CN105203494B - 高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置及方法 - Google Patents
高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105203494B CN105203494B CN201510607276.0A CN201510607276A CN105203494B CN 105203494 B CN105203494 B CN 105203494B CN 201510607276 A CN201510607276 A CN 201510607276A CN 105203494 B CN105203494 B CN 105203494B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mrow
- msub
- measured
- test specimen
- mfrac
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Abstract
高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置及方法，属于高温半透明材料热物性测量技术领域。本发明是为了解决现有半透明材料高温热辐射物性的测量方法复杂并且测量结果不可靠的问题。装置包括傅立叶红外光谱分析仪、数据处理系统、黑体光源B、旋转平台、黑体辐射加热器、黑体光源A、真空罐和循环水恒温套筒；方法首先通过实验测得指定实验温度下待测半透明材料指定方向上的光谱方向表观发射率，在此基础上通过逆问题求解方法计算得到该材料的光谱折射率和光谱吸收系数，利用该方法可以精确地计算出待测材料的光谱折射率和光谱吸收系数。本发明用于高温半透明材料的热物性测量。
Description
技术领域
本发明涉及高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置及方法，属于高温半透明材料热物性测量技术领域。
背景技术
半透明材料是指其光谱光学厚度在某个或若干个波段范围内为有限值的材料，在很多领域有着广泛的应用，如航天器外表面温控涂层、航天军事技术中导弹飞行器上的硫化锌窗口材料，军事目标红外辐射特性及遥感探测、太阳能利用、红外加热、温控涂层以及玻璃和陶瓷加工等。
半透明材料的折射率和吸收系数作为其重要的热辐射物性参数，是工程设计、热过程及辐射信号传输分析的基础输入数据，对相关工程技术和科学实验研究的发展非常重要。实验测量是获得半透明材料高温热辐射物性数据的基本手段。现有半透明材料高温热辐射物性测量方法存在过程复杂并且测量结果不可靠的缺陷。
发明内容
本发明目的是为了解决现有半透明材料高温热辐射物性的测量方法复杂并且测量结果不可靠的问题，提供了一种高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置及方法。
本发明所述高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置，它包括傅立叶红外光谱分析仪、数据处理系统、黑体光源B、旋转平台、黑体辐射加热器、黑体光源A、真空罐和循环水恒温套筒，
循环水恒温套筒套接于真空罐的外表面，并且循环水恒温套筒和真空罐相应面侧壁上并排设置第一测量窗口和第二测量窗口，黑体光源B、旋转平台和黑体光源A设置于真空罐内部，旋转平台的一侧相对于第一测量窗口，旋转平台的另一侧设置黑体光源A，旋转平台用于放置待测试件和黑体辐射加热器，黑体辐射加热器用于对待测试件进行辐射加热；黑体光源A的光轴通过第一测量窗口的中心；黑体光源B的光轴通过第二测量窗口的中心；
傅立叶红外光谱分析仪用于采集第一测量窗口或第二测量窗口射出的光谱辐射信号；傅立叶红外光谱分析仪的采集信号传输给数据处理系统。
它还包括水平导轨，傅立叶红外光谱分析仪设置在水平导轨上。
一种高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量方法，该方法基于高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置实现，它包括以下步骤：
步骤一：使傅立叶红外光谱分析仪对应于第一测量窗口，开启黑体光源A，采用傅立叶红外光谱分析仪采集黑体光源A的光谱辐射信号S1；
步骤二：将待测试件放置于旋转平台上，转动旋转平台，使待测试件的测量表面法线方向与黑体光源A中线方向的夹角α为0°；开启黑体辐射加热器，将待测试件加热至预设定温度T并保持温度稳定，然后采用傅立叶红外光谱分析仪采集第一数据S2，第一数据S2由黑体光源A的光谱辐射信号S1透过待测试件之后剩余的信号S1′、待测试件的光谱辐射信号Ss和黑体辐射加热器的光谱辐射信号透过待测试件之后剩余的信号S4′组成；
步骤三：关闭黑体光源A，并保持待测试件温度稳定，再采用傅立叶红外光谱分析仪采集第二数据S3，第二数据S3由黑体辐射加热器的光谱辐射信号透过待测试件之后剩余的信号S4′和待测试件的光谱辐射信号Ss组成；
步骤四：取出待测试件，保持黑体辐射加热器当前加热温度不变，采用傅立叶红外光谱分析仪采集黑体辐射加热器的光谱辐射信号S4；然后关闭黑体辐射加热器；
步骤五：开启黑体光源B，使其达到预定温度并保持稳定后，移动使傅立叶红外光谱分析仪对应于第二测量窗口，采集黑体光源B的光谱辐射信号Sb；
步骤六：由上述测量获得的所有光谱辐射信号数据，计算获得待测试件的测量表面法线方向与黑体光源A中线方向夹角α为0°时，待测试件的光谱方向表观发射率测量值ε(λ,α1)；式中λ为光源的光谱波长，α1＝0°；
