红外光谱发射率测试方法的研究 (1)
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图２红外光谱发射率测晕装置原理框幽
红外光谱发射率测晕装置，主要由傅立ｎ｝红外光谱仪、计算机、黑体辐射源、样品加热 系统、温度控制系统以及辅助光路系统组成。傅立叶红外光谱仪是该测量装置中的ｔ要设备， 其功能为测量入射红外辐射的光谱分布曲线：样品加热系统主要功能为，在温度控制器的控 制ｒ，将样品的温度控制在所需的温度：黑体提供标准辐射源；辅助光路系统的ｊ＿要功能是， 将样品或黑体的辐射引入傅立叶红外光谱仪。虚线框内为光谱仪内部简略示意图，计算机负 责采集探测器信号．并利用傅正叶变换原理完成干涉图（时域）剑光谱图（频域）的转换， 最后得到样品或黑体红外辐射的光谱曲线，同时可完成｝｝｝｜线相除、积分运算等功能。
Ｌ Ｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｎｆｒａ ｒｅｄ
ｓｐｅｃｔｒａｌ
ｅｍｉＳＳｉｖｉ ｔｙ
ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｒｏｏｍ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉＳ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ Ｉｎｆｒａ ｒｅｄ，Ｓｐｅｃｔｒａｌ，ＥｍｉＳＳｉＶｉ ｔｙ，Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
６结束语
利刚该装置，对多种典型材料发射率进行了测试，将测试结果与热物性手册中的数据进 行比较，符合的较好ｔ因为影响发射率的因素较多，例如材料表面粗糙度、渝度等，不便ｒ 进行精确比较），证明所设计的光谱发射率测试方法“：确可行，测试装置稳定可靠，从而解 决了不同温度Ｆ材料红外光谱发射率的测试问题。
参考文献
３．２测试方法
首先利崩激光系统对光路系统进行准直调节，然后将黑体标准辐射源温度控制到要求的 某一温度，温度稳定后，启动红外光谱仪，计算机开始采样、数据存储等，得到黑体标准辐 射源的辐射能量光谱曲线。在黑体标准辐射源的位置上替换为被测样品，用微型加热控潞系 统将其温度控制在与黑体相同的温度上，待温度稳定后，匝复黑体辐射采样过程，同样也可 得到目标辐射的辐射能量光谱曲线。
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帔长（ｐｍｌ
图３锅片辐射能量光谱曲线（２０００ｃ）
渡长（ｐｍ）
图４黑体辐射能晕光谱曲线（２００。ｃ）
图３与图４中的两条曲线之比可得到光谱发射率曲线，见图５。 由图５可以初步定性看出，铝片在短波段内发射率较高，而在Ｋ波段内则较低。 计算 得出锅片的波段发射率为￡一０．１８（２．５Ｍ～２５ｐ．ｍ）。从图３，图４叮看出，在６ｐｍ～８¨ｍ和 １５ｍ处，辐射能量光谱曲线出现较多的吸收峰，这是由空气中存在的对红外光具有较强烈 吸收作＿｝｝ｊ的水份和二氧化碳造成的，它们对测试结果在相应波段产生了一定的于扰和影响。 氮气对红外光吸收较少。为消除上述干扰，在测试时可以充入一定量的氮。Ｃ。
榷忠尚主编温度计量与测试中国计量出版衬，１９９８ 陈道举．现代计量测试技术．中国计量出版礼， １９９０ 路学荣 用傅立叶光谱仪测餐发射光谱的研究 傅立ｎ１变换红外光谱技术及廊＿Ｌ｝ｊ研讨 会论文集（＿二） 海洋出版社，１９９３ 世森宣文通过测定反射率、透射率计算比辐射率
红外光谱发射率测试方法的研究
２光谱发射率的测试原理
一５０一
被测材料样品的光谱发射率，是指在相同温度和波长Ｆ
电咖嬲 体的光谱辐射出度的比值，记为￡（＾，Ｔ）。
被测样品的光谱辐射出度与黑
式中：ｓｎ，ｒ）——光谱发射率：
Ｍ以，丁）——样品温度为，时的光谱辐射出度
Ｍ ｏｎ，７１）——黑体温度为，时的光谱辐射出度。
从式（１）可知，分别测出被测材料和黑体在温度，时的光谱辐射功率，就可得出被测 材料在温度，Ｆ的光谱发射率。
（３）波段范围宽，本仪器Ｉ：作波段可从０．６７ｕｍ～２００岬：另外还有光谱分辨率高，波长准
确度高等优点。 由ｒ材料的红外光谱发射率一般随温度变化而变化，我们还设计ｒ样品加热以及温度控
