进行了详细分析.

关于黑体辐射曲线拐点分布规律的讨论

分析了黑体辐射曲线拐点分布规律,并指出了个别文献绘图中的不妥之处.

常温黑体辐射标准

介绍了用于校准常温黑体或红外辐射计的辐射度标准。此标准由标准黑体和辐射度校准装置构成。标准黑体空腔是圆柱-内凸圆锥空腔,工作温度范围是(-50～+90)℃。黑体空腔的有效发射率为0.9999±0.0002,腔口直径80mm。用此装置校准辐射亮度的合成不确定度(1σ)为0.46％,校准辐射照度的合成不确定度为0.95％,校准全辐射温度的合成不确定度为0.4K。用标准黑体产生的辐射照度还能校准红外辐射计的响应。

黑体辐射公式的积分解及应用

为了计算黑体在有界域 (λ1 - λ2 或 ν1 - ν2 )的辐射量 ,需对黑体辐射公式在有界域进行积分。本文对普朗克积分方程和瑞利 -金斯积分方程在有界域进行了求解 ,并给出了解析式。应用普朗克积分方程有界域 (λ1 - λ2 )的解 ,我们对不同岩性的岩石和土壤进行了不同物理温度实验 ,得出 :岩石和土壤等非黑体物质的辐射温度随波长的变化而变化 ,对于不同波长 ,辐射温度相差几度到十几度 ;在实验的试样中 ,绝大多数试样的辐射温度随波长变化出现了明显的 3个极大值和两个极小值 ,个别试样出现了明显的 4个极大值和 3个极小值 ;所有试样的辐射温度随波长变化的总趋势是随波长增大而减小 ;

黑体辐射源的多波长有效亮度温度校准和不同溯源方式特点分析

介绍了中国计量科学研究院建立的标准变温黑体辐射源和有效亮度温度比较装置;阐述了黑体辐射源多波长有效亮度温度校准的2种方法,给出典型校准结果并分析了辐射源特性。比较分析了3种溯源方式的性能特点及其应用的影响因素。提出控温复现性的概念,它是以往未被重视的辐射源关键性能参数。多波长有效亮度温度校准是可减小或消除有效发射率和接触测温测点温差影响的溯源方案,与传统溯源方式特性互补,可用于评价辐射源的有效发射率和测点温差,对控温复现性好的辐射源效果最优。

黑体辐射法测量电介质内部被超短激光脉冲加工后的温度

黑体辐射法可用于测量电介质内部被超短脉冲激光加工后,电子和晶格的瞬时温度.当一个超短激光脉冲通过物镜聚焦到石英玻璃内部时,在焦点附近诱导出微结构.微结构中热影响区的最大宽度为16μm,热影响区发出的黑体辐射谱通过物镜、带耦合透镜的光纤、光谱仪以及ICCD组装成的系统记录.测试系统收集了电介质内部被单个激光脉冲辐照后,热影响区发射的黑体辐射谱,然后用Planck公式拟合黑体辐射谱,得到电介质温度.电介质被超短激光脉冲辐照后,首先电介质中的价带电子通过强场电离和雪崩电离跃迁到导带,高温高压的等离子体以冲击波的形式向外运动,通过对流方式传递能量,该过程发生在激光辐照石英后21 ns内.21 ns后冲击波转化为声波,中心的气态石英通过热扩散方式影响周围的固态区域,石英温度缓慢下降.在时刻t(单位ns),石英玻璃的温度为5333 exp(-t/1289)K.石英经过3.72μs将冷却到室温,因此重复频率在269 k Hz以上的激光,加工石英玻璃时具有热累积效应.

丙三醇溶液声致发光中的黑体辐射谱

利用U型管圆锥泡声致发光装置,测量到了丙三醇溶液中圆锥泡声致发光的光谱和光脉冲。结果表明,测量得到的发光光谱为光滑的连续谱,且与理论模拟得到的黑体辐射谱相吻合,拟合温度分布于2 600~3 500 K范围内。文章从空间和时间两方面分析了圆锥泡空化发光中存在黑体辐射的原因：较大的气泡体积（气泡塌缩半径为1.4 cm）与较长的发光时间（几十微秒）。另外,实验研究表明随着发光波长的增长,光脉冲宽度变宽,从而进一步证明了圆锥泡声致发光中的黑体辐射机制。最后,利用测量得到的发光光谱和脉冲计算得到了发光光强为0.18 J,远远高于其他方式得到的声致发光光强。

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。

采用统计方法减小黑体辐射源比较分度噪声等效温差

分析了黑体辐射源比较测量过程的特点,采用消除辐射温度计线性漂移的比较测量方法,抑制辐射温度计输出非线性漂移和随机噪声影响统计平均处理方法,减小辐射温度计的噪声等效温差.使用不同的统计平均数量,得到相应测量条件下黑体辐射源比较分度的测量水平.测量结果中噪声等效温差可以优于0.01℃.统计处理方法不仅可以应用在黑体辐射源比较分度中,而且可以扩展应用在与黑体辐射源比较分度类似比较测量过程.

黑体辐射定律研究及验证

利用微机扫描光栅光谱仪和溴钨灯进行黑体辐射实验研究,分析了黑体的辐射、传递、接收等的误差修正。验证了黑体辐射的基本规律。

黑体辐射数值反演的快速稳定算法

讨论采用Tikhonov正则化方法进行黑体辐射数值反演的相关技术问题 ,特别是将双参数模型提供的相当好的正则参数初值与求解Morozov偏差方程的一个三阶收敛格式相结合 ,给出了一个新的、具有高效稳定等特点的混合数值反演算法 ,并进行了数值试验 .这一算法在原则上也适合其它许多物理参数识别问题 (如Fermi体系的反演、各种类型的Abel方程的数值反演等 ) .

面黑体辐射源温控系统的设计与实现

针对用于红外成像系统校正的黑体辐射源,需要在较大的面积区域里具有稳定、均匀的温度场,采用热管技术,PIC16F876微处理器和模糊PID开关切换控制算法,对这种面黑体标准辐射源的温控系统进行了设计。给出了铂电阻测温电路、PWM控制输出电路设计和利用Matlab模糊逻辑工具箱进行模糊控制器设计的过程,完成了CCS C编译器下的程序设计。仿真和实验结果表明,此温控系统在较大的温度范围内具有响应快、精确度高、鲁棒性好的特点,解决了由于辐射源的热惯性大,工作在近室温易受干扰所带来的问题。

黑体辐射定律及实验教学相关问题探讨

针对黑体辐射定律及验证实验教学中的常见问题进行了探讨。介绍了黑体辐射定律提出的相关背景;给出了黑体辐射定律及简明图示。基于WGH-10型黑体辐射实验装置,阐述了与验证实验相关的辐射源、接收器、光谱仪及狭缝调节等问题。

关于黑体辐射曲线拐点问题的讨论

本文指出在由黑体辐射公式导出维恩位移定律的过程中求解黑体辐射曲线的拐点时经常发生的错误,分析引起此错误的原因,以及部分大学教材中表示黑体辐射单色辐射度的不妥之处.

小波在求解黑体辐射反问题中的应用

针对黑体辐射反问题,提出将其离散为线性不适定问题,利用小波变换方法进行数值求解.将小波变换和正则化方法相结合,利用小波函数的紧支撑性,将原不适定问题转化为粗子空间上的适定问题.数值模拟结果表明方法可行,重构区域温度分布有效.