低温下远红外辐射信号测试技术研究

发布时间：2020-11-23 15:43

　　 太空为真空黑冷的环境,空间飞行器与太空环境的热量交换主要是通过热辐射的方式进行。为了使空间飞行器在太空中能正常运行,通常在其表面涂覆热控材料来调节航天器表面的热平衡。通过测量热控材料的两个主要热物性:太阳吸收比α和发射率ε来表征材料的热控制能力。在深空环境中,由于没有太阳辐射,材料的发射率对调节系统的热辐射特性起着决定性的作用。由维恩定理计算得,处于50 K黑体热辐射电磁波主要在远红外波段。通常发射率的定义为样品辐射信号和同温度下黑体辐射信号的比值。要得到材料准确度高的低温发射率,需要测得高质量的辐射信号。本课题研究的低温远红外辐射测量装置主要由低温真空样品室、控温系统、双调制系统和辐射能测量系统组成。低温真空样品室的可控温度范围是5~300K,在设定温度偏差小于0.2 K。整个光路系统保持优于1 mbar的真空度,去除光路中水汽及二氧化碳的影响。研究采用液氮制冷的碲镉汞探测器来接收中红外辐射信号,NEP为.12×10~(-13)W?Hz~(1/2)的高灵敏度液氦制冷Bolometer来接收远红外辐射信号,实现对微弱低温辐射信号的测试。采用双调制技术即斩波器的机械调制和step-scan模式下傅里叶变换红外光谱仪干涉调制,对辐射信号进行处理来有效提取样品辐射信号,消除背景辐射信号的干扰。利用计算机软件将傅里叶变换红外光谱仪的电路控制板测得的干涉图转变为辐射光谱。利用温度补偿算法计算材料在中远红外波段的发射率,并对发射率的不确定度进行研究。通过对普通模式和使用双调制技术测得不同发射率材料的辐射光谱研究,证明双调制技术能有效消除室温背景辐射的干扰,获得材料中远红外辐射光谱。通过研究发现引起发射率测量不确定度的因素主要是样品温度及其温度稳定性,黑体温度及其温度稳定性,黑体发射率和样品台的温度不均匀性。利用双调制技术得到材料低温中远红外波段发射率的合成标准不确定度低于3.302%。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V25;V520.6
【部分图文】：

克定律克定律是由马克斯·普朗克于 1900 年建立，并于 1901 年发黑体辐射强度与黑体温度和电磁波波长的关系。11(,)5/12 =BBcTecLTλλλ是温度为 T 的黑体在波长 λ 的辐射强度，1c =3 .7419×1常量，c =×W K 221.438810为第二辐射常量。根据普朗克173 K、213 K、298 K 和 323 K 的黑体在 3～50 μm 波长范围得到图 1.1。由图 1.1 知，在同一波长 λ 处，黑体辐射强度随加；黑体辐射强度峰值对应的波长随着温度的升高逐渐向短不变的情况下，黑体辐射强度随着波长的增加呈现先增加

了长足的发展[11]。基于不同的需求和测试原理，发展主要分为量热法、反射法、能量法和多波长法[10, 12-过将被测样品与其周围相关部件组成一个热交换系有关样品发射率的传热方程，来得到样品发射率[15]。又可分为稳态法及瞬态法。 Warren Tolson[1]等基于在温度稳定时，热交换系统定律建立方程式，结合传热方程中热交换系统的已知该方法能给出全波长半球发射率，测量准确度高，但测量光谱全发射率或定向发射率。()44heater()samplesampleLHeShroudparasiticinATTQQ +=σε

低温下远红外辐射信号测试技术研究）瞬态法 瞬态量热法是采用激光等使样品的温度升高，通过已知试光或其他加热装置的加热功率，结合辅助设备得到样品的发射率。学的范毅[16]利用脉冲加热技术与积分球反射计结合来测量光谱全发射率。该方法测量精度较高，但只能用于测量导体材料的热物性
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本文编号：2894747