基于环境辐射的现场目标发射率测量方法研究
发射率测定
发射率测定发射率测定发射率是物体汲取和辐射红外能量本领的一种度量。
它的值可以是0～1.0。
例如，镜子发射率是0.1，而“理想黑体”则达到1.0的发射率值。
假如设置了比实际发射率值更高的值则输出的读数就会低，前提是目标温度高于四周环境温度。
例如，假如您已经设置了0.95，而实际发射率是0.9，则仪器温度读数将低于实际温度。
物体的发射率可通过以下方法来测定：1.先使用RTD（电阻温度检测器，PT100）、热电偶或其他适用方法来测定材料的实际温度，下一步使用红外测温仪测量材料的温度和调整发射率设置，直到达到相同温度值。
这是被测材料的发射率。
2.对相对较低的温度（260°C,500°F以下），在待测物体上贴一张塑料不干胶贴纸。
贴纸面积应大过测量斑。
用0.95的发射率测量贴纸的温度，X后，测量物体邻近区域的温度，并调整该发射率设置，直到达到相同温度。
这是被测材料的发射率。
3.假如可能，在物体表面一部分涂上平光黑色涂料。
该涂料的发射率必需大于0.98。
用0.98的发射率测量涂料区域的温度，X后，测量物体邻近区域的温度，并调整该发射率设置，直到达到相同温度值。
这是被测材料的发射率。
典型发射率值下表供给了部分材料的发射率，可在上述方法均不可行时使用。
表中所示发射率只是貌似值，由于下面一些参数均可影响材料的发射率：1.温度2.测量角度3.几何形状（平面、凹、凸等）4.厚度5.表面质量（抛光、粗糙、氧化处理、喷砂）6.测量的频谱范围7.透射系数（如塑料薄膜）金属材料发射率（谱段8–14μm）铝未氧化的0.02‐0.1氧化的0.2‐0.4A3003合金，氧化的0.3粗加工0.1‐0.3抛光0.02‐0.1黄铜抛光0.01‐0.05磨光0.3氧化0.5铬0.02‐0.2铜抛光0.03粗加工0.05‐0.1氧化0.4‐0.8金0.01‐0.1海恩斯合金0.3‐0.8要提高表面温度测量精度，请考虑实行以下措施：•使用同样用来进行测量的仪器测定物体发射率。
发射率检测方法
发射率检测方法一、国内外发射率检测现状表面辐射特性的研究工作可以追溯到十八世纪，早在1753年富兰克林就提出不同的物质具有不同的接受和发散热量能力的概念。
几百年来人们在理论上、实验中、工程上做了大量的研究工作。
随着辐射传热学、红外技术、太阳能研究、材料科学及黑体空腔理论等的发展，近五十年以来材料发射率的测量方法有了很大的进展。
目前在国际上已建立了分别适用于不同温度和状态以及不同物质的各种测试方法和装置。
（1）量热法量热法的基本原理是：一个热交换系统包含被测样品和周围相关物体，根据传热理论推导出系统有关材料发射率的传热方程，通过测量样品某些点的温度值得到系统的热交换状态，即能求得发射率。
量热法又分为稳态量热法和瞬态量热法。
Worthing的稳态加热法就是采用灯丝进行加热，测量精度达到了2%，但是样品制作复杂，且测量时间长。
瞬态法即采用激光或电流等瞬态加热技术，其代表是70年代美国NIST的基于积分球反射计法的脉冲加热瞬态量热装置，其测量速度快，测量上限高达4000℃，能精确测量多项参数，但是被测物必须是导体限制了其应用范围。
（2）反射率法反射率法基于的原理是对于不透明的样品，反射率+吸收率=1，将已知强度的辐射能量投射到透射率为0的被测面上，根据能量守恒定律和基尔霍夫定律，通过反射计求得反射能量，得到样品的反射率后即可换算成发射率。
常用的反射计有：Dunkle等人建立的热腔反射计，该方法能够测量光谱发射率但不适用于高温测量；意大利IMGC 的积分球反射计具有很宽的测量温度范围；激光偏振法只能用于测量光滑表面的发射率。
探测器工作原理图探测器组装图（3）辐射能量法法能量法的基本原理是直接测量样品的辐射功率，根据普朗克定律或斯蒂芬玻尔兹曼定律和发射率的定义计算出样品表面的发射率。
一般均采用能量比较法，即用同一探测器分别测量同一温度下绝对黑体及样品的辐射功率，两者之比就是材料的发射率值。
(1)独立黑体法：独立黑体法采用标准黑体炉作为参考辐射源，样品与黑体是各自独立的，辐射能量探测器分别对它们的辐射量进行测量。
发射率 测试原理
发射率测试原理发射率是描述材料表面热辐射性质的重要参数，其测试原理涉及多个方面。
本文将从测量原理、发射率计算、温度影响、材料特性、能量吸收、热辐射理论和实验方法等方面，详细介绍发射率测试原理。
1.测量原理发射率的测量主要基于热辐射原理，常用的测量方法有光捕捉和热成像。
光捕捉法通过捕获材料表面的反射光和透射光，计算出材料表面的发射率。
热成像法则是通过测量材料表面热辐射的分布情况，计算出材料表面的发射率。
2.发射率计算发射率的计算公式为：ε=(1-R)/(1-R+A)，其中ε为发射率，R 为反射率，A为吸收率。