步骤七：重复步骤一至步骤六，并依次使待测试件的测量表面法线方向与黑体光源A中线方向的夹角α为20°、40°、60°及80°，并依次计算获得待测试件的光谱方向表观发射率测量值ε(λ,α2)、ε(λ,α3)、ε(λ,α4)和ε(λ,α5)；式中α2＝20°，α3＝40°，α4＝60°，α5＝80°；
步骤八：根据辐射传输逆问题求解算法，设定待测试件的光谱折射率为n′λ，光谱吸收系数为κ′λ，根据菲涅尔定律进行计算，得到与测量方向夹角α相对应的待测试件的光谱方向表观发射率估计值ε′(λ,α1)、ε′(λ,α2)、ε′(λ,α3)、ε′(λ,α4)及ε′(λ,α5)；
步骤九：根据待测试件的光谱方向表观发射率测量值ε(λ,α2)、ε(λ,α3)、ε(λ,α4)和ε(λ,α5)及待测试件的光谱方向表观发射率估计值ε′(λ,α1)、ε′(λ,α2)、ε′(λ,α3)、ε′(λ,α4)和ε′(λ,α5)，由目标函数计算公式计算获得目标函数值Fobj；
步骤十：判断目标函数值Fobj是否小于设定阈值ξ，若否，返回执行步骤八和步骤九，根据逆问题算法更新待测试件的光谱折射率n′λ和光谱吸收系数κ′λ，并重新进行计算获得目标函数值Fobj，直至当前目标函数值Fobj小于设定阈值ξ，将待测试件的当前光谱折射率n′λ作为待测试件的真实光谱折射率nλ，将待测试件的当前光谱吸收系数κ′λ作为待测试件的真实光谱吸收系数κλ，完成高温半透明材料折射率及吸收系数的测量。
步骤六中获得待测试件的光谱方向表观发射率测量值ε(λ,α1)的具体方法为：
由步骤一至步骤五中采集获得的光谱辐射信号数据，获得：
S′1＝τ(λ)·S1，
S2＝S′1+Ss+S′4，
S3＝Ss+S′4，
S′4＝τ(λ)·S4；
式中τ(λ)为预设定温度T下，待测试件的光谱透射率；
进而获得预设定温度T下待测试件的光谱辐射信号Ss：
再根据表观发射率定义获得待测试件的测量表面法线方向与黑体光源A中线方向夹角α为0°时，待测试件的光谱方向表观发射率测量值ε(λ,α1)：
步骤八中根据菲涅尔定律进行计算，获得待测试件的光谱方向表观发射率估计值ε′(λ,α)的具体方法为：
根据菲涅尔定律，待测试件的测量表面法线方向与黑体光源A中线方向的夹角为α时，ε′(λ,α)的表达式为：
式中ρv为待测试件对垂直极化波的反射系数，D为待测试件的厚度；ρh为待测试件对水平极化波的反射系数；
其中：
式中β为黑体光源A在待测试件上产生的折射角，sin(β)＝n′λsin(α)。
待测试件的尺寸为：
待测试件为圆形试件，其直径为50mm；
或者待测试件为矩形试件，其长度方向的边长为50mm。
光源的光谱波长范围为1μm～25μm；待测试件预设定温度T的范围为300K～1673K。
本发明的优点：本发明方法首先通过实验测得指定实验温度下待测半透明材料指定方向上的光谱方向表观发射率，在此基础上通过逆问题求解方法计算得到该材料的光谱折射率和光谱吸收系数，利用该方法可以精确地计算出待测材料的光谱折射率和光谱吸收系数，该方法适用于两侧均为镜反射半透明边界条件的半透明材料的光谱折射率和光谱吸收系数的测量。
本发明提供了一种结构简单、操作简便、精确的高温半透明材料光谱折射率和光谱吸收系数反演测量新方法。本发明实现了利用傅里叶红外光谱仪分别对半透明材料的不同方向上的方向发射率进行测量，继而根据辐射传输逆问题求解方法计算得到半透明材料的光谱折射率和光谱吸收系数。本发明提供了一种可靠的可对半透明材料高温条件下的光谱折射率和光谱吸收系数进行准确测量的测量方法，可以广泛应用于航空航天、军事、能源、化工、以及大气科学等诸多领域。
附图说明
图1是本发明所述高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置的原理图，此时傅立叶红外光谱分析仪对应于第一测量窗口；
图2是本发明所述高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置的原理图，此时傅立叶红外光谱分析仪对应于第二量窗口。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置，它包括傅立叶红外光谱分析仪1、数据处理系统2、黑体光源B3、旋转平台4、黑体辐射加热器5、黑体光源A6、真空罐7和循环水恒温套筒8，
循环水恒温套筒8套接于真空罐7的外表面，并且循环水恒温套筒8和真空罐7相应面侧壁上并排设置第一测量窗口9和第二测量窗口10，黑体光源B3、旋转平台4和黑体光源A6设置于真空罐7内部，旋转平台4的一侧相对于第一测量窗口9，旋转平台4的另一侧设置黑体光源A6，旋转平台4用于放置待测试件11和黑体辐射加热器5，黑体辐射加热器5用于对待测试件11进行辐射加热；黑体光源A6的光轴通过第一测量窗口9的中心；黑体光源B3的光轴通过第二测量窗口10的中心；
傅立叶红外光谱分析仪1用于采集第一测量窗口9或第二测量窗口10射出的光谱辐射信号；傅立叶红外光谱分析仪1的采集信号传输给数据处理系统2。
旋转平台4用于旋转待测试件11，黑体辐射加热器5和待测试件11固定于旋转平台4上，可通过旋转平台4控制发射率测量方向以实现不同方向发射率的测量；待测试件11及黑体辐射加热器5置于真空罐7中，可以避免自然对流对试件温度场的影响；黑体辐射加热器5采用辐射加热方式对待测试件11加热，可以保持待测试件两表面均为半透明边界条件，同时黑体辐射加热器5为近似黑体，可使透过半透明试件投射到加热器上的辐射能量全部被吸收；真空罐7外面采用循环水冷维持罐内温度恒定，避免背景杂散辐射对测量的影响。
