基于FTIR的黑体辐射特性测量方法研究
发布时间：2021-03-02 18:24
黑体辐射源作为红外辐射测温领域的标准器,其辐射特性的精准溯源与评价是辐射测温量值准确与统一的重要保证。黑体辐射理论是辐射测温的理论基础,辐射测温是广泛应用并迅速发展的测温技术,其在生产生活、军事科研等多个领域中应用广泛。在现有温度计量器具检定系统表和温度计检定规程中,黑体辐射源设备中只有温度标准器作为计量标准器具应进行定期检定。然而,现阶段的黑体温度检定是依据一组不同波长（或波段）的辐射温度计作为比较用辐射温度计,通过对标准黑体辐射源和被校黑体辐射源的有效亮度温度的比较测量,实现被校黑体辐射源在辐射测温常用波长下的有效亮度温度校准,不能包含辐射测温中的全部波长,尤其是不能满足军事领域中在长波段的特殊要求。对此,本文选择FTIR光谱仪作为测量仪器进行黑体辐射特性测量方法研究,具体开展的研究内容及主要研究成果如下:首先,搭建了由黑体辐射源组、外置红外光路和FTIR光谱仪组成的基于FTIR的黑体辐射特性测量系统。其次,基于光通量倍增原理的单光源法,对分别由MCT探测器和DTGS探测器为红外探测器的基于FTIR的黑体辐射特性测量系统进行了非线性测量,并选择非线性良好的由DGTS探测器组成的测量...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PTB的中温段黑体辐射源系统
第2章黑体辐射理论及实验系统6第2章黑体辐射理论及实验系统红外探测系统通常由红外光源、红外光学系统和红外探测器三部分组成[12]，光学系统将红外光源的辐射能量传递到探测器，从而完成光电信号的转化。本文是基于FTIR的黑体辐射特性测量方法研究，选择运用光学系统的反射、汇聚等性能将黑体辐射源的辐射能量传递到FTIR光谱仪的探测器表面，完成辐射信号向电信号的转化。2.1黑体辐射定律2.1.1黑体辐射基本定律（1）普朗克定律理想黑体的光谱辐射能力由普朗克函数给出：1521exp2,kThchcTLB(2-1)式中：L(λ,T)为黑体光谱辐射亮度；h为普朗克常量，h=6.6260755×10-34J·s；K为玻尔兹曼常量，K=1.3806505×10-23J/K；c为真空光速，c=2.99792458×108m/s；λ为波长，单位为m；T为黑体温度，单位为K。图2.1不同温度的黑体光谱辐射亮度图2.1给出了300~900℃多个不同温度的理想黑体辐射亮度与波长的关系曲线，可以看出黑体辐射特性有一下几个特征[13]：①L(λ,T)随波长连续变化，对应某一个温度有固定的一条曲线。固定温度下L(λ,T)
第2章黑体辐射理论及实验系统9射源组成。R976型黑体辐射源为英国ISOTECH公司生产的R976-700型中温黑体辐射源，温度范围为30~700℃。黑体空腔为圆柱—圆锥形，腔口直径为65mm、腔深为160mm、腔底锥角为120°，温度稳定30min后控制器温度显示在5min之内的变化时±0.05℃，实物图如下图2.2所示。其温度特性在下部分给出。图2.2R976型黑体辐射源三段加热式黑体辐射源为NIM自制的三段加热方式的管式炉，温度范围为600~1000℃。黑体空腔为圆柱—圆锥型碳化硅空腔，空腔内部表面涂有高温高发射率的Pry2500黑漆，空腔开口为50mm，空腔深度为250mm，腔底锥角为120°。使用英国CARBOLITE三段管式炉提供恒温环境，炉体中间为主加热区，两端为辅加热区，可通过调节两端辅加热区的温度调节黑体腔内部温场均匀性。实物图如下图2.3所示。图2.3三段加热式黑体辐射源
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于高温黑体的FTIR光谱测量系统非线性标定方法研究[J]. 李志彬,宦克为,董伟,宋旭尧,曲岩. 光学与光电技术. 2020(03)
[2]基于高温黑体的傅里叶光谱测量系统响应度分段线性标定[J]. 宋旭尧,端木庆铎,董伟,李志彬,卢小丰,原遵东. 红外与激光工程. 2019(07)
[3]黑体辐射源HT-9500的空腔温场测量[J]. 潘奕捷,原遵东,陆启迪,刘超,罗汪海赟,林鸿,董伟. 计量技术. 2018(04)
[4]低温标准黑体辐射源的性能研究[J]. 赵亿坤,王景辉,原遵东,薛文艳. 计量学报. 2017(05)
[5]黑体辐射源的多波长有效亮度温度校准和不同溯源方式特点分析[J]. 原遵东,郝小鹏,王景辉,王铁军,邢波,柏成玉,杨雪. 计量学报. 2017(02)
[6]光纤光谱仪光路模拟优化及波长标定[J]. 徐丹阳,童建平,高建勋,汪飞. 中国激光. 2015(05)
[7]红外遥感器辐射定标技术概述[J]. 杨林华,肖庆生,蒋山平. 航天器环境工程. 2013(01)
[8]辐射测温的广义有效亮度温度[J]. 原遵东. 仪器仪表学报. 2012(04)
[9]蒙特-卡罗法计算黑体空腔有效发射率[J]. 方茜茜,方伟,王凯. 中国光学. 2012(02)
[10]消除背景辐射影响的辐射源尺寸效应测量模型[J]. 原遵东. 光学学报. 2011(12)
博士论文
[1]地基靶场红外辐射特性测量系统宽动态辐射测量研究[D]. 李周.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]基于红外热成像的温度场测量关键技术研究[D]. 王华伟.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
硕士论文
[1]基于辐射源尺寸效应的红外辐射温度计光学系统设计研究[D]. 田鹏飞.中国计量学院 2014
[2]红外热成像测温技术及其应用研究[D]. 张杰.电子科技大学 2011
[3]现代红外光学系统设计[D]. 宋岩峰.西安电子科技大学 2008
本文编号：3059727
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PTB的中温段黑体辐射源系统
第2章黑体辐射理论及实验系统6第2章黑体辐射理论及实验系统红外探测系统通常由红外光源、红外光学系统和红外探测器三部分组成[12]，光学系统将红外光源的辐射能量传递到探测器，从而完成光电信号的转化。本文是基于FTIR的黑体辐射特性测量方法研究，选择运用光学系统的反射、汇聚等性能将黑体辐射源的辐射能量传递到FTIR光谱仪的探测器表面，完成辐射信号向电信号的转化。2.1黑体辐射定律2.1.1黑体辐射基本定律（1）普朗克定律理想黑体的光谱辐射能力由普朗克函数给出：1521exp2,kThchcTLB(2-1)式中：L(λ,T)为黑体光谱辐射亮度；h为普朗克常量，h=6.6260755×10-34J·s；K为玻尔兹曼常量，K=1.3806505×10-23J/K；c为真空光速，c=2.99792458×108m/s；λ为波长，单位为m；T为黑体温度，单位为K。图2.1不同温度的黑体光谱辐射亮度图2.1给出了300~900℃多个不同温度的理想黑体辐射亮度与波长的关系曲线，可以看出黑体辐射特性有一下几个特征[13]：①L(λ,T)随波长连续变化，对应某一个温度有固定的一条曲线。固定温度下L(λ,T)
第2章黑体辐射理论及实验系统9射源组成。R976型黑体辐射源为英国ISOTECH公司生产的R976-700型中温黑体辐射源，温度范围为30~700℃。黑体空腔为圆柱—圆锥形，腔口直径为65mm、腔深为160mm、腔底锥角为120°，温度稳定30min后控制器温度显示在5min之内的变化时±0.05℃，实物图如下图2.2所示。其温度特性在下部分给出。图2.2R976型黑体辐射源三段加热式黑体辐射源为NIM自制的三段加热方式的管式炉，温度范围为600~1000℃。黑体空腔为圆柱—圆锥型碳化硅空腔，空腔内部表面涂有高温高发射率的Pry2500黑漆，空腔开口为50mm，空腔深度为250mm，腔底锥角为120°。使用英国CARBOLITE三段管式炉提供恒温环境，炉体中间为主加热区，两端为辅加热区，可通过调节两端辅加热区的温度调节黑体腔内部温场均匀性。实物图如下图2.3所示。图2.3三段加热式黑体辐射源
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于高温黑体的FTIR光谱测量系统非线性标定方法研究[J]. 李志彬,宦克为,董伟,宋旭尧,曲岩. 光学与光电技术. 2020(03)
[2]基于高温黑体的傅里叶光谱测量系统响应度分段线性标定[J]. 宋旭尧,端木庆铎,董伟,李志彬,卢小丰,原遵东. 红外与激光工程. 2019(07)
[3]黑体辐射源HT-9500的空腔温场测量[J]. 潘奕捷,原遵东,陆启迪,刘超,罗汪海赟,林鸿,董伟. 计量技术. 2018(04)
[4]低温标准黑体辐射源的性能研究[J]. 赵亿坤,王景辉,原遵东,薛文艳. 计量学报. 2017(05)
[5]黑体辐射源的多波长有效亮度温度校准和不同溯源方式特点分析[J]. 原遵东,郝小鹏,王景辉,王铁军,邢波,柏成玉,杨雪. 计量学报. 2017(02)
[6]光纤光谱仪光路模拟优化及波长标定[J]. 徐丹阳,童建平,高建勋,汪飞. 中国激光. 2015(05)
[7]红外遥感器辐射定标技术概述[J]. 杨林华,肖庆生,蒋山平. 航天器环境工程. 2013(01)
[8]辐射测温的广义有效亮度温度[J]. 原遵东. 仪器仪表学报. 2012(04)
[9]蒙特-卡罗法计算黑体空腔有效发射率[J]. 方茜茜,方伟,王凯. 中国光学. 2012(02)
[10]消除背景辐射影响的辐射源尺寸效应测量模型[J]. 原遵东. 光学学报. 2011(12)
博士论文
[1]地基靶场红外辐射特性测量系统宽动态辐射测量研究[D]. 李周.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]基于红外热成像的温度场测量关键技术研究[D]. 王华伟.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
硕士论文
[1]基于辐射源尺寸效应的红外辐射温度计光学系统设计研究[D]. 田鹏飞.中国计量学院 2014
[2]红外热成像测温技术及其应用研究[D]. 张杰.电子科技大学 2011
[3]现代红外光学系统设计[D]. 宋岩峰.西安电子科技大学 2008
本文编号：3059727
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