光子晶体薄膜可见光-红外光谱设计及其辐射特性分析

为分析光子晶体薄膜可见光、红外光谱与红外辐射关联特性,设计了可见光反射率不同、红外发射率相同的3种Ge/ZnS体系光子晶体薄膜。通过红外辐射特性仿真,讨论了3种薄膜分别处于真空环境和大气环境中太阳光照对薄膜红外辐射特性的影响规律。仿真结果表明,在存在太阳光照的前提下,可见光反射率不同会导致3种薄膜表面温度出现差异;对于红外辐射而言,针对3~5μm波段,高反射表面处于低温状态下会反射太阳辐射,对红外低可探测造成负面影响;针对8~14μm波段,当红外发射率足够低时,3种薄膜的红外辐射出射度较为接近。制备的样品反射光谱、长波红外热像测试结果表现出与仿真的一致性,验证了3种薄膜的红外低可探测效果。研究结果有助于认知光子晶体薄膜的可见光、红外光谱及其红外辐射关联特性,并为兼容雷达波的可见光、红外低可探测材料光谱设计和应用方案提供参考。

Atmospheric Carbon Dioxide and Climate

Atmospheric radiative fluxes are evaluated for the line-by-line model of spectral lines in considering the atmosphere as a weakly nonuniform plane layer and altitude profiles of its parameters are taken from the model of standard atmosphere.Concepts of molecular spectroscopy are combined with the local thermodynamic equilibrium for greenhouse gases and with information from HITRAN data base for parameters of radiative transitions.In addition,the energetic balance of the Earth allows one to determine the radiative flux from clouds.As a result,the algorithm is worked out for evaluation of the atmospheric radiative flux toward the Earth depending on its composition.We below concentrate on the change of atmospheric radiative fluxes as a result of doubling of the concentration of CO2 molecules.It is shown that the change of the global temperature in this case according to the above algorithm in 5-6 times exceeds that followed from climatological models which are based on old spectral data,rather than those from HITRAN data base.These codes ignore overlapping of spectral lines of atmospheric radiators.

红外热成像测温技术及其应用

简要介绍了红外热成像温度测量技术的工作原理和普通红外热像仪的基本组成 ,以及利用红外热像仪进行温度测量的一些应用实例和使用过程中的一些经验。

基于红外热像技术的织物红外发射率测量方法

将热像仪和热板仪相结合,提出了一种实用的织物红外发射率测量方法。该方法通过对热板仪空气层建立牛顿传热关系解决了织物表面温度准确计算问题,从而实现用热像仪对织物红外发射率的测量。实验测试了1组织物的红外发射率值,结果表明使用该方法可有效测量中厚型织物的发射率。

粒度对样品辐射特性影响的实验研究

利用ＩＲＥ－１型红外辐射测量仪对不同粒度砂纸样品进行了（法向）光谱比辐射率的测试；测试波段为８～１４μｍ；测试温度分别为４０℃、５０℃和７０℃．通过对测试结果的分析，指出在粒度尺寸大于测试波长时，随着颗粒尺寸的减小，样品的光谱比辐射率将减小，相应的８～１４μｍ的平均比辐射率也有减小的趋势．

飞行器8~14μm波段红外特征的数值研究

在飞行器机身表面的温度场建模中综合考虑了超音速飞行气动加热、发动机舱内部流动换热,以及排气喷流对飞行器后体的传热等影响,采用数值计算的方法对飞行器8~14μm波段的蒙皮及发动机壁面红外辐射特征进行了研究,分析了飞行器机头、机身(含进气道)、机翼、发动机舱(含飞行器后体)、垂直尾翼、水平尾翼和发动机喷管腔体等部位的红外辐射。结果表明:蒙皮辐射是飞行器8~14μm波段红外辐射的主要组成部分,发动机壁面红外辐射主要集中在飞行器尾向±50°范围内;在不同的观测平面,飞行器不同部位对整机8~14μm波段的红外辐射贡献比例各有侧重,飞行器机身、机翼、发动机舱和垂直尾翼是飞行器8~14μm波段红外辐射的主要部分;飞行马赫数提高将加剧机身气动加热效果,飞行机不同部位所占的红外辐射比例将有所改变。