具体实施方式二：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，它还包括水平导轨12，傅立叶红外光谱分析仪1设置在水平导轨12上。
水平导轨12用于实现傅立叶红外光谱分析仪1的横向移动。
具体实施方式三：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式基于实施方式一或二所述高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置实现，它包括以下步骤：
步骤一：使傅立叶红外光谱分析仪1对应于第一测量窗口9，开启黑体光源A6，采用傅立叶红外光谱分析仪1采集黑体光源A的光谱辐射信号S1；
步骤二：将待测试件11放置于旋转平台4上，转动旋转平台4，使待测试件11的测量表面法线方向与黑体光源A6中线方向的夹角α为0°；开启黑体辐射加热器5，将待测试件11加热至预设定温度T并保持温度稳定，然后采用傅立叶红外光谱分析仪1采集第一数据S2，第一数据S2由黑体光源A的光谱辐射信号S1透过待测试件11之后剩余的信号S1′、待测试件11的光谱辐射信号Ss和黑体辐射加热器5的光谱辐射信号透过待测试件11之后剩余的信号S4′组成；
步骤三：关闭黑体光源A6，并保持待测试件11温度稳定，再采用傅立叶红外光谱分析仪1采集第二数据S3，第二数据S3由黑体辐射加热器5的光谱辐射信号透过待测试件11之后剩余的信号S4′和待测试件11的光谱辐射信号Ss组成；
步骤四：取出待测试件11，保持黑体辐射加热器5当前加热温度不变，采用傅立叶红外光谱分析仪1采集黑体辐射加热器5的光谱辐射信号S4；然后关闭黑体辐射加热器5；
步骤五：开启黑体光源B3，使其达到预定温度并保持稳定后，移动使傅立叶红外光谱分析仪1对应于第二测量窗口10，采集黑体光源B3的光谱辐射信号Sb；
步骤六：由上述测量获得的所有光谱辐射信号数据，计算获得待测试件11的测量表面法线方向与黑体光源A6中线方向夹角α为0°时，待测试件11的光谱方向表观发射率测量值ε(λ,α1)；式中λ为光源的光谱波长，α1＝0°；
步骤七：重复步骤一至步骤六，并依次使待测试件11的测量表面法线方向与黑体光源A6中线方向的夹角α为20°、40°、60°及80°，并依次计算获得待测试件11的光谱方向表观发射率测量值ε(λ,α2)、ε(λ,α3)、ε(λ,α4)和ε(λ,α5)；式中α2＝20°，α3＝40°，α4＝60°，α5＝80°；
步骤八：根据辐射传输逆问题求解算法，设定待测试件11的光谱折射率为n′λ，光谱吸收系数为κ′λ，根据菲涅尔定律进行计算，得到与测量方向夹角α相对应的待测试件11的光谱方向表观发射率估计值ε′(λ,α1)、ε′(λ,α2)、ε′(λ,α3)、ε′(λ,α4)及ε′(λ,α5)；
步骤九：根据待测试件11的光谱方向表观发射率测量值ε(λ,α2)、ε(λ,α3)、ε(λ,α4)和ε(λ,α5)及待测试件11的光谱方向表观发射率估计值ε′(λ,α1)、ε′(λ,α2)、ε′(λ,α3)、ε′(λ,α4)和ε′(λ,α5)，由目标函数计算公式计算获得目标函数值Fobj；
步骤十：判断目标函数值Fobj是否小于设定阈值ξ，若否，返回执行步骤八和步骤九，根据逆问题算法更新待测试件11的光谱折射率n′λ和光谱吸收系数κ′λ，并重新进行计算获得目标函数值Fobj，直至当前目标函数值Fobj小于设定阈值ξ，将待测试件11的当前光谱折射率n′λ作为待测试件11的真实光谱折射率nλ，将待测试件11的当前光谱吸收系数κ′λ作为待测试件11的真实光谱吸收系数κλ，完成高温半透明材料折射率及吸收系数的测量。
步骤二中待测试件11可置于试件架中。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式三作进一步说明，步骤六中获得待测试件11的光谱方向表观发射率测量值ε(λ,α1)的具体方法为：
由步骤一至步骤五中采集获得的光谱辐射信号数据，获得：
S′1＝τ(λ)·S1，
S2＝S′1+Ss+S′4，
S3＝Ss+S′4，
S′4＝τ(λ)·S4；
式中τ(λ)为预设定温度T下，待测试件11的光谱透射率；
进而获得预设定温度T下待测试件11的光谱辐射信号Ss：
再根据表观发射率定义获得待测试件11的测量表面法线方向与黑体光源A6中线方向夹角α为0°时，待测试件11的光谱方向表观发射率测量值ε(λ,α1)：
具体实施方式五：本实施方式对实施方式四作进一步说明，步骤八中根据菲涅尔定律进行计算，获得待测试件11的光谱方向表观发射率估计值ε′(λ,α)的具体方法为：
根据菲涅尔定律，待测试件11的测量表面法线方向与黑体光源A6中线方向的夹角为α时，ε′(λ,α)的表达式为：
式中ρv为待测试件11对垂直极化波的反射系数，D为待测试件11的厚度；ρh为待测试件11对水平极化波的反射系数；
其中：
式中β为黑体光源A6在待测试件11上产生的折射角，sin(β)＝n′λsin(α)。
具体实施方式六：本实施方式对实施方式三、四或五作进一步说明，待测试件11的尺寸为：
待测试件11为圆形试件，其直径为50mm；
或者待测试件11为矩形试件，其长度方向的边长为50mm。
具体实施方式七：本实施方式对实施方式三、四、五或六作进一步说明，光源的光谱波长范围为1μm～25μm；待测试件11预设定温度T的范围为300K～1673K。
Claims (6)