对于一些具有高反射率和高吸收率的材料，需要考虑多次反射和吸收对发射率的影响，此时需要采用更为复杂的计算公式。
3.温度影响温度对发射率具有较大影响，一般来说，随着温度的升高，发射率也会增大。
这是由于随着温度的升高，材料表面的分子振动加剧，导致热辐射增强。
为了准确测试不同温度下的发射率，需要在实验过程中控制温度，并对不同温度下的测试结果进行修正。
4.材料特性材料的特性对发射率有很大影响，如光学性质、热导率和比热容等。
光学性质包括表面粗糙度、透明度、颜色等，这些因素会直接影响光的反射、吸收和透射，从而影响发射率。
热导率和比热容则决定了材料在受到热量作用时的热传导和热吸收能力，进而影响发射率的测试结果。
5.能量吸收材料表面吸收的能量也会对发射率产生影响。
如果材料表面吸收的能量较多，会导致表面温度升高，从而使得热辐射增强，最终影响发射率的测试结果。
因此，在测试过程中，需要尽量减少外界能量的干扰，保证测试的准确性。
6.热辐射理论热辐射理论是研究发射率的基础之一，其涉及到电磁波和物质之间的相互作用。
根据普朗克辐射定律，物体在绝对零度以上的任何温度下都会向外辐射能量，其辐射的能量与温度、波长和物体的性质有关。
对于不同的材料和温度条件，需要采用不同的修正系数和方法来计算其发射率。
7.实验方法发射率的测试实验通常采用间接测量的方法，即通过测量材料的反射率、透射率和吸收率等参数来计算发射率。
红外定标中目标比辐射率的测量方法探讨_任洪启
4 辅助装置
4. 1 反射率计算法的辅助装置 用这种方法计算比辐射率 ε , 关键是精 确求出其反射率 ρ 值。 由公式 ( 8)可知 , 最基 本的要求是要有一个相对稳定的背景环境 (ΔWb j = 0 或 Δ Tb j = 0)。 要满足这一条件 , 需要制做一辅助装置 , 其装置内表面具有 极高的反射率 , 把被测物的辐射经多次反 射后到达红外辐射计。 为了便于加工和对 X bj 1 ( 高辐射 率 ) 及 X b j 2 (低辐射 率即高 反射 率 )两个不同背景的方便测量 , 该装置设计 成圆孔圆柱形件可灵活安装 。 B平板的
4 4 )X b je W= X e Ts + ( 1- X Tb j … …… …… …… …… …… … ( 10)
式中: Ts—— 目标的温度 Tb j —— 背景的等效温度 关键的问题是把背景从 ( 10)式中分立出来 。 采用的方法是: 第一步 , 用红外辐射温度计直接测量背景 (以天顶角 55 ° 瞄准天空 )得到方程: Wsky = X bj · e Tb j … …… …… …… …… …… …… … ( 11) 第二步 , 用外部具有高反射率的圆锥体 , 阻挡和反射天空辐射部分 , 并模拟黑体条件。 红外 辐射计放置于圆锥顶端进行测量 , 得到目标在黑体条件 (ε = 1)下的方程式 : Ws = e Ts …… …… …… …… …… …… …… … ( 12) 把 ( 11)、 ( 12)式代入 ( 10)式整理得: W - W sky = … …… …… …… …… …… …… … ( 13) X Ws - Wsky 上面的公式 ( 10)、 ( 11)、 ( 12)都是在全波段情况下应用斯 —— 玻定律得到的。 在实际应用 中 , 必须对仪器工作波段范围 (Δλ )内的光谱辐射进行积分 , ( 10)— ( 12)三个方程变为: (Δλ ) L ( T ) dλ +∫ X (Δλ )〔 1- X(Δ λ )〕L ( T ) dλ …… …… … ∫X W ' =∫ X (Δ λ ) L ( T ) dλ … …… …… …… …… …… …… …… …… … W ' =
发射率测量实验报告
发射率测量实验报告发射率测量实验报告1. 引言发射率是物体表面发射热辐射的能力，它是研究热传导、热辐射等热力学问题的重要参数。
本实验旨在通过测量不同材料的发射率，探究不同因素对发射率的影响，并分析实验结果。
2. 实验原理发射率是指物体表面发射的热辐射能力与理想黑体表面的热辐射能力之比。
在实验中，我们使用了一个红外线辐射热流计来测量不同材料的发射率。
该热流计可以测量物体表面的热辐射功率，并通过与一个已知发射率的参考物体进行比较，得到待测物体的发射率。
3. 实验步骤3.1 实验准备将实验室温度调整至稳定状态，并确保实验室内无明显的热辐射源。
准备待测物体和参考物体，并确保它们的表面干净无污染。
3.2 测量参考物体的发射率将红外线辐射热流计对准参考物体的表面，记录下热流计的读数。
根据热流计的标定系数，计算得到参考物体的发射率。
3.3 测量待测物体的发射率将红外线辐射热流计对准待测物体的表面，记录下热流计的读数。
根据热流计的标定系数和参考物体的发射率，计算得到待测物体的发射率。
4. 实验结果与分析通过实验测量得到的发射率数据可以用于分析不同材料的热辐射特性。
