一种基于傅里叶光谱仪技术的黑体炉表面发射率校正方法与流程

本申请属于材料测试，具体涉及一种基于傅里叶光谱仪技术的黑体炉表面发射率校正方法。

背景技术：

1、面源黑体炉发射率的校正方法是基于能量法在线测量发射率的必须进行的一项校正技术。发射率的定义为，同温度下，样品的辐射功率与黑体辐射功率的比值。基于能量法在线测量发射率根据所使用黑体辐射源的不同，能量比较法又可分为：独立黑体法、整体黑体法和转换黑体法。独立黑体法必须利用单独的黑体源作为参考发射源，同时利用单独的加热装置给待测样品加热；整体黑体法则是在样品上加工一个类似黑体空腔的小洞；转化黑体法通过在样品上加设反射单元，使样品与发射单元组成辐射性能近似黑体的系统，也就是近似把样品转化为黑体源，从而完成发射率的测量。利用能量法中的独立黑体法进行发射率的在线测量，必须能够准确的获得黑体炉在特定温度下的发射率，否则会造成较大的测量误差。

2、现有测量黑体炉发射率的方法主要是利用非接触测温方法，主要有基于热像仪以及红外温度传感器的方法，上述方法都存在测量波段较窄的问题，不能测量对象的较大的能量区间。因此，希望有一种技术方案能够准确测量面源黑体炉的发射率以减少发射率测量误差。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本申请提供一种基于傅里叶光谱仪技术的黑体炉表面发射率校正方法，主要包括：

2、步骤s1、在设定窄波段下，利用非接触测温传感器获取黑体炉表面的亮度温度；

3、步骤s2、根据所测亮度温度及黑体炉的真实温度计算黑体炉相应真实温度下的发射率；

4、步骤s3、在设定宽波段下，利用傅里叶光谱仪测量黑体炉的辐射特性曲线；

5、步骤s4、确定所述黑体炉对应的理想灰体的辐射特性曲线；

6、步骤s5、确定所述黑体炉在设定宽波段下的发射率。

7、优选的是，在步骤s1中，利用8-14um波段红外非接触测温传感器，并将其发射率设置为1，以测量黑体炉表面各个温度点的亮度温度。

8、优选的是，在步骤s2中，利用热电偶接触黑体表面进行接触式测温获得黑体炉真实温度。

9、优选的是，步骤s2中，基于以下公式计算黑体炉相应真实温度下的发射率εb：

10、

11、其中，t′0为黑体炉表面的亮度温度，t0为黑体炉的真实温度，ta为探测器的冷端温度补偿。

12、优选的是，步骤s3中，利用波段为2-25um的傅里叶红外光谱仪测量黑体炉不同温度下的辐射特性曲线。

13、优选的是，步骤s4中，通过以下公式确定理想灰体的辐射特性曲线：

14、

15、其中，egλ为黑体炉对应的理想灰体辐射特性公式，c1为第一辐射常数，c2为第二辐射常数，t0为黑体炉的真实温度，λ为波长，k为傅里叶光谱仪探测系统的光路等效增益，εb为黑体炉相应真实温度下的发射率。

16、优选的是，利用最小二乘拟合计算所述傅里叶光谱仪探测系统的光路等效增益，以使得由傅里叶光谱仪测量的黑体炉辐射特性曲线eλ与理想灰体的辐射特性曲线egλ，在所述设定窄波段下的均方差mse最小，计算公式为：

17、

18、优选的是，步骤s5进一步包括：

19、步骤s51、基于所述黑体炉对应的理想灰体的辐射特性曲线确定所述黑体炉对应的理想黑体的辐射特性曲线；

20、步骤s52、基于所述黑体炉对应的理想黑体的辐射特性曲线计算黑体炉在设定宽波段下的发射率。

21、优选的是，步骤s51中，确定所述黑体炉对应的理想黑体的辐射特性曲线ebλ包括：

22、ebλ＝egλ/εg；

23、其中，egλ为理想灰体的辐射特性曲线，εg为理想灰体的发射率。

24、优选的是，步骤s52中，计算黑体炉在设定宽波段下的发射率ε包括：

25、

26、其中，为理想黑体在2-25um的设定宽波段内的辐射能量，为傅里叶光谱仪在2-25um的设定宽波段内的能量。

27、本申请的面源黑体炉发射率校正方法测量准确，扩展波段宽，有较强的实际工程应用价值。

技术特征：

1.一种基于傅里叶光谱仪技术的黑体炉表面发射率校正方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于傅里叶光谱仪技术的黑体炉表面发射率校正方法，其特征在于，在步骤s1中，利用8-14um波段红外非接触测温传感器，并将其发射率设置为1，以测量黑体炉表面各个温度点的亮度温度。

3.如权利要求1所述的基于傅里叶光谱仪技术的黑体炉表面发射率校正方法，其特征在于，在步骤s2中，利用热电偶接触黑体表面进行接触式测温获得黑体炉真实温度。

4.如权利要求1所述的基于傅里叶光谱仪技术的黑体炉表面发射率校正方法，其特征在于，步骤s2中，基于以下公式计算黑体炉相应真实温度下的发射率εb：

5.如权利要求1所述的基于傅里叶光谱仪技术的黑体炉表面发射率校正方法，其特征在于，步骤s3中，利用波段为2-25um的傅里叶红外光谱仪测量黑体炉不同温度下的辐射特性曲线。

6.如权利要求1所述的基于傅里叶光谱仪技术的黑体炉表面发射率校正方法，其特征在于，步骤s4中，通过以下公式确定理想灰体的辐射特性曲线：

7.如权利要求6所述的基于傅里叶光谱仪技术的黑体炉表面发射率校正方法，其特征在于，利用最小二乘拟合计算所述傅里叶光谱仪探测系统的光路等效增益，以使得由傅里叶光谱仪测量的黑体炉辐射特性曲线eλ与理想灰体的辐射特性曲线egλ，在所述设定窄波段下的均方差mse最小，计算公式为：

8.如权利要求1所述的基于傅里叶光谱仪技术的黑体炉表面发射率校正方法，其特征在于，步骤s5进一步包括：

9.如权利要求8所述的基于傅里叶光谱仪技术的黑体炉表面发射率校正方法，其特征在于，步骤s51中，确定所述黑体炉对应的理想黑体的辐射特性曲线ebλ包括：

10.如权利要求8所述的基于傅里叶光谱仪技术的黑体炉表面发射率校正方法，其特征在于，步骤s52中，计算黑体炉在设定宽波段下的发射率ε包括：

技术总结
本申请属于材料测试技术领域，具体涉及一种基于傅里叶光谱仪技术的黑体炉表面发射率校正方法。该方法包括步骤S1、在设定窄波段下，利用非接触测温传感器获取黑体炉表面的亮度温度；步骤S2、根据所测亮度温度及黑体炉的真实温度计算黑体炉相应真实温度下的发射率；步骤S3、在设定宽波段下，利用傅里叶光谱仪测量黑体炉的辐射特性曲线；步骤S4、确定所述黑体炉对应的理想灰体的辐射特性曲线；步骤S5、确定所述黑体炉在设定宽波段下的发射率。本申请的面源黑体炉发射率校正方法测量准确，扩展波段宽，有较强的实际工程应用价值。

技术研发人员：周建军,牟宇飞,范博龙,闫建坤,肖汀,李利维,桂康,葛俊锋,叶林
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29