1.一种高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量方法，该方法基于高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置实现，所述的高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置包括傅立叶红外光谱分析仪(1)、数据处理系统(2)、黑体光源B(3)、旋转平台(4)、黑体辐射加热器(5)、黑体光源A(6)、真空罐(7)和循环水恒温套筒(8)，
循环水恒温套筒(8)套接于真空罐(7)的外表面，并且循环水恒温套筒(8)和真空罐(7)相应面侧壁上并排设置第一测量窗口(9)和第二测量窗口(10)，黑体光源B(3)、旋转平台(4)和黑体光源A(6)设置于真空罐(7)内部，旋转平台(4)的一侧相对于第一测量窗口(9)，旋转平台(4)的另一侧设置黑体光源A(6)，旋转平台(4)用于放置待测试件(11)和黑体辐射加热器(5)，黑体辐射加热器(5)用于对待测试件(11)进行辐射加热；黑体光源A(6)的光轴通过第一测量窗口(9)的中心；黑体光源B(3)的光轴通过第二测量窗口(10)的中心；
傅立叶红外光谱分析仪(1)用于采集第一测量窗口(9)或第二测量窗口(10)射出的光谱辐射信号；傅立叶红外光谱分析仪(1)的采集信号传输给数据处理系统(2)；
其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
步骤一：使傅立叶红外光谱分析仪(1)对应于第一测量窗口(9)，开启黑体光源A(6)，采用傅立叶红外光谱分析仪(1)采集黑体光源A的光谱辐射信号S1；
步骤二：将待测试件(11)放置于旋转平台(4)上，转动旋转平台(4)，使待测试件(11)的测量表面法线方向与黑体光源A(6)中线方向的夹角α为0°；开启黑体辐射加热器(5)，将待测试件(11)加热至预设定温度T并保持温度稳定，然后采用傅立叶红外光谱分析仪(1)采集第一数据S2，第一数据S2由黑体光源A的光谱辐射信号S1透过待测试件(11)之后剩余的信号S1′、待测试件(11)的光谱辐射信号Ss和黑体辐射加热器(5)的光谱辐射信号透过待测试件(11)之后剩余的信号S4′组成；
步骤三：关闭黑体光源A(6)，并保持待测试件(11)温度稳定，再采用傅立叶红外光谱分析仪(1)采集第二数据S3，第二数据S3由黑体辐射加热器(5)的光谱辐射信号透过待测试件(11)之后剩余的信号S4′和待测试件(11)的光谱辐射信号Ss组成；
步骤四：取出待测试件(11)，保持黑体辐射加热器(5)当前加热温度不变，采用傅立叶红外光谱分析仪(1)采集黑体辐射加热器(5)的光谱辐射信号S4；然后关闭黑体辐射加热器(5)；
步骤五：开启黑体光源B(3)，使其达到预定温度并保持稳定后，移动使傅立叶红外光谱分析仪(1)对应于第二测量窗口(10)，采集黑体光源B(3)的光谱辐射信号Sb；
步骤六：由上述测量获得的所有光谱辐射信号数据，计算获得待测试件(11)的测量表面法线方向与黑体光源A(6)中线方向夹角α为0°时，待测试件(11)的光谱方向表观发射率测量值ε(λ,α1)；式中λ为光源的光谱波长，α1＝0°；
步骤七：重复步骤一至步骤六，并依次使待测试件(11)的测量表面法线方向与黑体光源A(6)中线方向的夹角α为20°、40°、60°及80°，并依次计算获得待测试件(11)的光谱方向表观发射率测量值ε(λ,α2)、ε(λ,α3)、ε(λ,α4)和ε(λ,α5)；式中α2＝20°，α3＝40°，α4＝60°，α5＝80°；
步骤八：根据辐射传输逆问题求解算法，设定待测试件(11)的光谱折射率为n′λ，光谱吸收系数为κ′λ，根据菲涅尔定律进行计算，得到与测量方向夹角α相对应的待测试件(11)的光谱方向表观发射率估计值ε′(λ,α1)、ε′(λ,α2)、ε′(λ,α3)、ε′(λ,α4)及ε′(λ,α5)；
步骤九：根据待测试件(11)的光谱方向表观发射率测量值ε(λ,α2)、ε(λ,α3)、ε(λ,α4)和ε(λ,α5)及待测试件(11)的光谱方向表观发射率估计值ε′(λ,α1)、ε′(λ,α2)、ε′(λ,α3)、ε′(λ,α4)和ε′(λ,α5)，由目标函数计算公式计算获得目标函数值Fobj；
<mrow>
<msub>
<mi>F</mi>
<mrow>
<mi>o</mi>
<mi>b</mi>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mn>5</mn>
</munderover>
<msup>
<mrow>
<mo>&lsqb;</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msup>
<mi>&epsiv;</mi>
<mo>&prime;</mo>
</msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&lambda;</mi>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>&alpha;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>-</mo>
<mi>&epsiv;</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&lambda;</mi>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>&alpha;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<mi>&epsiv;</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&lambda;</mi>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>&alpha;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>;</mo>