我们选取了几种常见的材料进行实验，并得到了它们的发射率数据。
4.1 金属材料金属材料通常具有较低的发射率，这是因为金属表面存在自然氧化层，能够反射部分热辐射能量。
实验结果显示，铝和铁等金属材料的发射率较低，分别约为0.1和0.2。
4.2 无机非金属材料无机非金属材料的发射率通常较高，这是因为它们的表面较为粗糙，能够吸收更多的热辐射能量。
实验结果显示，陶瓷和玻璃等无机非金属材料的发射率较高，分别约为0.8和0.9。
4.3 有机材料有机材料的发射率通常介于金属材料和无机非金属材料之间。
实验结果显示，塑料和橡胶等有机材料的发射率约为0.5左右。
5. 结论通过本实验，我们成功测量了不同材料的发射率，并分析了不同因素对发射率的影响。
实验结果表明，金属材料的发射率较低，无机非金属材料的发射率较高，而有机材料的发射率介于两者之间。
辐射环境监测技术及评估方法研究及应用
辐射环境监测技术及评估方法研究及应用随着现代工业、核能、医学、科研等领域的快速发展，人们对辐射环境的影响以及对环境变化的响应越来越关注。
辐射环境监测技术和评估方法的研究与应用，成为解决辐射环境问题的关键之一。
辐射环境监测技术辐射环境监测技术是指通过监测辐射环境中的放射性元素、放射能量等参数，对环境进行评估和管控。
目前辐射监测技术的发展主要通过以下三个方面的技术进步：1.传感器技术：把传感器安装在环境需要监测的区域，信号经过传输，可以获取环境辐射统计数据。
传感器技术的发展和进步，使得辐射监测技术逐步走向智能化和自动化。
2.图像处理技术：通过对所拍摄环境照片的处理和分析，可以判别出放射性物质所在位置和相对放射能量分布规律。
图像处理技术的发展，使得辐射监测技术更容易实际应用并且更加精确。
3.数据处理技术：通过对实时监测的数据进行图表分析和绘制，可以全面评估辐射环境情况，提高环境监测精度和数据分析能力。
大数据技术和人工智能技术的引入，使得辐射监测技术超过了传统监测技术，更加精准快捷。
辐射环境监测的案例实例1.核电厂安全监测：核电站是一个重要的辐射源，对核电站周围环境的辐射进行实时监测是核电站安全的关键之一。
核电站使用直线加速器辐射监测技术，监测岸边、海域、核电站周围的辐射环境。
通过插入岸线或移动式浮标来实现辐射监测的范围和实时性。
2.核素污染环境监测：核素污染环境是指人类活动中所造成的离子放射性核素在环境中残留较长时间形成的放射性环境，面临的环境污染和人民健康的危害较大。
目前核素污染处置技术与核素污染环境监测技术的升级更新相伴，变得更加专业和精准。
3.医学放射治疗监测技术：随着现代医学的发展，放射治疗作为一种重要的治疗手段被广泛应用。
在放射治疗中进行精准监测，可以对患者的危害较小甚至无毒副作用的疗效进行评价。
测量量子计算机技术，对肿瘤患者的放射治疗及放射影像等方面进行监控和评估，保证了治疗的安全和有效性。
发射率的测量
·b (λ, 1 )
b λ,1 −b λ,2
(8)
(9)
四、能量法
四、能量法
具体实验步骤如下：
（1）样品安装好后从样品炉侧面插入一支校准过的热电偶进行温度测量；
（2）设定参考黑体温度500、600、700、800 ℃ ，在此温度下测量黑体的
光谱辐射能量，对光谱仪的R(λ)和S(λ)进行标定；
标的识别和热控问题；
（2）军事目标：导弹的火焰与蒙皮、发射车、坦克、飞机等，主要解
决红外制导和隐身问题；
研究背景
（3）遥感目标：地面、海洋、森林等，主要解决资源探测、灾情预报
等问题；
（4）民用领域：红外加热、食品烘干、医学理疗等，直接关系到人们
的日常生活和身体健康。
近年来，由于军事、国防 、材料及能源技术的快速发展，对发射率测
p
n
=1+ρ
其中p 为p方向偏振光强度；同理n 为n方向偏振光强度；ρ 为样品垂向发射率。
三、多波长法
多波长辐射测温法是在一个仪器中制成多个光谱通道，利用多个光谱
的物体辐射亮度测量信息，假定发射率和波长关系模型，经过数据处理得
到物体的温度和材料的光谱发射率。
这种方法不需要辅助设备和附加信息，最大优点是不需要特制试样，
分类及原理
材料的热辐射特在不同波长及不同方向上不同，因此，按波长范围可
分为光谱（或单色）及全波长发射率；按发射方向可分为方向、法向及半
球发射率。
根据不同的测量原理，通常将发射率测量方法分为量热法、反射率法、
辐射能量法及多波长测量法等。
一、量热法
量热法基本原理是：被测样品与周围相关物体共同组成一个热交换系
物理实验技术中的环境辐射测量与分析方法
物理实验技术中的环境辐射测量与分析方法引言：环境辐射的测量与分析在物理实验技术中是至关重要的。
准确测量环境辐射水平可以帮助科学家和研究人员了解辐射对环境和人体的潜在影响，同时也有助于评估辐射的安全水平。
一、环境辐射的种类和影响环境辐射主要包括电离辐射和非电离辐射两种类型。
