基于积分球反射法的面辐射源发射率分布测量研究

发射率分布测量是评价大口径辐射源辐射均匀性的重要基础,但目前针对相关参数的研究较为匮乏。基于全半球激光积分反射方案,设计搭建了基于积分球反射法的红外辐射源发射率分布特征测量系统;开展了测量系统的性能研究,评价了激光光源子系统的稳定性,并在3 W的激光器功率下开展了面辐射源发射率分布特征测量实验。结果表明:建立的测量系统的稳定性良好,以标准金板表面为研究对象,多次测量结果的重复性为0.30%;开展了碳基面辐射源发射率分布实验测量,获得面辐射源发射率的分布云图,发射率的均匀性为98.1%。

基于高温黑体的傅里叶光谱测量系统响应度分段线性标定

傅里叶红外光谱仪(FTIR)光谱响应度的标定工作是FTIR红外光谱精准测量的基础。基于中国计量科学研究院(NIM)的ThermoGage HT9500型高温基准黑体辐射源,对NIM搭建的FTIR高温黑体红外辐射特性测量系统的光谱响应度,通过分段线性标定法进行了标定实验。建立并描述了FTIR测量高温黑体红外辐射特性系统响应度函数标定模型,并通过测量的黑体辐射源在1273~1973K温区、1~14μm宽频谱内的红外光谱,对FTIR测量系统的光谱响应度进行了标定实验研究。结果表明:分段线性标定FTIR红外光谱测量系统方法具有良好可靠性。1373~1873K温区的测量光谱与基于黑体标定的计算光谱在1~14μm频谱内平均偏差优于1%,黑体光谱辐射亮度峰值波长上反演得到的黑体计算温度与实际温度偏差优于0.45%。

基于集成黑体法1000~1500℃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1000℃、1300℃、1500℃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。

基于光通量倍增法的傅里叶红外探测系统光谱响应度非线性测量

在宽动态范围、高分辨力、宽频谱红外辐射测量中,傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)是常用的探测单元,其光谱响应度的非线性是宽动态范围红外光谱测量的不确定度主要贡献项之一。基于光通量倍增原理,建立傅里叶红外光谱探测系统的非线性测量实验系统。实验研究了在非线性测量典型时间段内的黑体辐射源和FTIR红外光谱探测系统的漂移特性,设计了测量序列变换模型来消除测量过程中的一阶线性漂移影响。在200~1000℃范围内,实验测量了FTIR红外光谱探测系统的非线性特征,给出了在典型波长3.9μm和10.6μm处的非线性测量结果及相应的不确定度。

主动式双波长红外激光测温标定实验研究

基于主动式双波长红外激光的测温方法,可实现对未知发射率表面真实温度的测量。高精度的标定源是保证双波长红外测温系统测温精确性的重要基础,但目前双波长测温领域的研究工作缺乏关于标定实验结果的公开报道。因此,设计搭建了主动式红外激光测温标定源,研究该标定源的稳定性和均匀性,并对双波长激光测温系统进行标定。结果表明:所搭建主动式双波长红外激光测温标定源稳定性良好,1173 K时20 min内温度最大偏差为0.22 K;表面温度均匀性良好,1173 K时表面温度标准偏差为0.34 K;标定源表面真温在923 K以上时,采集信号相对标准偏差小于0.7%。标定实验结果证明所搭建标定源可靠性良好,能够对主动式双波长红外激光测温系统进行精确标定。

基于激光积分球反射计的集成黑体发射率测量研究

集成黑体发射率是评价其有效光谱辐射亮度不确定度的关键贡献项。建立了激光积分球反射计测量系统,对中国计量科学研究院制备的集成空腔的法向光谱发射率进行了实验研究和模拟验证。在633 nm的波长下测量了集成黑体法向光谱发射率,测量结果的标准不确定度优于0. 043%。结果表明:集成黑体辐射源在室温条件下的有效发射率高于0. 998,与STEEP3蒙特卡罗模拟计算结果偏差在0. 04%之内。实验结果与数值模拟的一致性在测量结果不确定度内吻合良好,验证了激光积分球发射计法用于评价集成黑体发射率的可行性。

基于高温黑体的FTIR光谱测量系统非线性标定方法研究

建立了基于FTIR光谱测量系统光谱响应度的非线性标定模型,并基于三段式高温黑体辐射源对FTIR光谱测量系统进行了光谱响应度标定实验研究。三段式高温黑体温度覆盖600~950℃温区、光谱范围覆盖3~14μm。与传统的分段线性标定模型进行了比对,结果表明:基于非线性标定获得的光谱辐射亮度与理论光谱辐射亮度平均偏差优于0.04%,而分段线性标定的平均偏差在0.93%水平,两者具有较好的一致性,非线性标定方法的精度比分段线性标定方法的精度提高了一个数量级。