</mrow>
步骤十：判断目标函数值Fobj是否小于设定阈值ξ，若否，返回执行步骤八和步骤九，根据逆问题算法更新待测试件(11)的光谱折射率n′λ和光谱吸收系数κ′λ，并重新进行计算获得目标函数值Fobj，直至当前目标函数值Fobj小于设定阈值ξ，将待测试件(11)的当前光谱折射率n′λ作为待测试件(11)的真实光谱折射率nλ，将待测试件(11)的当前光谱吸收系数κ′λ作为待测试件(11)的真实光谱吸收系数κλ，完成高温半透明材料折射率及吸收系数的测量。
2.根据权利要求1所述的高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量方法，其特征在于，步骤六中获得待测试件(11)的光谱方向表观发射率测量值ε(λ,α1)的具体方法为：
由步骤一至步骤五中采集获得的光谱辐射信号数据，获得：
S′1＝τ(λ)·S1，
S2＝S′1+Ss+S′4，
S3＝Ss+S′4，
S′4＝τ(λ)·S4；
式中τ(λ)为预设定温度T下，待测试件(11)的光谱透射率；
进而获得预设定温度T下待测试件(11)的光谱辐射信号Ss：
<mrow>
<msub>
<mi>S</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>S</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>S</mi>
<mn>4</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>S</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>S</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<msub>
<mi>S</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
</mfrac>
<mo>,</mo>
</mrow>
再根据表观发射率定义获得待测试件(11)的测量表面法线方向与黑体光源A(6)中线方向夹角α为0°时，待测试件(11)的光谱方向表观发射率测量值ε(λ,α1)：
<mrow>
<mi>&epsiv;</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&lambda;</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&alpha;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>S</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
<msub>
<mi>S</mi>
<mi>b</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>S</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<msub>
<mi>S</mi>
<mi>b</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>S</mi>
<mn>4</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>S</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>S</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>S</mi>
<mi>b</mi>
</msub>
<msub>
<mi>S</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mo>.</mo>
</mrow>
3.根据权利要求1所述的高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量方法，其特征在于，步骤八中根据菲涅尔定律进行计算，获得待测试件(11)的光谱方向表观发射率估计值ε′(λ,α)的具体方法为：
根据菲涅尔定律，待测试件(11)的测量表面法线方向与黑体光源A(6)中线方向的夹角为α时，ε′(λ,α)的表达式为：
<mrow>
<msup>
<mi>&epsiv;</mi>
<mo>&prime;</mo>
</msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&lambda;</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&alpha;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mn>2</mn>
</mfrac>