电离辐射是指具有足够能量将原子或分子中的电子从轨道中剥离的辐射。
而非电离辐射指那些能量较低无法引起电子轨道上电子转移的辐射。
环境辐射对人体健康和环境保护都有潜在的影响，因此准确测量辐射水平至关重要。
二、常用的环境辐射测量仪器在物理实验技术中，常用的环境辐射测量仪器包括γ射线仪、α射线仪、β射线仪和宇宙射线仪器等。
这些仪器能够测量不同类型的辐射，并提供准确的结果。
它们通过测量辐射粒子穿过材料后的电离效应来实现对环境辐射水平的测量。
三、环境辐射数据的收集与分析环境辐射数据的收集与分析是物理实验技术中重要的一部分。
通过长期的辐射测量，科学家和研究人员可以获取大量的环境辐射数据，并进行深入的分析。
他们可以研究辐射的分布模式、季节性变化以及其与其他环境因素的相互作用。
同时，他们还可以使用先进的数据分析方法，比如统计学和空间分析等，来揭示辐射对环境和人类健康的影响。
四、环境辐射监测的重要性环境辐射监测对于保护人类健康和环境安全具有重要意义。
通过对环境辐射水平的监测，可以及时发现和评估辐射源，并采取相应的措施来减少辐射的潜在风险。
辐射水平的监测还可以帮助国家和地方政府制定相关政策和规定，以确保人们的生活和工作环境符合安全标准。
结论：物理实验技术中的环境辐射测量与分析方法对于环境保护和人类健康至关重要。
准确测量环境辐射水平可以帮助我们了解辐射对环境和人体的潜在影响，并采取适当的措施来保护人类健康和环境安全。
因此，我们需要继续改进和发展环境辐射测量与分析方法，以应对不断变化的辐射环境和技术挑战。
只有这样，我们才能更好地保护人类和环境免受辐射的危害。
目标与背景光谱辐射特性测量方法的研究(光学工程专业优秀论文)
部发生干涉。
相干后的光束又经过分束器的反射和透射分为两束从干涉仪出来的光：一个与入射方向成９０。
角（输出光束Ａ），另一束与入射方向反向（输出光束Ｂ）。
ＭＲ３０４采用双输入和双输出设计。
两个输入端可以用来作为双光束差分测量辐射率，也可以为可变温度的物体（冷源和加热体）提供参考。
两个探测器可同时测量，且覆盖的光谱范围更宽；光谱辐射仪测量的信号传到计算机上，并由ＢｏＭＥＭ公司的专用软件进行数据处理。
图３．３崃系列的迈克尔逊干涉仪示意图３．２．２特点①扫描速度快傅立叶变换红外光谱仪的扫描速度比色散型仪器快数百倍，而且在任何测量时间内都能获得辐射源所有频率的全部信息，即所谓的“多路传输”．扫描速度的快慢主要由动镜的移动速度决定，动镜移动一次即可采集所有信息。
②具有很高的分辨率分辨率是红外光谱仪的主要性能指标之一，指光谱仪对两个靠得很近的谱线的辨别能力。
傅立叶变换红外光谱仪的分辨率同仪器的光程差有关，光程差越大，仪器的分辨率越高，即动镜移动的距离越长，分辨率越高，但扫描时间也随之增加。
利用其高分辨率的特性，可以研究因振动和转动吸收带重叠而导致的气体混合物的复杂光谱。
③波数精度高波数是红外定性分析的关键参数，因此仪器的波数精度非常重要。
因为干涉仪的动镜可以很精确地驱动，所以干涉图的变化很准确，同时动镜的移动距离是由Ｈｅ—Ｎｅ激光器的干涉条纹测量的，从而保证了所测的光程差很准确，因此在计算的光谱中有很高的波数精度和准确度，通常可到０．０１Ｃｍ～。
④极高的灵敏度色散型红外分光光度计大部分的光源能量都损失在入口狭缝的刀口上，而傅立叶变换红外光谱仪没有狭缝的限制，辐射通量只与干涉仪的平面镜大小有关，在同样的分辨率下，其辐射通量比色散型仪器大得多，从而使检测器接收的信噪比增大，也因此具有很高的灵敏度。
由于此优点，傅立叶变换红外光谱仪特别适第五章目标辐射特性的测量及结果分析一个特定源发射的辐射能可能与各种各样的参量有关，重要的是识别出有意义的参量，如目标的辐射亮度，表观温度，光谱反射率等。
发射率的测量
专业：光学工程 姓名： 郭 亚 玭 学号： 15SD21113
目录
研究背景
分类及原理 总 结
研究背景
各种物质表面的发射率（也称辐射率、黑度系数等）是表征物质表面 辐射本领的物理量，是一项重要的热物性参数。在很多领域发挥着重要的 作用。例如：
（1）空间目标：卫星表皮、窗口材料、光学镜面等，主要解决空间目 标的识别和热控问题；
但是由于其理论还不够完备，测量精度还不高，目前还没有一种算法 可以适应所有材料。现在仪器水平为：温度范围常温~5000 ℃ 、波长数 4~35、发射率测量精度5%左右。
四、能量法
能量法的基本原理是直接测量样品的辐射功率，根据普朗克或斯蒂芬玻尔兹曼定律和发射率定义计算出样品表面发射率值。
由于目前辐射的绝对测量尚难达到较高精度，故通常采用能量比较法， 即在同一温度下用同一探测器分别测量绝对黑体及样品的辐射功率，两者 之比就是材料的发射率值。近年来国内外广泛采用傅里叶分析光谱仪进行 测量，优点是测量的光谱范围较宽，约为2~28μm，温度范围为室温至3000 ℃。
总结
