[發明專利]尖錐陣列面黑體的法向發射率的確定方法和裝置

在審

• 申請號: 201410458190.1
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN104237133A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 張廣;陳大鵬;張小龍;董雁冰
• 申請（專利權）人: 北京環境特性研究所
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 北京君恒知識產權代理事務所(普通合伙) 11466
• 代理人: 林月俊;黃啟行

技術領域

本發明涉及黑體技術，尤其涉及一種尖錐陣列面黑體的法向發射率的確定方法和裝置。

背景技術

黑體(black-body)是指能全部吸收外部的輻射能量，同時能按照普朗克定律輻射出自身能量的物體，即黑體的吸收率為1，發射率為1。黑體可產生一定溫度下的標準輻射，具體有廣泛用途。在溫度計量方面，黑體可用于檢定各種輻射溫度計，如光學高溫計、紅外溫度計、紅外熱像儀等；在光學方面，黑體可作為標準輻射源和標準背景光源；在測量領域中，黑體可用于測量材料的光譜發射、吸收和反射特性；在高能物理研究中，黑體可用于產生中子源。

衡量黑體性能的一個技術指標就是黑體的發射率。黑體的發射率越高(越接近1)，黑體性能就越接近理想化。而且技術人員往往采用黑體的法向發射率作為表征黑體性能的指標。目前通常采用的黑體分為兩個類型：腔黑體和面黑體。腔黑體的發射率較高，常用于溫度計量領域；面黑體往往輻射面積較大，常用于光學應用中。

在實際應用中，腔黑體通常是利用開有小孔的空腔構成的，而且對于腔黑體來說，現有的理論分析給出了計算其發射率的嚴謹的計算公式(如下公式4)，因此關于腔黑體的研究和設計也比較成熟。通常，黑體設計人員在進行腔黑體設計時，可針對影響腔黑體發射率的幾個參數進行反復的迭代計算和分析來獲取最優的設計結果。

ε＝(1-ρ){1+ρ[S_r-F(x,Ω)]}[1-ρ(1-S_r)]???(公式4)

其中，ε是腔黑體的發射率；ρ是腔壁的反射率；S_r是小孔與整個腔壁面積的比值，F(x,Ω)是小孔的角度因子。

對于面黑體來說，其發射率取決于面黑體的表面涂層材料。但是僅依靠表面涂層，面黑體的發射率的提高有限，因此黑體設計人員還通過對面黑體進行不同面型的設計來提高發射率。如圖1所示的四面尖錐面型是面黑體的常用面型之一；其中，四面尖錐的底面為正方形，四個錐面為全等的等腰三角形；一系列的四面尖錐構成面黑體的尖錐陣列。在本文中將面型為四面尖錐的面黑體簡稱為尖錐陣列面黑體。

然而，尖錐陣列面黑體的發射率并未有嚴謹的理論計算公式來計算，通常是通過試驗測量的方式來得到尖錐陣列面黑體的發射率。現有技術中，為獲得滿足應用需求的尖錐陣列面黑體，黑體設計人員往往需要先制作尖錐陣列面黑體的小樣品，根據測試所得的小樣品的發射率對尖錐陣列面黑體的設計參數進行優化調整。然而在尖錐陣列面黑體的設計、優化、測試等環節都需要對尖錐陣列面黑體的發射率進行測量，以便得到滿足應用需求的尖錐陣列面黑體。很顯然，在這些環節均采用制作小樣品然后通過試驗測量的方式得到尖錐陣列面黑體的發射率的方式不切實際，會導致尖錐陣列面黑體的產品設計優化周期較長，而且設計和開發的人力、物力成本均較高。

為此，有必要提供一種能夠降低設計和開發的人力、物力成本的尖錐陣列面黑體的法向發射率的確定方法。

發明內容

針對上述現有技術存在的缺陷，本發明提供了一種尖錐陣列面黑體的法向發射率的確定方法和裝置，用以降低尖錐陣列面黑體設計和開發的人力、物力成本。

根據本發明的一個方面，提供了一種尖錐陣列面黑體的法向發射率的確定方法，包括：

確定出面黑體的尖錐陣列中的四面尖錐的錐角角度、以及所述四面尖錐的表面的發射率；

根據確定出的錐角角度，計算沿所述面黑體的法向入射到所述尖錐陣列內的光線在所述尖錐陣列內的反射次數；

根據確定出的發射率以及計算出的反射次數計算所述尖錐陣列對所述光線的入射能量的吸收率，將計算出的吸收率作為所述面黑體的法向發射率的估算值。

較佳地，所述根據確定出的錐角角度，計算沿所述面黑體的法向入射到所述尖錐陣列內的光線在所述尖錐陣列內的反射次數，具體包括：

根據如下公式1計算所述反射次數n：

n＝TRUNC(180°/θ)???(公式1)

其中，θ為所述錐角角度；TRUNC(180°/θ)表示對180°/θ取整。

較佳地，所述根據確定出的發射率以及計算出的反射次數計算所述尖錐陣列對所述光線的入射能量的吸收率，具體包括：

根據如下公式2計算所述吸收率α：

α＝1-(1-ε₀)ⁿ???(公式2)

其中，n為所述反射次數；ε₀為所述四面尖錐的表面的發射率。