CN1021254C

CN1021254C - 一种发射率现场测量的方法

Info

Publication number: CN1021254C
Application number: CN 91107415
Authority: CN
Inventors: 张才根; 李琦
Original assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date: 1991-05-30
Filing date: 1991-05-30
Publication date: 1993-06-16
Anticipated expiration: 2006-05-30
Also published as: CN1059205A

Abstract

本发明提供了一种发射率现场测量的新方法。它是把经过调制的一定波长的辐射光束入射到被测物表面，采用相毓检波方法处理信号的辐射计接收被反射的调制辐射，再与发射率参考板的信号进行比较和运算，得到被测物的发射率。因辐射计对环境辐射和被测物的自身辐射完全不响应，故这种方法可在任何复杂的辐射环境下工作，也可对任何温度的物体进行发射率测量。通过控制人射辐射的光谱成分及辐射计的光谱响应，还可测量各种光谱及光谱范围的发射率。

Description

本发明涉及计量测试领域，特别是一种对物体的发射率进行现场测量的方法。

所谓发射率就是实际物体与同温度黑体在相同条件下热辐射功率的比值。实际物体的发射率与波长、物体的温度、材料特性及表面的状态密切相关，其数值只有通过具体的测量才能得知。对于辐射测温，当测得了物体的表观温度后，还必须进行发射率的校正，才能得到物体的真实温度，目前，物体的表观温度的测量精度已经达到了较高的水平，故辐射测温的精度主要由测量发射率参数的精度所决定。

目前，测量发射率的方法有量热法、反射率法和能量比较法。量热法的原理是：将被测样品与周围相关物体共同组成一个热交换系统，再根据热传导理论导出系统有关材料发射率的热传导方程，再测出样品有关点的温度值，就能确定系统的热交换状态，从而求出样品的发射率。量热法需要把被测物体制作成较小的样品，并要测出样品有关点的温度值，不适用于现场测量。

能量比较法的基本原理是：在同一温度下用同一样探测器在相同条件下分别测量参考黑体及被测物体的辐射功率，两者之比就是物体的发射率。参考黑体是这种测量方法的关键，它较大程度地影响这种方法的测量精度。

反射率法的基本原理是：根据能量守恒定律及基尔霍夫定律，只要将已知强度的辐射能投射到被测不透明物体表面上，并测量出表面反射能量，即可求得反射率，从而计算出发射率。反射率法不必对被测物体进行加工，不需要知道被测物的温度，从这个原理出发，可以发展为发射率的现场测量方法。例如，在文献“利用CO₂激光较远距离测量物体比辐射率”（张仁华，科学通报，第23期，1985年，第1814-1818页）中，其测量方法就是基于这个原理上的。但是，该文献提供的方法为了要消掉复杂的环境辐射照度影响，得到物体发射率信息，一定要保持测量时环境辐射不变，并必须建立两种不同功率的光源照度。

本发明的目的是提供一种发射率现场测量的方法，可以获得在某光谱范围内或某光谱的物体的发射率，并有较高的测量精度。本方法是进行非接触测量，且不必对被测物进行加工和处理，不必测知被测物的温度。

本方法将主动光源置于距参考板/被测物表面的一定距离上，把辐射计放置在能接收到被反射的主动光源辐射的位置上，并固定主动光源与辐射计、被测物/参考板之间的相对位置;主动光源产生一束辐射波长为λ的辐射，入射到被测物表面上，辐射计接收被反射的主动光源辐射，这时辐射计输出为V;用参考板在同一位置代替被测物，这时辐射计输出为V_s，设被测物表面为不透明的朗伯体表面，由于：

V/V_S＝ρ_d/ρ_d8＝（1-ε_d）/（1-ε_d8），

则：ε_d＝1-（V/V₈）（1-ε_d8）

式中，ρ_d为被测物体的反射率，ρ_d8为参考板的反射率，ε_d为被测物体发射率，ε_d8为参考板的发射率;

