[發明專利]一種非等溫黑體輻射源的參考溫度的優化方法

有效

• 申請號: 202010919792.8
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN112013971B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 賀書芳;代彩紅;王彥飛;劉金元;謝一航;馮國進;王景輝
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01J5/52
• 分類號: G01J5/52
• 代理公司: 北京京萬通知識產權代理有限公司 11440
• 代理人: 許天易;王躍交

本發明公開了一種非等溫黑體輻射源的參考溫度的優化方法，包括獲得黑體輻射源腔體內壁的實際溫度分布函數；建立黑體輻射源腔體模型，將黑體輻射源腔體內壁分割為多個區域，得到分割后的黑體輻射源腔體模型；在光學仿真軟件中導入分割后的黑體輻射源腔體模型，在黑體輻射源腔體的腔口外放置光源，使其能夠向黑體輻射源腔體內部輻射能量，并進行光學仿真；統計黑體輻射源腔體內壁上的每個區域單位面積內的入射輻射能量，將所有區域單位面積內的入射輻射能量進行歸一化，并將各自的歸一化系數進行擬合，作為其加權函數；將實際溫度分布函數和加權函數進行積分得到優化的非等溫黑體輻射源參考溫度。本方法實現了定量化的黑體輻射源參考溫度的設定。

技術領域

本發明涉及光譜輻射度量領域，具體地，涉及一種非等溫黑體輻射源的參考溫度的優化方法。

背景技術

黑體輻射源是光譜輻射度量系統的基標準器具。黑體發射率，作為黑體輻射源的一個重要性能指標，其準確定義至關重要。傳統的定義黑體發射率的方法是認為黑體輻射源腔體內壁的溫度呈等溫分布，通過諸如基于蒙特卡洛原理的發射率計算軟件(如STEEP)，即可計算得到該黑體的發射率。而實際上，黑體輻射源腔體內壁的溫度大都呈非等溫分布，基于等溫模型計算得到的黑體發射率并不能準確地反映黑體的特性。所以，越來越多的研究者開始致力于研究基于非等溫模型的黑體發射率。

根據定義，輻射源的發射率為輻射源的輻射出射度與相同溫度下理想黑體的輻射出射度的比值。對于非等溫黑體輻射源來說，因為腔體內壁不同位置的溫度可能各不相同，如何定義一個與理想黑體進行比較的溫度(也即參考溫度)，會直接影響到黑體發射率數值的大小和準確性。如式(1)和式(2)所示，與基于等溫模型計算黑體發射率相比，基于非等溫模型的黑體發射率ε_e是在等溫模型的發射率ε_e0上添加了一個修正項Δε_e。

ε_e(λ，ξ，w，T₀)＝ε_e0(λ，ξ，w)+Δε_e(λ，ξ，w，T₀) (1)

其中，λ表示波長；ξ是指輻射源表面的半徑矢量；w表示觀察方向；ρ是光譜反射率；T_ijk是第i個光子的第j代經過k次反射后的溫度；m_ij是第i個光子的第j代的反射次數；L_BB表示T_ijk溫度下的光譜輻射亮度；γ_ijk＝1表示經過下一次漫反射后光子從黑體輻射源腔口出射，而Y_ijk＝0表示該光子未從腔口出射；T₀也即前面提到的參考溫度；n表示光子在腔體內壁的運動軌跡次數；n₀表示光子的第n₀個子代；對于第一次漫反射來說，n_0i＝n₀；而對于第一次鏡面反射來說，n_0i＝1。

從式(1)和式(2)可見，非等溫黑體輻射源發射率的大小與參考溫度值有關。

前人提出了一種線性加權方法來計算參考溫度，具體如式(3)所示：

其中，Q(ξ)表示加權函數；T(ξ)為腔體內壁的溫度分布函數；S是該溫度所對應的腔體內壁的面積。研究者們提到了加權函數Q(ξ)可能與黑體輻射源的腔型結構、腔體內壁的輻射特點以及觀察條件有關。但是，他們并沒有提出Q(ξ)具體計算方法，而是使用了一些估計值或者黑體輻射源腔體內壁某個固定位置的溫度作為參考溫度。

從理論上來講，黑體輻射源腔體里的各個位置可能都會對黑體發射率產生直接或者間接的影響。傳統的采用估計溫度值或者固定位置溫度值的方法已不能準確地反映黑體發射率的實際特性。