<mo>{</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&rho;</mi>
<mi>v</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&rho;</mi>
<mi>v</mi>
</msub>
<mi>exp</mi>
<mo>&lsqb;</mo>
<msubsup>
<mi>&kappa;</mi>
<mi>&lambda;</mi>
<mo>&prime;</mo>
</msubsup>
<mi>D</mi>
<mi> </mi>
<mi>sec</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&alpha;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
</mfrac>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&rho;</mi>
<mi>h</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&rho;</mi>
<mi>h</mi>
</msub>
<mi>exp</mi>
<mo>&lsqb;</mo>
<msubsup>
<mi>&kappa;</mi>
<mi>&lambda;</mi>
<mo>&prime;</mo>
</msubsup>
<mi>D</mi>
<mi> </mi>
<mi>sec</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&alpha;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
</mfrac>
<mo>}</mo>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mo>{</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>exp</mi>
<mo>&lsqb;</mo>
<msub>
<msup>
<mi>&kappa;</mi>
<mo>&prime;</mo>
</msup>
<mi>&lambda;</mi>
</msub>
<mi>D</mi>
<mi> </mi>
<mi>sec</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&alpha;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&rsqb;</mo>
<mo>}</mo>
<mo>,</mo>
</mrow>
式中ρv为待测试件(11)对垂直极化波的反射系数，D为待测试件(11)的厚度；ρh为待测试件(11)对水平极化波的反射系数；
其中：
<mrow>
<msub>
<mi>&rho;</mi>
<mi>h</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msup>
<mi>tan</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&beta;</mi>
<mo>-</mo>
<mi>&alpha;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<msup>
<mi>tan</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&beta;</mi>
<mo>+</mo>
<mi>&alpha;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mfrac>
<mo>,</mo>
</mrow>
式中β为黑体光源A(6)在待测试件(11)上产生的折射角，sin(β)＝n′λsin(α)。
4.根据权利要求3所述的高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量方法，其特征在于，待测试件(11)的尺寸为：
待测试件(11)为圆形试件，其直径为50mm；
或者待测试件(11)为矩形试件，其长度方向的边长为50mm。
5.根据权利要求1、2或3所述的高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量方法，其特征在于，光源的光谱波长范围为1μm:25μm；待测试件(11)预设定温度T的范围为300K～1673K。
6.根据权利要求1所述的高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量方法，其特征在于，高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置还包括水平导轨(12)，傅立叶红外光谱分析仪(1)设置在水平导轨(12)上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510607276.0A CN105203494B (zh) | 2015-09-21 | 2015-09-21 | 高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510607276.0A CN105203494B (zh) | 2015-09-21 | 2015-09-21 | 高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105203494A CN105203494A (zh) | 2015-12-30 |