发射率对飞机蒙皮温度及红外辐射特性的影响

建立了某型飞机的简化几何模型,并设置了飞机的飞行航迹。综合考虑了太阳辐射、地球辐射、大气辐射和气动加热的多种因素,结合飞机蒙皮材料物理特性,针对涂覆三种不同发射率的隐身涂层蒙皮建立了导热物理模型,采用一维导热方程计算了飞机在12：00~12：45时间段飞行时不同发射率的蒙皮表面的温度分布。最后综合考虑了环境辐射的影响,分别对具有不同发射率的飞机蒙皮3~5μm和8~14μm两个波段的红外辐射强度进行了数值计算。结果表明：随着蒙皮发射率的减小,在一定程度上能降低蒙皮在8~14μm波段的红外辐射强度,但是因环境因素的影响,仅仅通过降低蒙皮发射率,飞机红外隐身的效果并不理想。

红外迷彩伪装对发射率要求的数值分析

针对红外迷彩伪装涂层中发射率的取值问题建立了计算模型。推导计算了目标8~14μm的平均发射率εt对目标辐射温度TR的影响,并以4 K辐射温差作为隐身标准,计算分析了目标不同真实温度T对εt取值范围的影响以及相邻斑块发射率差值△εt与固定斑块发射率ε1、目标真实温度T的关系。所得结论对红外迷彩伪装涂层的制备具有一定的指导作用。

飞行器表面温度和发射率分布对红外辐射特征的影响

为了考察飞行器表面8～14μm波段内红外辐射特征的控制规律,建立了包括蒙皮外气动热与蒙皮内部传热的数学物理模型,分别采用有限体积法求解蒙皮温度分布和反向蒙特卡罗法计算飞行器表面8～14μm波段内红外辐射特征。通过数值模拟,计算分析了在水平方向上飞行器各主要部件对红外辐射强度的贡献。最后,改变飞行器各主要部件的表面温度和发射率,获得了对飞行器水平方向上总的红外辐射特征的影响和控制规律。

环境辐射对红外辐射温差的影响

根据红外辐射理论,结合实际红外测温原理,通过推导红外测温公式,得到了两种物体间的红外辐射温差计算公式,总结了红外辐射温差随环境温度变化的规律,并完成了相关实验。着重对两种发射率不同的物体在同一热力学温度下的红外辐射温差进行了研究,结果发现辐射温差与物体热力学温度和环境温度有重要关系,物体热力学温度与环境温度相差越大,物体间的辐射温差就越大。另外,在一定情况下发射率低的物体比发射率高的物体辐射温度高。研究结果有利于指导操作员更好地使用红外热像仪和更加灵活、准确地判别目标。

高红外发射率辐射型外墙节能涂料的研制

基于红外辐射产生机理,采用过渡区金属氧化物掺杂、高温固相烧结法制备陶瓷红外辐射材料,通过正交试验优化工艺条件,并确定配方,制得的红外辐射粉经XRD表征,生成了高红外活性的四氧二铁酸钴反尖晶石相,在26℃,8～13.5μm波段"大气窗口"的发射率大于94%。以此红外材料为功能填料,氟碳乳液为基料,辅以其他颜填料及助剂,制得了在"大气窗口"波段内发射率大于78%的外墙节能涂料,SEM测试表明漆膜表面平整紧密,其他基本性能良好。

地面热红外发射率的天顶角变化效应

文中着重研究了自然地表面的红外辐射的方向特征 ,实地测量了发射率随观测天顶角的变化 ,分别对卫星资料反演地面温度和地面辐射测量作出红外发射率的观测天顶角修正 ,两者比较的结果表明 ,发射观测天顶角修正在精确地面温度的反演计算中不可忽视 ,尤其在大角度观测情况下 ,对某些地物发射率方向特征的修正比发射率本身的修正更重要。

低温红外辐射源研究

随着空间红外探测、卫星遥感等技术的飞速发展,低温红外辐射源的需求日益迫切。研制了一种基于液体循环控温原理的低温红外辐射源。辐射源的工作温度范围为-60℃~50℃,控温精度达到0.01℃,有效发射率优于0.999 7。首先阐述了低温红外辐射源的设计原理,介绍了辐射源腔形设计,使用基于蒙特卡罗算法的软件STEEP3计算了辐射腔的有效发射率;接着对辐射腔内部温度特性进行了研究,实验结果表明低温红外辐射源辐射腔温度均匀性优于0.02℃,腔底温度稳定性优于0.05℃/h;最后通过与镓熔点黑体比较得到低温红外辐射源在29.76℃时的光谱发射率,与仿真计算结果一致。

地表温度的卫星遥感

研究了地表温度卫星遥感测量中的两个关键因子——大气修正和发射率效应.正确选择了经仿真计算分析求得的地面温度的反演算法,对我国戈壁地区地表温度进行了卫星资料的反演.通过与地面测量的比较证实了反演算法的可靠性.为了提高卫星反演地表温度的精度,本研究提出了自然地物发射率方向特性的重要性,对特定地物作了发射率角度变化的测量,在实际地表温度反演中作出了恰当的修正,改善了反演精度.

基于红外热像仪的物体表面发射率测量方法

目前利用红外热像仪难以测得物体准确的发射率,因此根据红外热像仪对物体的输出响应,提出了一种新的利用红外热像仪精确测量物体发射率的方法.该方法针对双参考体方法计算公式中n取值不准确之处加以改进,推导出了物体发射率新的计算公式,系统地分析了该方法精确测量物体发射率的条件,建立了一套完整的利用红外热像仪精确测量物体发射率的方法.实验验证表明该方法可获得满意的测量结果.

混凝土变形破坏的红外辐射特征研究

对混凝土试样进行单轴压缩实验,利用红外热像仪和声发射仪,测试并研究了加载过程中试样的红外辐射与声发射变化特征。研究结果表明:混凝土试样受载破坏过程中红外辐射温度曲线呈典型的降转升型,试样发生破坏时,平均红外辐射温度的增温幅度为0.15℃,最高红外辐射温度的增温幅度为1.05℃;平均红外辐射温度在试样破坏前有明显前兆特征,载荷比为66.7%时温度快速下降,载荷比为82.6%时温度上升;在混凝土试样破裂及其发展阶段,红外热像上出现高温条带和低温条带,高温条带处于2个破裂面的错动摩擦区域,而低温条带和试样表面的裂缝对应,处于张性破裂区域。混凝土变形破坏的红外辐射演化特征为监测混凝土工程受力破坏提供了一种新方法。

100～400 K真空红外亮温标准黑体辐射源研制

介绍了中国计量科学研究院研制的100～400 K真空红外亮温标准黑体辐射源的工作原理、结构、性能测试方法及测试结果。黑体辐射源通过液氮制冷与3温区控制实现了100～400 K范围内的温度控制。在真空环境下,测试了其在温度范围100～400 K轴向温度均匀性、底部温度稳定性等技术指标,结果表明均匀性优于0. 120K,控温稳定性优于0. 020 K/20 min;在室温大气环境下,利用基于控制环境辐射的发射率测量方法测量了黑体空腔发射率,空腔法向发射率为0. 9998。采用基于蒙特卡罗黑体发射率仿真计算方法分析轴向温度均匀性对空腔发射率的影响,分析了标准黑体辐射源的不确定度来源,在8～16μm波长亮度温度的合成标准不确定度优于0. 030 K。

长航时UAV蒙皮红外辐射强度的工程计算

无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)蒙皮的红外辐射特性是对UAV进行探测识别的重要依据,而UAV蒙皮的气动力加热、太阳辐射换热、地球辐射换热等是影响UAV蒙皮辐射特性的主要因素。在综合考虑了环境以及UAV自身辐射的情况下,建立了UAV蒙皮红外辐射的计算模型,采用向前差分法求出了UAV蒙皮的一维导热微分方程,并在此基础上,结合UAV蒙皮材料的发射率,计算了在某一平面上UAV红外辐射强度的分布情况。计算结果表明:蒙皮在8~14μm波段处红外辐射强度远大于3~5μm波段的红外辐射强度;相同波段处,蒙皮正上方的辐射强度大于正下方的辐射强度。

中温区真空标准黑体辐射源研制

介绍了中国计量科学研究院研制的中温区真空标准黑体辐射源的结构设计,工作原理,测试结果和不确定度评定。黑体辐射源工作温度范围为320~500 K,黑体空腔开口直径为50 mm,空腔深度为260 mm,表面喷涂了耐高温漆,空腔发射率优于0.999。真空环境下测试了黑体在335~500 K温度范围内的轴向温度均匀性,温度稳定性及黑体辐射源亮度温度等性能指标,结果显示黑体温度均匀性优于0.15 K,40 min内温度稳定性优于0.03 K。分析了黑体辐射源的不确定度来源,黑体辐射源的合成标准不确定度优于0.04 K。

高温低红外辐射表面材料研究进展

高温环境严重影响了军用飞机的红外隐身性能,开展高温低红外辐射表面材料研究成为当前军用飞机隐身研究的重要课题。针对当前高温环境对低红外辐射表面材料的性能要求,介绍了可用于高温环境使用的金属类表面材料、无机氧化物类表面材料和光子晶体类表面材料的研究和发展状况。目前低红外辐射材料在提高材料耐热性能和降低红外辐射率方面距离实际应用仍存在一定差距,涂层制备方法和高温作用对于涂层性能的影响还需要充分研究。有必要在理论基础、制备工艺、耐热性与辐射性的统筹协调等方面开展深入研究。