综上所述，目前发射率测量有以下4个特点： 1、多种方法并存，没有一种测量方法能取得主导地位； 2、没有国际标准建立，缺乏国际之间对比缺乏权威数据库的建立，未来会 逐步建立某领域内的专业数据库，同时推进国际合作和国际比对工作； 3、实验室测量方面用傅里叶光谱分析仪来构成测试系统将成为主流和趋势； 4、在线测量采用多波长高温计将成为一个最重要的发展方向。
一、量热法
量热法基本原理是：被测样品与周围相关物体共同组成一个热交换系 统，根据传热理论推导出系统有关材料发射率的传热方程，再测出样品有 关点的温度值，就能确定系统的热交换状态，从而求出样品发射率。按热 交换系数可分为稳态法及瞬态法两大类 。 （1）常用的稳态量热法是灯丝加热法，该方法测温范围宽，为-50~1000 ℃ 。但只能测全波长半球发射率，不能测量光谱或定向发射率。 （2）瞬态量热法采用瞬态加热技术（如激光、电流等），使试样温度急 剧升高，通过测量试样温度、加热功率等参数，再结合辅助设备测量物体 的发射率。优点有：设备相对简单，测量速度快，测温上限高（4000 ℃以 上），精度高，缺点是只能测导体材料。
发射率的测量课件
在环境监测中的应用
温室效应研究
在大气中，气体分子和气溶胶颗粒的发射率对温室效应有重 要影响。测量这些物质的发射率有助于研究温室效应及其对 气候变化的影响。
环境质量监测
通过测量环境中的发射率，可以监测空气质量、水体污染等 情况。例如，测量水体中不同物质的发射率可以评估水体的 清澈度和污染程度。
THANKS
实验结果的处理和分析
数据整理
整理实验过程中记录的数据，确保准 确无误。
误差分析
撰写详细的实验报告，包括实验目的 、方法、结果和结论等，以便对实验 过程进行回顾和总结。
结果分析
根据实验数ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，分析发射率的变化趋 势和影响因素，得出结论。
报告撰写
对实验误差进行分析，找出误差来源 ，提高实验的准确性和可靠性。
物体表面的粗糙度、涂层 和污染会影响其发射率， 因此需要保持表面清洁和 光滑。
方向性
物体的发射率会随着观测 角度的变化而变化，因此 需要在不同角度下进行测 量。
03
发射率测量的实验设备
发射率测量仪器的种类
红外发射率测量仪
用于测量物体在红外波段的发射 率，通过比较物体和黑体在相同 温度下的辐射，得到物体的发射
确性。
04
发射率测量的实验步骤
实验前的准备
实验器材准备
准备发射率测量所需的仪 器和设备，如发射率测量 仪、黑体空腔、恒温水槽 、热电偶等。
实验原理学习
了解发射率的定义、影响 因素以及测量原理，为实 验操作和结果分析打下基 础。
实验环境设置
确保实验室环境安静、整 洁，避免外界干扰对实验 结果的影响。
测量原理
测量步骤
将待测物体放入高温炉中加热，然后 测量加热前后的辐射光谱，最后根据 加热前后的光谱变化计算出物体的体 积发射率。
基于环境辐射的现场目标发射率测量方法研究
Ａ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｅ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｎ ｍ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ． Ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ
第４ ３卷 第 ３期
２ ０ １ ３年 ３月
激 光 与 红 外
Ｌ ＡＳ ＥＲ ＆ Ｉ ＮＦＲＡＲＥＤ
Ｖｏ １ ． ４３． Ｎｏ ． ３
Ｍａ ｒ ｃｈ． ２ ０１ ３
文章编号： １ ０ ０ １ － ５ ０ ７ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ － ２ ７ ２ － ０ ４
・ 红外 技术及 应用 ・
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｔａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｅ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｉ ｎｆ ｒａ ｒ ｅ ｄ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｍｅ ａｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ． Ｔｈ ｅ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ａ ｎｄ ｓ ｕ ｒ ｒ ｏ ｕ ｎｄ ｉ ｎｇ ｓ ｉ ｓ ａ ｎａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ． Ｔｈ ｅ ａ ｍｏ ｕ ｎ ｔ ｏ ｆ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ａ ｃ ｈｉ ｎｇ ｔ ｈｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｉ ｓ ｄｅ ｒ ｉ ｖ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａｌ ｌ ｙ ．
