太空為真空黑冷的環(huán)境,空間飛行器與太空環(huán)境的熱量交換主要是通過熱輻射的方式進行。為了使空間飛行器在太空中能正常運行,通常在其表面涂覆熱控材料來調(diào)節(jié)航天器表面的熱平衡。通過測量熱控材料的兩個主要熱物性:太陽吸收比α和發(fā)射率ε來表征材料的熱控制能力。在深空環(huán)境中,由于沒有太陽輻射,材料的發(fā)射率對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的熱輻射特性起著決定性的作用。由維恩定理計算得,處于50 K黑體熱輻射電磁波主要在遠紅外波段。通常發(fā)射率的定義為樣品輻射信號和同溫度下黑體輻射信號的比值。要得到材料準(zhǔn)確度高的低溫發(fā)射率,需要測得高質(zhì)量的輻射信號。本課題研究的低溫遠紅外輻射測量裝置主要由低溫真空樣品室、控溫系統(tǒng)、雙調(diào)制系統(tǒng)和輻射能測量系統(tǒng)組成。低溫真空樣品室的可控溫度范圍是5~300K,在設(shè)定溫度偏差小于0.2 K。整個光路系統(tǒng)保持優(yōu)于1 mbar的真空度,去除光路中水汽及二氧化碳的影響。研究采用液氮制冷的碲鎘汞探測器來接收中紅外輻射信號,NEP為.12×10~(-13)W?Hz~(1/2)的高靈敏度液氦制冷Bolometer來接收遠紅外輻射信號,實現(xiàn)對微弱低溫輻射信號的測試。采用雙調(diào)制技術(shù)即斬波器的機械調(diào)制和step-scan模式下傅里葉變換紅外光譜儀干涉調(diào)制,對輻射信號進行處理來有效提取樣品輻射信號,消除背景輻射信號的干擾。利用計算機軟件將傅里葉變換紅外光譜儀的電路控制板測得的干涉圖轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛涔庾V。利用溫度補償算法計算材料在中遠紅外波段的發(fā)射率,并對發(fā)射率的不確定度進行研究。通過對普通模式和使用雙調(diào)制技術(shù)測得不同發(fā)射率材料的輻射光譜研究,證明雙調(diào)制技術(shù)能有效消除室溫背景輻射的干擾,獲得材料中遠紅外輻射光譜。通過研究發(fā)現(xiàn)引起發(fā)射率測量不確定度的因素主要是樣品溫度及其溫度穩(wěn)定性,黑體溫度及其溫度穩(wěn)定性,黑體發(fā)射率和樣品臺的溫度不均勻性。利用雙調(diào)制技術(shù)得到材料低溫中遠紅外波段發(fā)射率的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度低于3.302%。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V25;V520.6
【部分圖文】：

克定律克定律是由馬克斯·普朗克于 1900 年建立，并于 1901 年發(fā)黑體輻射強度與黑體溫度和電磁波波長的關(guān)系。11(,)5/12 =BBcTecLTλλλ是溫度為 T 的黑體在波長 λ 的輻射強度，1c =3 .7419×1常量，c =×W K 221.438810為第二輻射常量。根據(jù)普朗克173 K、213 K、298 K 和 323 K 的黑體在 3～50 μm 波長范圍得到圖 1.1。由圖 1.1 知，在同一波長 λ 處，黑體輻射強度隨加；黑體輻射強度峰值對應(yīng)的波長隨著溫度的升高逐漸向短不變的情況下，黑體輻射強度隨著波長的增加呈現(xiàn)先增加

了長足的發(fā)展[11]。基于不同的需求和測試原理，發(fā)展主要分為量熱法、反射法、能量法和多波長法[10, 12-過將被測樣品與其周圍相關(guān)部件組成一個熱交換系有關(guān)樣品發(fā)射率的傳熱方程，來得到樣品發(fā)射率[15]。又可分為穩(wěn)態(tài)法及瞬態(tài)法。 Warren Tolson[1]等基于在溫度穩(wěn)定時，熱交換系統(tǒng)定律建立方程式，結(jié)合傳熱方程中熱交換系統(tǒng)的已知該方法能給出全波長半球發(fā)射率，測量準(zhǔn)確度高，但測量光譜全發(fā)射率或定向發(fā)射率。()44heater()samplesampleLHeShroudparasiticinATTQQ +=σε

低溫下遠紅外輻射信號測試技術(shù)研究）瞬態(tài)法 瞬態(tài)量熱法是采用激光等使樣品的溫度升高，通過已知試光或其他加熱裝置的加熱功率，結(jié)合輔助設(shè)備得到樣品的發(fā)射率。學(xué)的范毅[16]利用脈沖加熱技術(shù)與積分球反射計結(jié)合來測量光譜全發(fā)射率。該方法測量精度較高，但只能用于測量導(dǎo)體材料的熱物性
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2 楊春暉,張建;新型中、遠紅外波段非線性光學(xué)晶體磷化鍺鋅[J];人工晶體學(xué)報;2004年02期

3 陳前榮;楊本永;王國玉;陳永光;張黎明;馮亮;吳軍輝;李華;;消雜光反射涂料遠紅外波段反射率測試及誤差分析[J];激光與紅外;2007年02期

4 胡以華;黃寶錕;顧有林;趙義正;;生物顆粒遠紅外波段平均消光效率因子模型構(gòu)建[J];紅外與激光工程;2018年10期

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12 沈?qū)W礎(chǔ);;傅里葉變換光譜學(xué)方法——基本原理、近期進展及其應(yīng)用[J];光學(xué)機械;1985年03期

13 代如成;王中平;張增明;孫臘珍;;單銀基低輻射玻璃的光熱性能[J];物理實驗;2014年09期

14 潘君驊;;高科技時代的光學(xué)需求[J];江蘇科技信息;2005年02期

15 李玉波,路遠,凌永順;衛(wèi)星光學(xué)特征及其隱身初探[J];光電子技術(shù)與信息;2004年04期

16 胡寶琪;遠紅外線的治療應(yīng)用[J];西北國防醫(yī)學(xué)雜志;1981年02期

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18 吳曉迪;楊明;呂相銀;楊華;;涂層參數(shù)對衛(wèi)星動態(tài)輻射特性影響分析[J];紅外技術(shù);2009年12期

19 張宣茂;;高效節(jié)電發(fā)熱器簡介[J];機械開發(fā);1993年03期

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1 馬佳玉;低溫下遠紅外輻射信號測試技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所);2019年

本文編號：2894747