本发明的特征在于对主动光源辐射进行调制，并给出同步信号;同步信号用于相敏检波，使辐射计只响应被反射的调制辐射。

先对本发明的附图作一点说明：

图1是方向发射率测量示意图。图中1为经调制的主动光源，2为辐射计，3为主动光源及辐射计与被测物/参考板之间的距离，4为被测物，5为参考板。

图2为本发明方法的一个实施例的方块示意图。其中6为光源，7为驱动电路，8为振荡电路，9为同步信号，10为辐射计光学系统，11为探测器及其放大电路，12为滤波器，13为相敏检波电路，14为直流放大，15为单片机，分别对两信号进行采样，运算，16为发射率显示打印机构，17为参考板定标信号存储。

本发明发明人推荐如下最佳实施例。

参见附图，根据本方法实施的装置由调制光源、辐射计和方向反射率参考板组成。

调制光源部分的作用是产生一束所需光谱成份的调制辐射光束及同步信号。光源6采用了砷化镓发光二极管，辐射波长为0.94微米，在发光二极管前置放一石英透镜，可得到视场角为3.4度的出射光束。采用电调制的方式调制光源辐射。其电路部分先由振荡电路8产生一个频率为1.3千赫的脉冲信号，经放大后送到发光二极管的驱动电路7，使发光二极管产生一束频率为1.3千赫的调制辐射光束，同时给出调制同步信号9。

辐射计部分的作用是接收被反射的调制辐射能量。采用了硅光电二极管接收0.94微米的反射调制辐射，光电二极管前加一石英透镜，组成接收视场为5.2度的光学系统10，硅光电二极管及其输出的电信号经其放大电路11和滤波电路12，然后由调制光源部分给出的调制同步信号9同步解调，即通过相敏检波13，产生一个与入射调制辐射能量成正比的直流电压信号，经直流放大14至单片机15，分别对被测物和参考板的信号进行采样、运算。再由打印显示装置16把发射率数据打印和显示出来。

通过控制入射辐射的光谱成分及辐射计的光谱响应，还可以测量各种光谱或光谱范围的发射率。

发射率参考板为不透明朗伯体，其反射率和发射率在各个方向上均相等，并且有其发射率等于壹减去反射率。将参考板的定标信号17进行存储，与单片机15联合运转，则测量被测物的发射率时，可免去将参考板放在被测物位置测量反射调制辐射，而直接把被测物反射调制辐射与定标信号相比较运算，即可得到被测物的发射率。参考板按发射率的大小分三档实施，即发射分别为0.10-0.30，0.30-0.60，0.60-0.99的低、中、高三档，这样，可适用于很宽范围的发射率的测量。

本发明方法有如下积极效果与优点：

1、因采用了相敏检波，使信噪比显著提高，提高了测量灵敏度。

2、由于采用了调制光源，使得辐射计只响应调制辐射，对环境辐射和被测物的自射辐射不响应。故这种方法可在任何复杂环境辐射下工作，也可以对任何温度的物体进行发射率测量。

3、整个测量过程是非接触的，不破坏原有温度场，完全适用于现场测量。本方法采用了非封闭的测量方式，可以较远距离测量，也可以在线测量。

4、通过控制入射辐射的光谱成份及辐射计的光谱响应，可以测量各种光谱及光谱范围的方向发射率。

5、可测的发射率范围很宽。

Claims

1、一种发射率现场测量的方法，其中包括：

1.1、将主动光源置于距被测物/参考板表面的一定距离上，把辐射计放置在能接收到被反射的主动光源辐射的位置上，并固定主动光源与辐射计、被测物/参考板三者之间的相对位置；

1.2、主动光源产生一束辐射波长为λ的辐射，入射到被测物表面上，辐射计接收被反射的主动光源辐射，这时辐射计输出为V；

1.3、用参考板在同一位置代替被测物，这时辐射计输出为V_s；

1.4、计算被测物的发射率，因为

V/V_s=ρ_d/ρ_de=(1-ε_d)/(1-ε_de)，

则被测物体的发射率为：

δ_d=1-(V/V₈)(1-ε_d8)

式中，ρ_d为被测物体的反射率，ρ_d6为参考板的反射率，ε_d为被测物体的发射率，ε_d8为参考板的发射率；

其特征在于：

1.5、对主动光源辐射进行调制，并给出同步信号；

1.6、同步信号用于相敏检波，使辐射计只响应被反射的调制辐射。