一种基于光谱辐射强度测量火焰温度和发射率分布的方法[发明专利]
![一种基于光谱辐射强度测量火焰温度和发射率分布的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/36523daabe1e650e53ea993f.png)
专利名称：一种基于光谱辐射强度测量火焰温度和发射率分布的方法
专利类型：发明专利
发明人：周怀春,柳华蔚,齐朝博,郑树,周远科
申请号：CN201510093230.1
申请日：20150302
公开号：CN104677495A
公开日：
20150603
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种基于光谱辐射强度测量火焰温度和发射率分布的方法，该方法首先利用光谱仪获得待测火焰光谱辐射强度，采用双色法根据两个中间波长下的辐射强度求解温度及发射率作为初值，采用牛顿迭代法求解发射率随波长变化的多项式关系的各阶系数和待求温度，从零开始逐步增加多项式关系的阶数，求解每一阶的系数和温度，除零阶采用双色法结果作为初值外，其余均采用上一阶结果作为初值；当求解结果不随求解阶数增加而变化时，即结果随阶数变化收敛，视为得到最终结果。
本发明提供的方法能够根据待测火焰光谱强度得到待测火焰的温度和随波长变化的发射率分布，不依赖于假设或先验条件，结果可靠。
申请人：清华大学,武汉九州三维燃烧科技有限公司
地址：100084 北京市海淀区100084信箱82分箱清华大学专利办公室
国籍：CN
代理机构：北京鸿元知识产权代理有限公司
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一种基于辐射计输出电压的目标辐射率的测量方法[发明专利]
![一种基于辐射计输出电压的目标辐射率的测量方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/288d08c2cfc789eb162dc873.png)
专利名称：一种基于辐射计输出电压的目标辐射率的测量方法专利类型：发明专利
发明人：胡飞,苏金龙,田岩,程亚运,伍宏飞,胡演,宋梦婷
申请号：CN201810472195.8
申请日：20180516
公开号：CN108680262A
公开日：
20181019
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于辐射计输出电压的目标辐射率的测量方法，属于无源微波遥感与探测技术领域，包括：利用辐射计分别对同一位置的金属目标、待测目标、黑体目标进行测量，得到第一电压、第二电压和第三电压；利用第一电压、第二电压和第三电压进行差值分析，得到待测目标的辐射率。
本发明能够非接触、被动、且不需要复杂的定标过程，同时还可消除天线旁瓣以及主波束不完全被目标区域覆盖时所引起的误差，从而获取更为准确的、便易的辐射率测量方法，为目标的检测和识别提供信息。
申请人：华中科技大学
地址：430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
国籍：CN
代理机构：华中科技大学专利中心
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基于环境辐射的现场目标发射率测量方法研究李园园;屈惠明;刘文俊【摘要】Target emissivity measurement is the foundation of target infrared radiation characteristic measurement. The radiation of target and surroundings is analyzed. The amount of radiation reaching the detector is derived theoretically. A method of emissivity measurement based on the change of the environmental radiation is