制装置（５０。Ｃ～４００。Ｃ）。这样，该装置可以进行波Ｋ从０ ６７ｐｍ～２００ｐｍ、温度从５００Ｃ至４０００Ｃ 红外光谱发射率的测量。
作者： 作者单位：
王文革 中国航天科技集团公司第一计量测试研究所
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_3501067.aspx
Biblioteka Baidu
１００
一Ｂ０
芭６０
姜４０
魁２０
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一～一 ：二二二＝二二＝＝生
１０
１５
２０
波长（ｐｍ）
幽５铝片光谱发射率曲线
～５３一
５常温下红外光谱发射率测试方法讨论
本自１４试鼓置可以进行５０。Ｃ～４００。Ｃ温度范围内的红外光谱发射率的测试，但在许多情 况ｈ，需要进彳『常温Ｆ的红外光谱发射率测试。利州ｋ述方法测试常温附近的材料光谱发射 率比较困难，原因是：当试样和探测器都处ｒ常温时，从原理上讲是得不到探测器输出的， 即使试样温度高出探测器温度几度至．：、二十度，探０１怡ｇ输出的信噪比也是比较低的，影响 测试准确度。
根据基尔霍夫定律，反射率＋吸收率＋透射率＝１００％（或ｌ ０），这一关系，对丁－光谱反射 率、光谱吸收率、光谱透射率同样成立：处丁某一温度Ｆ的材料的吸收率与发射率相等。利 用这４１原理，测出常温Ｆ试样的反射率（对ｒ透光栩料，再测出试样的透射率），再用１００％
（或１ ０）减去（反射率＋透射率），得到吸收率。根据基尔霍夫定律，发射率等于吸收率， 则可通过计算得到材料在常温Ｆ的发射率。
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Ａｂｓｔ ｒａＧｔ Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｏｆ ｉｎｆｒａ—ｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｅｍｉ ｓｓｉｖｉｔｙ，ａｎｄ ｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ａｖｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｔｈｉ Ｓ ａｒｔｉＣｌｅ，ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ａ ｔｅｓｔ
红外光谱发射率测试方法的研究
王文革
（中国航天科技集团公司第‘计量测试研究所高级ｒ稃师）
摘 要本文论述了片ｊ傅立ＩｉＩ红外光潜仪和黑体辐射源、试样加热器、温度控制系统、
辅助光路系统等构成的测试装置进行红外光谱发射率测昔的方法，给出ｒ一例测试结果，最
后讨论了常温卜－进行红外光谱发射率测量的方法。
关键词 红外１１、光谱。发射摹测量｝１￡
１前言
在ｆ农业生产以及科研ｆ：作中，红外辐射温度计的应用越来越广泛；在国防领域，红外 诱饵、红外隐蔽材料研制试验过程中，需要对材料的红外辐射特性进行测试、评价，在这些 应用领域，都离不开红外光谱发射率的测量。针对这些需要，我们研究了一种利用傅立叶红 外光谱仪进行红外光谱发射率测量的方法。
与传统的棱镜式、光栅式和渐变滤光片式光谱仪相比，傅立叶光谱仪具有许多优点：（１） 入射辐射通量大，它不需要入射狭缝，因而入射通量比有狭缝系统要大２～３个数量级。加 上高响应度探测器，保证了系统有很高的灵敏度。（２）测量速度快，傅立叶光谱仪采集的干 涉图的每一点均含有各个波长的信息，得到～个完整的干涉图需要的时间也是非常短暂的。
凹曼器
图１红外光谱发射率测试原理
在某些情况卜，需要了解材料在某一波段ｒ的红外光谱发射率，例如在
‰扣，＝器 ８肿～１４ｐｍ两个大气窗口卜的波段发射率，可利用式（２）进行积分计算：
（２）
式中：ｓ。。，。：（Ｔ）－－，ｔ－至丑的波段光谱发射率：
３红外光谱发射率测量装置
３．１测量装置原理
红外光谱发射率测量装置如幽２所示。
侄计算机上计算出样品曲线与黑体曲线之比，得剑 条新的曲线。这条曲线就是所测柯 ｒ铺住某一’温度Ｆ的光谱发射率曲线。
如果关心被测样品在某一波段内的发射率，ｊ』！｜Ｊ可按武（２）进行计算。
４红外光谱发射率的测试结果
选取一铝片作为测试样品，将其温度控制在２００。Ｃ，对其辐射能量进行采样，得到样品 辐射能量光谱曲线，见图３，２００。Ｃ的黑体辐射能繁光谱曲线见幽４。
