[發明專利]基于積分球反射及透射的半透明材料光譜法向發射率測量方法

有效

• 申請號: 201310460565.3
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103472039A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 齊宏;牛春洋;阮立明;張偉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55;G01N21/59
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張利明

技術領域

本發明涉及基于積分球反射及透射的半透明材料光譜法向發射率測量方法，屬于高溫材料熱物性測量技術領域。

背景技術

材料表面光譜法向發射率定義為同等溫度下材料表面輻射能與黑體輻射能的比值，是一項表征材料輻射能力的物理量，是一項重要的熱物性參數，在當代很多科學技術領域中都具有重要意義。例如，在軍事預警中，如何在敵方的攻擊導彈進入大氣層前就實現及時發現、定位和攔截，或在眾多紅外誘餌中對真實的威脅性目標實現辨識并對其進行有效摧毀，都需要能夠精準地捕捉到物體的紅外輻射，并能夠排除輻射在大氣等半透明介質中的傳輸過程產生的影響。

近年來，隨著航空航天技術、光電子技術、新能源技術的發展，促使對光學材料、功能材料、相變蓄能材料的需求進一步增加，而許多材料的生成和應用中均涉及到半透明介質，例如各種具有吸收散射特性的氣體及液體，甚至很多研究對象自身就是半透明材料，如玻璃、硅膠、陶瓷材料、一些半導體材料、硼硅酸鹽、塑料等在工業中已經廣泛應用，所以能夠準確測量半透明材料的熱物性有著十分重大的意義。

現有半透明材料在近紅外波段的法向發射率測量方法均存在測量過程復雜，并且測量結果誤差大的問題。

發明內容

本發明目的是為了解決現有半透明材料在近紅外波段的法向發射率測量方法的測量過程復雜，并且測量結果誤差大的問題，提供了一種基于積分球反射及透射的半透明材料光譜法向發射率測量方法。

本發明所述基于積分球反射及透射的半透明材料光譜法向發射率測量方法，它包括以下步驟：

步驟一：將半透明待測試件固定在積分球的試件口處；將激光器固定在積分球的激光入口處，并將激光器輸出激光束的中心對準半透明待測試件內表面的中心位置；將激光功率計探測器的探頭固定在積分球的探測器口處；

步驟二：預熱激光器，同時加熱半透明待測試件至設定實驗溫度后，打開激光功率計開關，待探測器示數穩定后，記錄此時未有激光照射時，探測器探測到的半透明待測試件的第一輻射能量值E_r′；

步驟三：使激光器發射激光束照射半透明待測試件，待探測器示數穩定后，記錄此時探測器探測到的半透明待測試件的第二輻射能量值E_r；

步驟四：將激光器移至半透明待測試件外表面側，使激光束沿垂直于半透明待測試件表面方向透射進入積分球，同時將積分球的激光入口用球塞封閉，該球塞與積分球的材質相同，待探測器示數穩定后，記錄此時探測器探測到的半透明待測試件的第三輻射能量值E_t；

步驟五：移走半透明待測試件，保持步驟四中激光束的入射方向不變，待探測器示數穩定后，記錄此時探測器探測到的半透明待測試件的第四輻射能量值E_t0；

步驟六：再將激光器固定在積分球的激光入口處，并將反射率為ρ₀的標準反射體固定在積分球的試件口處，使激光器發射激光束照射標準反射體內表面的中心位置，待探測器示數穩定后，記錄此時探測器探測到的標準反射體的第五輻射能量值E_r0；

步驟七：再關閉激光器，待探測器示數穩定后，記錄此時探測器探測到的標準反射體未有激光照射時的第六輻射能量值E_r′₀；

步驟八：根據基于積分球的反射率計算公式，由第一輻射能量值E_r′、第二輻射能量值E_r、第五輻射能量值E_r0和第六輻射能量值E_r′₀，計算獲得半透明待測試件的反射率ρ_B；

步驟九：根據基于積分球的透射率計算公式，由第三輻射能量值E_t和第四輻射能量值E_t0，計算獲得半透明待測試件的透射率τ；

步驟十：根據基爾霍夫定律，由半透明待測試件的反射率ρ_B和半透明待測試件的透射率τ計算獲得半透明待測試件在設定實驗溫度下的光譜法向發射率ε。

步驟八中所述計算獲得半透明待測試件的反射率ρ_B的具體方法為：

當積分球的試件口處固定設置半透明待測試件時，第二輻射能量值E_r的表達式為：