proposed. Object emissivity is obtained indirectly by measuring the reflectivity through changing the environmental radiation. The environmental radiation is changed by an extend blackbody chosen as initiative radiation source. Experimental study has been performed with various materials. The results are compared with the direct emissivity measurement. The maximum error is 0. 017. The feasibility and accuracy of the proposal approach are verified. This study provides a reference for accurate non-contacting infrared thermometer.%目标发射率测量是目标红外辐射特性测量的基础.介绍了一种基于环境辐射改变的目标发射率的测量方法.分析及推导了到达探测器上的辐射量,通过改变环境辐射的方法测定目标的反射率,进而得到物体的发射率.在实验室内采用黑体作为主动辐射源改变环境辐射,对三种物质分别进行发射率测量,与直接测量的发射率进行比较,结果最大误差为0.017,达到了实际需要,验证了该测量方法的可行性和准确性.该方法为红外辐射非接触精确测量物体温度提供了必要参量.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2013(043)003【总页数】4页(P272-275)【关键词】发射率;红外热像仪;环境辐射;红外辐射【作者】李园园;屈惠明;刘文俊【作者单位】南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TN2191 引言红外热成像测温技术具有非接触、直观、灵敏度高(可分辨0．01℃的温度差)、快速(几毫秒内测出目标温度)、测温范围广(从－170～3200℃以上)、检测距离可近可远、可实现夜视、安全等优点［1］，不但在高压电线巡检、工业生产等民用领域得到广泛的应用，而且在侦察与制导、伪装设计与检测等军用领域中也得到了广泛应用。
红外热像仪测温主要受被测物体表面发射率的影响，但反射率、环境温度、大气温度、测量距离和大气衰减等因素的影响也不容忽视。
尤其是对物体表面发射率估计的不准确，更影响温度测量的精确性［2］。
又因为发射率是辐射波长、温度、方向以及表面状态的函数，并在很大程度上取决于物体的表面状态，因此在现场测量目标的红外辐射特性中，手册中的数据就不可靠了。
这就需要在现场对发射率进行实际测量。
本文提出一种现场测量常温物体(8～14μm)波段发射率的方法，进行了理论分析和实验测量，给出了实验结果。
2 理论模型在实际测量时，热像仪接收到的有效辐射包括三个部分:目标自身辐射、目标对周围环境反射辐射和大气辐射，如下式所示［3－6］:其中，L为到达探测器表面的辐射亮度;L0为目标自身辐射亮度;ρ为目标反射率;Ls 为环境辐射;Lp为大气辐射;大气透过率为1。
红外热像仪的标定模型为［6］:式中，V为红外热像仪输出值;Lf仪器本身杂散能量;α为红外热像仪亮度响应度。
由式(1)和式(2)可得:其中，V0=αL0+Lf为只有目标的辐射作用到探测器上时，红外热像仪输出值;式Vs=αLs+Lf为单独环境辐射作用到探测器上时，红外热像仪的输出值。
通过改变环境辐射得到两组输出:式中，V'为改变后热像仪输出;V's为改变后环境辐射，其中环境辐射即为黑体辐射，通过改变黑体温度达到改变环境辐射的目的。
由上组方程可得发射率ε:以上从理论上证明了用改变环境辐射的办法可测定目标的反射率，进而得到物体的发射率。
理论分析:在此我们认为大气辐射均匀分布且不随时间改变，近距离大气透过率为1，研究一段时间内环境辐射改变情况下测量不透明目标(近似灰体)的发射率。
物体发射率被定义为真实物体的辐射能量与同条件同温度下的黑体的辐射能量之比。
由基尔霍夫定律，当辐射能入射到物体表面时，包括三个过程:吸收、反射、透射。
对于不透明表面，只包括吸收、反射两个过程，其发射率等于热吸收率，又有吸收率+反射率=1，可以得到，发射率=1－反射率。
因此我们可以得到物质的两种测量目标发射率的方法:直接测量和间接测量。
(1)将目标与黑体置于同一条件同一温度下，目标输出值与黑体输出值之比即为目标发射率。
(2)通过测量目标反射率，间接地测量目标发射率。