| CN105203494B true CN105203494B (zh) | 2018-04-24 |
Family
ID=54951289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510607276.0A Active CN105203494B (zh) | 2015-09-21 | 2015-09-21 | 高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105203494B (zh) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106442347B (zh) * | 2016-09-09 | 2019-03-12 | 哈尔滨工业大学 | 高温熔融盐光谱吸收系数测量装置及测量方法 |
| CN107870157B (zh) * | 2017-10-24 | 2020-10-23 | 航天材料及工艺研究所 | 一种烧蚀防热材料高温热辐射系数测试装置及方法 |
| CN107727247B (zh) * | 2017-11-18 | 2019-07-12 | 南京理工大学 | 一种高温条件半透明材料光谱发射率测量装置及方法 |
| CN109030556B (zh) * | 2018-09-17 | 2021-07-06 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于太阳能模拟器加热的不透明固体材料法向发射率测量装置及测量方法 |
| CN110017902A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-07-16 | 西安应用光学研究所 | 高温目标材料红外发射率测量装置及方法 |
| CN110132875B (zh) * | 2019-05-27 | 2021-09-10 | 哈尔滨工业大学 | 基于多源脉冲激光信息融合的弥散介质多宗量场重建装置及方法 |
| CN110530525B (zh) * | 2019-09-23 | 2021-03-12 | 河南师范大学 | 一种基于反射法的方向发射率测量装置及测量方法 |
| CN113218872B (zh) * | 2021-04-08 | 2022-05-27 | 北华航天工业学院 | 一种高温半透明材料光学特性多参数同时辨识方法 |
| CN113567419B (zh) * | 2021-08-11 | 2022-12-23 | 吉林大学 | 一种高温目标光谱发射率实验观测方法及测量装置 |
| CN113884464B (zh) * | 2021-09-27 | 2024-04-26 | 西安空天能源动力智能制造研究院有限公司 | 一种基于红外热像仪的涂层波段发射率外场测量方法 |
| CN114674870B (zh) * | 2022-04-07 | 2022-11-22 | 哈尔滨工业大学 | 高温液态熔盐热物性参数测量装置及参数反演方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102564610A (zh) * | 2011-12-28 | 2012-07-11 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于能量法的半透明材料高温辐射率测量装置及扣除背景辐射的修正方法 |
| CN103344601A (zh) * | 2013-07-02 | 2013-10-09 | 哈尔滨工业大学 | 基于傅立叶变换红外光谱分析仪的半透明材料吸收系数测量方法 |
| CN103674888A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-03-26 | 哈尔滨工业大学 | 高温半透明材料光谱方向表观发射率逆推测量装置及方法 |
-
2015
- 2015-09-21 CN CN201510607276.0A patent/CN105203494B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102564610A (zh) * | 2011-12-28 | 2012-07-11 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于能量法的半透明材料高温辐射率测量装置及扣除背景辐射的修正方法 |
| CN103344601A (zh) * | 2013-07-02 | 2013-10-09 | 哈尔滨工业大学 | 基于傅立叶变换红外光谱分析仪的半透明材料吸收系数测量方法 |
| CN103674888A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-03-26 | 哈尔滨工业大学 | 高温半透明材料光谱方向表观发射率逆推测量装置及方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| A spectroscopic method to measure the spectral emissivity of semi-transparent materials up to high temperature;O.Rozenbaum et al;《Review of scientific instruments》;19991231;第70卷(第10期);全文 * |