红外光谱发射率测晕装置，主要由傅立ｎ｝红外光谱仪、计算机、黑体辐射源、样品加热 系统、温度控制系统以及辅助光路系统组成。傅立叶红外光谱仪是该测量装置中的ｔ要设备， 其功能为测量入射红外辐射的光谱分布曲线：样品加热系统主要功能为，在温度控制器的控 制ｒ，将样品的温度控制在所需的温度：黑体提供标准辐射源；辅助光路系统的ｊ＿要功能是， 将样品或黑体的辐射引入傅立叶红外光谱仪。虚线框内为光谱仪内部简略示意图，计算机负 责采集探测器信号．并利用傅正叶变换原理完成干涉图（时域）剑光谱图（频域）的转换， 最后得到样品或黑体红外辐射的光谱曲线，同时可完成｝｝｝｜线相除、积分运算等功能。
Ｌ Ｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｎｆｒａ ｒｅｄ
ｓｐｅｃｔｒａｌ
ｅｍｉＳＳｉｖｉ ｔｙ
ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｒｏｏｍ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉＳ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ Ｉｎｆｒａ ｒｅｄ，Ｓｐｅｃｔｒａｌ，ＥｍｉＳＳｉＶｉ ｔｙ，Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
６结束语
利刚该装置，对多种典型材料发射率进行了测试，将测试结果与热物性手册中的数据进 行比较，符合的较好ｔ因为影响发射率的因素较多，例如材料表面粗糙度、渝度等，不便ｒ 进行精确比较），证明所设计的光谱发射率测试方法“：确可行，测试装置稳定可靠，从而解 决了不同温度Ｆ材料红外光谱发射率的测试问题。
参考文献
３．２测试方法
首先利崩激光系统对光路系统进行准直调节，然后将黑体标准辐射源温度控制到要求的 某一温度，温度稳定后，启动红外光谱仪，计算机开始采样、数据存储等，得到黑体标准辐 射源的辐射能量光谱曲线。在黑体标准辐射源的位置上替换为被测样品，用微型加热控潞系 统将其温度控制在与黑体相同的温度上，待温度稳定后，匝复黑体辐射采样过程，同样也可 得到目标辐射的辐射能量光谱曲线。
伊僻一 Ｉ．Ｏ
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帔长（ｐｍｌ
图３锅片辐射能量光谱曲线（２０００ｃ）
渡长（ｐｍ）
图４黑体辐射能晕光谱曲线（２００。ｃ）
图３与图４中的两条曲线之比可得到光谱发射率曲线，见图５。 由图５可以初步定性看出，铝片在短波段内发射率较高，而在Ｋ波段内则较低。 计算 得出锅片的波段发射率为￡一０．１８（２．５Ｍ～２５ｐ．ｍ）。从图３，图４叮看出，在６ｐｍ～８¨ｍ和 １５ｍ处，辐射能量光谱曲线出现较多的吸收峰，这是由空气中存在的对红外光具有较强烈 吸收作＿｝｝ｊ的水份和二氧化碳造成的，它们对测试结果在相应波段产生了一定的于扰和影响。 氮气对红外光吸收较少。为消除上述干扰，在测试时可以充入一定量的氮。Ｃ。
榷忠尚主编温度计量与测试中国计量出版衬，１９９８ 陈道举．现代计量测试技术．中国计量出版礼， １９９０ 路学荣 用傅立叶光谱仪测餐发射光谱的研究 傅立ｎ１变换红外光谱技术及廊＿Ｌ｝ｊ研讨 会论文集（＿二） 海洋出版社，１９９３ 世森宣文通过测定反射率、透射率计算比辐射率
红外光谱发射率测试方法的研究
２光谱发射率的测试原理
一５０一
被测材料样品的光谱发射率，是指在相同温度和波长Ｆ
电咖嬲 体的光谱辐射出度的比值，记为￡（＾，Ｔ）。
被测样品的光谱辐射出度与黑
式中：ｓｎ，ｒ）——光谱发射率：
Ｍ以，丁）——样品温度为，时的光谱辐射出度
Ｍ ｏｎ，７１）——黑体温度为，时的光谱辐射出度。
从式（１）可知，分别测出被测材料和黑体在温度，时的光谱辐射功率，就可得出被测 材料在温度，Ｆ的光谱发射率。
（３）波段范围宽，本仪器Ｉ：作波段可从０．６７ｕｍ～２００岬：另外还有光谱分辨率高，波长准
确度高等优点。 由ｒ材料的红外光谱发射率一般随温度变化而变化，我们还设计ｒ样品加热以及温度控
制装置（５０。Ｃ～４００。Ｃ）。这样，该装置可以进行波Ｋ从０ ６７ｐｍ～２００ｐｍ、温度从５００Ｃ至４０００Ｃ 红外光谱发射率的测量。
作者： 作者单位：