下面通过实验来验证无需测量目标温度的，基于人造环境影响的间接发射率测量方法的可行性及准确性。
3 实验装置3．1 实验装置该实验采用320×240 LWIR非制冷红外热像仪(8～14μm)，测量目标辐射量;HFY －300A面源黑体，有效发射率0．95，用于标定输出响应关系及提供人造环境热源;分光镜，在红外波段具有半透半反效果;聚光镜，把光束汇聚成小光斑。
实验装置示意图如图1所示。
黑体的辐射光经聚光镜汇聚于分光镜上，由分光镜反射到达目标，通过与目标作用然后反射到达探测器，聚光镜的作用是为了使到达目标的辐射强烈而均匀。
图1 实验装置示意图3．2 辐射标定红外热像仪测量是建立在黑体辐射理论基础上的定量测量，是以黑体辐射源为基准辐射量进行的对比测量。
因此，红外热像仪在测试之前首先要以黑体辐射为基准建立系统响应函数。
系统响应函数是反映测量所得输出信号与输入辐射之间函数关系的，它由光学系统、电子线路和探测器的响应率等因素决定。
在利用红外热像仪测量目标的辐射特性前，应先对其进行辐射定标，确定热像仪的响应度，红外热像仪的标定模型如式(2)所示。
黑体在波段λ1～λ2内的辐射亮度，由普朗克公式可得［7］:实验环境:实验室中利用黑体，在不同温度下测量，给出一系列的输出值，画出目标亮度与输出值得输出关系，通过最小二乘法对输出值进行线性拟合，得出红外热像仪的辐射亮度响应关系。
针对Y=kX+b形式的最小二乘法拟合公式如下:其中黑体温度对应的灰度与辐射亮度数据如表1所示。
表1 黑体温度对应的灰度和辐射亮度数据温度/℃ 28．4 28．8 29．2 29．6 30．00 30．40 30．8输出值( 灰度)133．7190 141．6942 152．3967 158．1240 166．0661 171．0496 173．3967黑体亮度/(cd·m－2)53．3011 53．6241 53．9482 54．2735 54．6000 54．9276 55．2564 辐射标定曲线如图2所示。
图2 黑体辐射亮度与输出值之间的关系通过实验测量由最小二乘法得到该热像仪的辐亮度响应关系为:y=20．9672x－981．3774。
4 实验结果分析实验中选取了三种物质分别是陶瓷、白纸和塑料板作为测量目标。
从发射率测量原理我们知道，发射率测量是以标准黑体为基准，通过与被测样品的比较求出材料的发射率。
直接测量值是将目标与黑体置于同一条件同一温度下，黑体和目标与探测器的距离0．5 m，目标输出值与黑体输出值之比即为目标发射率。
实验采用的红外热像仪的波段为μ ，因此测量的发射率即为波段发射率。
每种材料重复测量5次，发射率取平均值。
材料发射率测量值如表2所示。
表2 材料发射率测量值1 2 3 4 5 平均发射率不确定度/%瓷板0．9618 0．9563 0．9479 0．9635 0．9457 0．9550 0．8白纸0．9423 0．9706 0．9527 0．9479 0．9519 0．9530 1．06塑料0．9329 0．941 0．9134 0．9232 0．9185 0．9258 1．11表2列出分别对三种材料五次测量的发射率值，为了更能准确地表示该测量方法测量结果的不确定程度，分别计算三组测量值的标准不确定度，利用公式(9)，它反映了数值相对于平均值的离散程度。
不确定度小于2%，由此可以说明该方法测量的稳定性较好。
图3(a)为瓷板测量图，图中较亮部分为瓷板表面反射黑体所辐射的(8～14μm)红外波段，提取图像中该部分的灰度值，该值即为黑体辐射到瓷板上并通过瓷板表面反射到达探测器，探测器输出值，改变黑体温度，获取不同环境辐射的灰度图像，得到另一输出值，并通过式(6)计算两次环境辐射值，最后通过式(5)计算目标发射率。
表3是三组材料经过多次测量得到的发射率值。
图3 黑体辐射到瓷板的图像及瓷板上黑体辐射部分的图像表3 目标发射率测量数据材料黑体温度/℃ 环境辐射(灰度) 目标(灰度)直接测量值测量平均值最大误差值陶瓷29．6 Vs=156．5568V=131．1983 31 V's=180．0965 V'=133．0083 0．9412 0．9550 0．0138白纸36．6 Vs=274．2555 V=118．2562 38．6V's=307．8837 V'=119．9752 0．9361 0．9530 0．0169塑料板42．6 Vs=375．1401 V=102．4463 44．5 V's=407．0868 V'=105．1570 0．9084 0．9258 0．0174由表3观察可知，物体的发射率实验结果的最大误差为0．017(1．9%)，小于文献［4］中的三种方法测量发射率的误差±0．02和文献［8］中多波长测量发射率的误差5%;同时可以看出，材料的发射率越大，测量的误差越小。
与表2比较，利用该方法测量的值比直接测量值偏大。