半透明材料辐射特性参数测量方法研究(2)
材料发射率测量已经经历了吹冰七十年的发展过程，但是还存在一些难点。材料发射率不仅与材料化学成分有关，还与自身表面状态、温度等多种因素有关。由于影响发射率及其测量的因素很多，发射率测量的具体方法种类繁多，特点各异，没有一种测量方法能够占据主导地位，测量水平一直难以提高，没有国际（国家）的标准建立，缺乏国际之间的比对，缺乏权威数据库的建立。
对于半透明材料，其精确的发射率测量也是具有挑战的，要准确的测量半透明样品的辐射率是很难的。此外，该材料的孔隙度或杂质，表面粗糙度干扰了材料随着温度变化的透光率和反射率的测量。
半透明材料被广泛应用于图像和温度测量，传热保护，能源、空间、医疗设备、军事和信息技术应用的安全性。例如它们被应用在研究单晶生长的陶瓷坩埚，天然气/喷气涡轮叶片作为热屏障的陶瓷涂层，极端或危险的环境下的热成像观察，如炉、爆炸、熔炼工艺、高压电设备。然而由于它们的半透明度，半透明材料在高温下的红外光学特性测量是非常困难且具有挑战的。当一个半透明材料被加热时，检测到的辐射信号包括目标和半透明材料的信号。这种情况会导致目标样本不正确的温度测量和图像质量下降的结果，这会误导安全行动，在上述高温行业，这是尤其关键的问题。
1.3 研究内容
在上述研究结果的基础上，重点研究以下内容：
（1） 通过分析比较半透明材料辐射特性参数测量的传统方法，引出新方法“双基片法”
（2） 对新方法进行理论分析推导，在考虑多次反射和不考虑多次反射两种情况下，分析可行性
（3） 通过实验，进行高温条件下的半透明材料光谱发射率测量，验证新方法的准确度
2 半透明材料辐射特性参数测量
2.1 双基片法
虽然测量半透明材料的方法已有许多种，但是它们还有各自暂时无法克服的缺点。因此，需要一种克服前面所提及的不足的新方法来测量半透明材料的红外光学特性。若半透明材料直接加热，测得的辐射除了材料本身的辐射，还包含加热体、仪器和环境等的辐射，无法得到材料的辐射。基于基板加热法（图2.3），加热体加热基板，通过热传导传递热量给半透明材料样品，测得的辐射包括样品辐射及其被基板反射的辐射、基板透过样品的辐射、背景辐射和反射的环境辐射，经过推导计算，可得到基板辐射特性参数与样品辐射特性参数的关系（ ），基板是不透明材料，其辐射特性参数可以直接测得，此时样品的辐射特性参数仍无法得出。在本研究中，我们使用一种新的方法“双基片法”，再用另一块基板，在相同的条件下进行测量，得到新的关系式，根据基尔霍夫定律（ ），就可得到半透明材料样品的辐射特性参数。
图2.1 基板加热法
2.2 “双基片法”理论分析
首先，对该方法进行理论推导，考虑到样品与基板之间存在空隙，辐射在样品和基板的界面处会发生反射，我们分析以下几种情况：
2.2.1 不考虑多次反射
如图2.1总信号： （2.1）
为样品信号， 为基板信号， 和 分别是样品的透射率和基板的反射率，假设线性响应
（2.2）