王文革 中国航天科技集团公司第一计量测试研究所
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_3501067.aspx
Biblioteka Baidu
１００
一Ｂ０
芭６０
姜４０
魁２０
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一～一 ：二二二＝二二＝＝生
１０
１５
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波长（ｐｍ）
幽５铝片光谱发射率曲线
～５３一
５常温下红外光谱发射率测试方法讨论
本自１４试鼓置可以进行５０。Ｃ～４００。Ｃ温度范围内的红外光谱发射率的测试，但在许多情 况ｈ，需要进彳『常温Ｆ的红外光谱发射率测试。利州ｋ述方法测试常温附近的材料光谱发射 率比较困难，原因是：当试样和探测器都处ｒ常温时，从原理上讲是得不到探测器输出的， 即使试样温度高出探测器温度几度至．：、二十度，探０１怡ｇ输出的信噪比也是比较低的，影响 测试准确度。
根据基尔霍夫定律，反射率＋吸收率＋透射率＝１００％（或ｌ ０），这一关系，对丁－光谱反射 率、光谱吸收率、光谱透射率同样成立：处丁某一温度Ｆ的材料的吸收率与发射率相等。利 用这４１原理，测出常温Ｆ试样的反射率（对ｒ透光栩料，再测出试样的透射率），再用１００％
（或１ ０）减去（反射率＋透射率），得到吸收率。根据基尔霍夫定律，发射率等于吸收率， 则可通过计算得到材料在常温Ｆ的发射率。
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Ａｂｓｔ ｒａＧｔ Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｏｆ ｉｎｆｒａ—ｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｅｍｉ ｓｓｉｖｉｔｙ，ａｎｄ ｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ａｖｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｔｈｉ Ｓ ａｒｔｉＣｌｅ，ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ａ ｔｅｓｔ
红外光谱发射率测试方法的研究
王文革
（中国航天科技集团公司第‘计量测试研究所高级ｒ稃师）
摘 要本文论述了片ｊ傅立ＩｉＩ红外光潜仪和黑体辐射源、试样加热器、温度控制系统、
辅助光路系统等构成的测试装置进行红外光谱发射率测昔的方法，给出ｒ一例测试结果，最
后讨论了常温卜－进行红外光谱发射率测量的方法。
关键词 红外１１、光谱。发射摹测量｝１￡
１前言
在ｆ农业生产以及科研ｆ：作中，红外辐射温度计的应用越来越广泛；在国防领域，红外 诱饵、红外隐蔽材料研制试验过程中，需要对材料的红外辐射特性进行测试、评价，在这些 应用领域，都离不开红外光谱发射率的测量。针对这些需要，我们研究了一种利用傅立叶红 外光谱仪进行红外光谱发射率测量的方法。
与传统的棱镜式、光栅式和渐变滤光片式光谱仪相比，傅立叶光谱仪具有许多优点：（１） 入射辐射通量大，它不需要入射狭缝，因而入射通量比有狭缝系统要大２～３个数量级。加 上高响应度探测器，保证了系统有很高的灵敏度。（２）测量速度快，傅立叶光谱仪采集的干 涉图的每一点均含有各个波长的信息，得到～个完整的干涉图需要的时间也是非常短暂的。
凹曼器
图１红外光谱发射率测试原理
在某些情况卜，需要了解材料在某一波段ｒ的红外光谱发射率，例如在
‰扣，＝器 ８肿～１４ｐｍ两个大气窗口卜的波段发射率，可利用式（２）进行积分计算：
（２）
式中：ｓ。。，。：（Ｔ）－－，ｔ－至丑的波段光谱发射率：
３红外光谱发射率测量装置
３．１测量装置原理
红外光谱发射率测量装置如幽２所示。
侄计算机上计算出样品曲线与黑体曲线之比，得剑 条新的曲线。这条曲线就是所测柯 ｒ铺住某一’温度Ｆ的光谱发射率曲线。
如果关心被测样品在某一波段内的发射率，ｊ』！｜Ｊ可按武（２）进行计算。
４红外光谱发射率的测试结果
选取一铝片作为测试样品，将其温度控制在２００。Ｃ，对其辐射能量进行采样，得到样品 辐射能量光谱曲线，见图３，２００。Ｃ的黑体辐射能繁光谱曲线见幽４。