| New Methods for Measuring the Thermal Emissivity of Semi-transparent and Opaque Materials;D. Demange et al;《Onera》;20061231;全文 * |
| 具有镜反射正弦表面的半透明介质层表观光谱发射特性;黄勇等;《红外与毫米波学报》;19990831;第18卷(第4期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105203494A (zh) | 2015-12-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105203494B (zh) | 高温半透明材料折射率及吸收系数反演测量装置及方法 | |
| CN103674888B (zh) | 高温半透明材料光谱方向表观发射率逆推测量装置及方法 | |
| CN103091252B (zh) | 基于红外测温仪的材料发射率测量方法 | |
| Ren et al. | Machine learning applied to retrieval of temperature and concentration distributions from infrared emission measurements | |
| CN103472039B (zh) | 基于积分球反射及透射的半透明材料光谱法向发射率测量方法 | |
| CN103105366A (zh) | Co2碳同位素红外光谱检测方法及装置 | |
| Tarozzi et al. | Experimental tests of dropwise cooling on infrared-transparent media | |
| CN107101994B (zh) | 一种不透明材料的光谱发射率测量装置 | |
| CN102520009A (zh) | 降温涂料降温性能在线连续检测装置及其检测方法 | |
| Zhang et al. | Spectral properties of an UV fused silica within 0.8 to 5 µm at elevated temperatures | |
| CN108362733A (zh) | 基于锁相热波与光学层析相结合的半透明材料光热特性分布测量方法 | |
| Dudzik | Characterization of material defects using active thermography and an artificial neural network | |
| Zhang et al. | Multi-Angle method to retrieve infrared spectral properties of a high-transparency material at high temperatures | |
| CN105675646B (zh) | 基于本征光热信息同时测量高温半透明介质热导率及吸收系数的方法 | |
| CN103344601B (zh) | 基于傅立叶变换红外光谱分析仪的半透明材料吸收系数测量方法 | |
| CN103163117B (zh) | 金属氧化层高温光学常数测量方法 | |
| Cięszczyk | Non-Luminous Flame Temperature Determination Method Based on CO_2 Radiation Intensity | |
| Mironov et al. | Numerical and experimental determination of the temperature dependence of the spectral and integral emissivities of quartz ceramics of various porosity | |
| Gieseler et al. | Apparent emissivity measurement of semi-transparent materials part 1: Experimental realization | |
| CN110207829A (zh) | 一种基于红外光谱仪同时获取材料温度及光谱方向发射率的测量方法 | |
| CN113063819A (zh) | 一种发动机环境热阻涂层辐射特性研究系统及方法 | |
| CN103217387B (zh) | 测量金属氧化层高温光学常数的方法 | |
| CN108168698B (zh) | 目标与背景融合辐射测量装置及测量方法 | |
| CN215953424U (zh) | 一种发动机环境热阻涂层辐射特性研究系统 | |
| Huang et al. | An analytical radiometric thermometry model for quantitative prediction and correction of the gas emission and absorption effects |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |