材料红外发射率之欧阳家百创编
【CN110017902A】高温目标材料红外发射率测量装置及方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910319040.5 (22)申请日 2019.04.19 (71)申请人 西安应用光学研究所 地址 710065 陕西省西安市雁塔区电子三 路西段九号 (72)发明人 解俊虎 王军 陈青 成娟 高蒙 高飞 高教波 (74)专利代理机构 西北工业大学专利中心 61204 代理人 陈星 (51)Int.Cl. G01J 5/00(2006.01) G01J 5/02(2006.01) G01J 5/52(2006.01) (54)发明名称高温目标材料红外发射率测量装置及方法(57)摘要本发明提出一种高温目标材料光谱发射率测量装置及方法，采用基于CVF光谱辐射计的能量比对法，完成对固体样品材料在50～800℃高温、光谱范围1.3～14μm内的光谱发射率的快速准确测量。该装置包含变温标准黑体辐射源系统、样品加热辐射系统、定位/定向系统、辐射测量系统。该方法通过测量标准漫反射板信号，减小了测量环境因素的影响，提高了测量结果的准确率；通过设计独特的石墨薄层加热辐射模块解决了样品辐射均匀性问题；通过控制定位/定向系统可以测量得到多夹角方向的光谱发射率。本发明各模块组件独立，易于拆卸移动，数据结果准确率高，可推广应用于航空航天、兵器等领域，为进一步开展固体材料红外辐射特性研究提供 基本条件保障。权利要求书2页 说明书4页 附图1页CN 110017902 A 2019.07.16 C N 110017902 A
1.一种高温目标材料光谱发射率测量装置，其特征在于：包括变温标准黑体辐射源系统、样品加热辐射系统、定位/定向系统、辐射测量系统； 所述变温标准黑体辐射源系统包括变温标准黑体和变温黑体温度控制器；所述样品加热辐射系统包括样品加热炉、样品槽、样品温度控制器和标准漫反射板，所述标准漫反射板能够放置在样品槽中；所述定位/定向系统包括平移台、旋转台、平移/旋转位置控制器；所述辐射测量系统包括CVF光谱辐射计和计算机分析处理系统； 变温标准黑体放置在平移台上；加热炉放置在旋转台上，旋转台安装在平移台上；样品槽固定在加热炉出口位置处；变温标准黑体和加热炉两者相距设定的固定距离，变温标准黑体的出口方向垂直于平移台移动方向；变温标准黑体出口中心和加热炉出口中心在同一水平线上； CVF光谱辐射计固定在变温标准黑体的出口方向上，与平移台距离不小于3米，且变温标准黑体出口中心、加热炉出口中心和CVF光谱辐射计测量窗口中心三者在同一高度上。 2.根据权利要求1所述一种高温目标材料光谱发射率测量装置，其特征在于：加热炉中的加热装置材料采用可耐高温石墨层，在加热装置材料的后面贴有硅酸铝保温材料，且保温材料紧密结合石墨层。 3.利用权利要求1所述装置实现高温目标材料光谱发射率测量的方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤1：移动平移台，使变温标准黑体出口中心和CVF光谱辐射计测量窗口中心的连线在变温标准黑体出口面的法线方向上，通过变温标准黑体温控器将变温标准黑体升温至待测温度点T并稳定；由CVF光谱辐射计测量变温标准黑体的红外辐射信号，起始波长λ1，截至波长λm ，测量次数n，由计算机分析处理系统得到一组辐射能量信号S b 1(λi ,T)、S b 2(λi ,T)、S b 3(λi ,T)，…，S b n(λi ,T)， 其中i＝1，2，…，m；步骤2：移动平移台，使样品加热炉处于步骤1中变温标准黑体位置；调整旋转台使加热炉出口中心和CVF光谱辐射计测量窗口中心的连线在样品槽法线方向上，将标准漫反射板放置在样品槽内；由CVF光谱辐射计测量标准漫反射板在环境温度下的红外辐射信号，起始波长λ1，截至波长λm ，测量次数n，由计算机分析处理系统得到一组辐射能量信号S R 1(λi )、S R 2(λi )、S R 3(λi )，…，S R n(λi )， 其中i＝1，2，…，m；步骤3：取下标准漫反射板，将测试样件放置在样品槽内；调整旋转台，使加热炉出口中心和CVF光谱辐射计测量窗口中心的连线与样品槽法线方向成夹角θ，通过样品温度控制器将加热炉升温至待测温度点T并稳定；由CVF光谱辐射计测量测试样件的红外辐射信号，起始波长λ1，截至波长λm ，测量次数n，由计算机分析处理系统得到一组辐射能量信号S θ1(λi ,T)、S θ2(λi ,T)、S θ3(λi ,T)，…，S θn(λi ,T)， 其中i＝1，2，……，m；步骤4：根据下列公式计算测试样件在θ角度方向上对应波长λi 下的红外发射率：S b (λi ,T)＝(S b 1(λi ,T)+S b 2(λi ,T)+......S b n(λi ,T))/n； S R (λi )＝(S R 1(λi )+S R 2(λi )+......S R n(λi ))/n； S θ(λi ,T)＝(S θ1(λi ,T)+S θ2(λi ,T)+......S θn(λi , T))/n； 权 利 要 求 书1/2页2CN 110017902 A
红外发射率2
七 仪器维护 .1透镜的保护 1.保持清洁、避免摔震、避免受潮、避免长时间放置高温处以保护透镜； 2.注意温度突变引起镜面会凝结水汽，切忌擦拭，应让水汽自行散去。 7.2 外壳的清洗 把软湿布拧干后擦试机壳，然后用干布擦试。清洁剂选用中性洗涤剂。不要用挥发性油、稀释剂等擦拭本机，这些溶剂可能使机壳变质或损坏其涂漆面。 附录1：辐射率系数表（辐射率系数仅供参考） 常见金属表面辐射率系数 材料 辐射率值 材料 辐射率值 非氧化 0.02-0.10 金 0.01-0.10 铝 氧化 0.20-0.40 抛光的 0.05-0.10 氧化 0.30 粗糙的 0.40 粗糙的 0.10-0.30 铅 氧化的 0.20-0.60 氧化铝 抛光的 0.01-0.05 镁 0.02-0.10 抛光的 0.03 汞 0.05-0.15 磨亮的 0.05-0.10 氧化 0.20-0.60 铜 氧化的 0.40-0.80 钼 非氧化 0.10 抛光的 0.01-0.05 镍铜合金 0.10-0.14 磨亮的 0.30 氧化的 0.20-0.50 黄铜 氧化的 0.50 镍 电解质的 0.05-0.15 铬 0.02-0.20 铂黑 0.90 氧化的 0.50-0.90 银 0.02 非氧化的 0.05-0.20 钨 抛光的 0.03-0.10 铁 生锈的 0.50-0.70 冷轧钢 0.70-0.90 氧化的 0.60-0.95 毛板 0.40-0.60 非氧化的 0.20 抛光板 0.10 铸铁 熔化的 0.20-0.30 氧化的 0.70-0.90 锻铁 无光泽的 0.90 钢 不锈钢 0.10-0.80 氧化的 0.70-0.95 氧化 0.05-0.20 磨沙的 0.30-0.60 钛 抛光 0.50-0.60 镍铬铁合金 电解抛光 0.15 氧化 0.10 锌 抛光 0.02 常见非金属表面辐射率系数 材料 辐射率值 材料 辐射率值 石棉 0.95 石子 0.95 沥青 0.95 石膏 0.80-0.95 玄武岩 0.70 冰 0.95 砖 红色 0.93 油漆 0.92-0.97 金刚砂 0.90 木料 自然的 0.90-0.95 粘土 0.95 橡胶 0.95 混泥土 0.95 涂料 无碱性 0.90-0.95 布 0.95 纸 0.95 玻璃 0.85 塑料 不透明 0.95 土壤 0.92-0.95 水 0.93
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。测量材料全波长发射率时，探测器需要选择使用无光谱选择性的温差电堆或热释电等器件；测量材料光谱发射率时，需要选择使用光子探测器并配备特定的单色滤光片。许进堂等人曾采用独立黑体方案设计了一套法向全波长发射率测量装置，精度可以达到3.7%。独立
低红外发射率半导体颜料的制备方法与应用现状
? 65 ? 低红外发射率半导体颜料的制备方法与应用现状 孙国亮 （中国卫星海上测控部，江苏 江阴 214431） 摘 要：论述了低红外发射率半导体颜料研究的必要性，介绍了低发射率半导体颜料的特性、研究进展与制备方法。建议低发射率半导体颜料的研究按以下方面进行：深入研究半导体的掺杂理论，探索半导体颜料掺杂含量对涂料红外性能的影响，不同半导体颜料的制备方法和工艺条件的选择研究，以及不同颜色体系的半导体颜料的合成等。 关键词：伪装涂料；半导体颜料；低红外发射率；掺杂 中图分类号：TQ628.1 文献标志码：A 文章编号：1004 – 227X (2010) 09 – 0065 – 03 Preparation methods and application status of semiconductor pigment with low infrared emissivity // SUN Guo-liang Abstract: The necessity of research on the semiconductor pigment with low infrared emissivity was discussed, and the characteristics, study progress and preparation methods of semiconductor pigment with low infrared emissivity were introduced. It is suggested that the investigation of the semiconductor pigment with low infrared emissivity should be carried out focusing on the following aspects: doping theory of semiconductor, influence of the doping content of semiconductor pigment on infrared performance, different preparation methods and selection of process conditions and synthesis of semiconductor pigments with various color systems, etc. Keywords: camouflage coating; semiconductor pigment; low infrared emissivity; doping Author’s address: China Satellite Maritime Tracking and Controlling Department, Jiangyin 214431, China 1 前言 随着红外探测技术的提高，红外伪装技术的发展越来越迅速，因此，在地面武器装备和舰船上有广泛应用的低发射率伪装涂料成为目前研究的难点。颜料是伪装涂料的主要组成部分，对伪装涂层红外发射率有较大影响。为了降低伪装涂层的红外发射率，制备 收稿日期：2010–06–01 作者简介：孙国亮（1985–），男，湖北荆州人，硕士，助理工程师，主要从事船舶维修及特种涂料研究。 作者联系方式：(E-mail) sunheinrich@https://www.sodocs.net/doc/0217963901.html, 。 和研究低发射率颜料具有重要意义[1-3]。颜料的选择应符合以下要求：在红外波段有较低的发射率或者较高的透射率，其红外吸收峰不能在大气窗口内；在近红外波段具有较低的吸收率；与雷达、可见光和近红外等波段的伪装相兼容。目前，伪装涂料主要使用的颜料有金属颜料、着色颜料和半导体颜料。金属颜料具有高反射性，有利于降低红外发射率，但增加了对雷达波、可见光和激光的反射，不利于激光、雷达和可见光伪装；大多数着色颜料不具备降低发射率的特性；半导体颜料则可通过掺杂控制其红外反射谱，从而改变发射率，并有良好的多波段隐身兼容基础，是一种很有发展前景的颜料[4]。本文就低发射率半导体颜料的制备方法、研究进展以及发展趋势等方面进行了探讨。 2 半导体颜料的特性 半导体按照其导电载流子产生的机理不同，可以分为本征半导体和杂质半导体[5]。半导体颜料大多是掺杂半导体材料。掺杂半导体颜料的红外性能及物理结构和形貌都会随着掺杂材料的种类和掺杂的浓度而改变。从本质上讲，掺杂引入了杂质能级，即杂质在晶体能带带隙中形成的能级导致了晶体能带的变化，进而改变了晶体的载流子浓度和电学性能。图1为典型半导体材料的吸收光谱[6]。 图1 典型半导体材料的吸收光谱 Figure 1 Absorption spectrum of typical semiconductor material 掺杂半导体除了电子吸收和晶格振动吸收这两种吸收机制外，还存在着自由载流子吸收机制。由于杂质离子的进入破坏了部分正常晶格的平移对称性，从而产生以杂质离子或缺陷为中心的局域振动模式。此
红外波段的发射率、透过率和反射率的关系
红外波段的发射率、透过率和反射率的关系 Emissivity in the Infrared Physics of Emissivity Infrared (thermal) energy, when incident upon matter, be it solid, liquid or gas, will exhibit the properties of absorption, reflection, and transmission to varying degrees. Absorption Absorption is the degree to which infrared energy is absorbed by a material. Materials such as plastic, ceramic, and textiles are good absorbers. Thermal energy absorbed by real-world objects is generally retransferred to their surroundings by conduction, convection, or radiation. Transmission Transmission is the degree to which thermal energy passes through a material. There are few materials that transmit energy efficiently in the infrared region between 7 and 14μm. Germanium is one of the few good transmitters of infrared energy and thus it is used frequently as lens material in thermal imaging systems. Reflection Reflection is the degree to which infrared energy reflects off a material. Polished metals such as aluminum, gold and nickel are very good reflectors. Conservation of energy implies that the amount of incident energy is equal to the sum of the absorbed, reflected, and transmitted energy. Incident Energy = Absorbed Energy + Transmitted Energy + Reflected Energy [1] Emitted Energy = Absorbed Energy
影响红外发射率大小的因素
影响红外发射率大小的因素 来源：vvoov 时间：2011-01-13 收藏 发射率定义为实际物体与同温度黑体辐射性能之比，引入一个随材料性质及表面状态变化的辐射系数，则就可把黑体的基本定律应用于实际物体。因为自然界中实际存在的任何物体对不同波长的入射辐射都有一定的反射，所以黑体只是人们抽象出来的一种理想化的物体模型。这个辐射系数，就是常说的发射率。东莞监控公司认为影响红外发射率大小的因素有以下几种： 不同材料性质的影响 任何实际物体表面都不是绝对光滑的，总会表现为不同的表面粗糙度。因此，这种不同的表面形态，将对反射率造成影响，从而影响发射率的数值。这种影响的大小同时取决于材料的种类。不同性质的材料因对辐射的吸收或反射性能各异，因此它们的发射性能也应不同。除了表面粗糙度以外，一些人为因素，如施加润滑油及其他沉积物，都会明显地影响物体的发射率。 非金属电介质材料 对于非金属电介质材料，发射率受表面粗糙度影响较小或无关。但对于金属材料而言，表面粗糙度将对发射率产生较大影响。如熟铁，当表面状况为毛面，温度为300K时，发射率为0.94；当表面状况为抛光，温度为310K时，发射率就仅为0.28。因此，我们在检测时，应该首先明确被测物体的发射率。在一般情况下，我们不了解发射率，那么只有用相间比较法来判别故障。 大气衰减的因素 大气对物体的辐射有吸收、散射、折射等物理过程，对物体的辐射强度会有衰减作用，我们称之为消光。对于电力设备，其大部分的温度较低，在这一温度区间内，根据红外基本定律可以推导出，设备发射的红外辐射信号，在远红外内所占的百分比最大，并且辐射对比度也最大。要注意的是：工作在大气窗口内，大气对红外辐射还是有消光作用。尤其，水蒸气对红外辐射的影响最大。 温度影响发射率 温度对不同性质物体的影响是不同的，很难做出定量的分析，只有在检测过程中注意。射辐射必然存在着吸收、反射，而当达到热平衡后，其吸收的辐射能必然转化为向外发射的辐射能。因此，当我们在一个变电站中，检测任意一个目标时，所检测出来的温度，必然还存在着附近其它物体的影响。 物体之间发射率传递的影响 物体对于给定的入射辐射必然存在着吸收、反射，当达到热平衡后，其吸收的辐射能必然转化为向外发射的辐射能。因此，当我们在一个变电站中，检测任意一个目标时，所检测出来的温度，必然还存在着附近其它物体的影响。
电致变发射率材料在红外隐身技术中的应用
电致变发射率材料在红外隐身技术中的应用 Prepared on 24 November 2020
电致变发射率材料在红外隐身技术中的应用 摘要 目标的红外辐射特性主要受温度和发射率影响，因而调节目标发射率已成为红外隐身技术的重要手段。电致变发射率器件具有发射率调节范围广、变发射率速率快、稳定性好等优点，在红外隐身技术领域具有巨大的应用潜力。本文介绍了电致变发射率器件的应用机理，重点综述了WO3、聚苯胺、聚噻吩及其衍生物三种电致变发射率材料的国内外研究进展，并总结了电致变发射率器件的实用化情况。 关键词电致变色可变发射率材料 WO3聚苯胺 Applications of Electrochromic-based Variable Emissivity Materials in Infrared Stealth Technology Infrared radiation characteristics of the target are mainly controlled by emissivity and temperature, emissivity modulation has been applied as a significant method in infrared stealth technology. Electrochromic-based variable emissivity devices have presented broad potential in infrared stealth technology field due to their numerous advantages such as large emissivity modulation range, fast switching rate, and superior stability. In this paper, the applied mechanism of electrochromic-based variable emissivity device has been introduced, and the research progress of electrochromic-based variable emissivity materials, especially tungsten oxide, polyanilines and polythiophenes have been reviewed in detail. In the last part, the practical development of these devices has been concluded. Keywords: Electrochromism; Variable Emissivity Materials; Tungsten oxide; Polyaniline 1引言