金屬表面發(fā)射率的偽布魯斯特角問題研究與應(yīng)用.pdf

1、偽布魯斯特角是指金屬表面P極化發(fā)射率出現(xiàn)極大值的角度，在該角度上的P極化輻射近似黑體輻射，據(jù)此測量金屬表面的亮度溫度可以準(zhǔn)確地反映表面真實(shí)溫度，解決了由于金屬表面粗糙和氧化等因素造成的亮度溫度失真的問題。因此，研究金屬偽布魯斯特角對(duì)準(zhǔn)確測量金屬表面溫度有重要意義。
　　本文以高溫金屬表面發(fā)射率為對(duì)象，在研究金屬多層粗糙表面?zhèn)尾剪斔固亟菢O化發(fā)射率計(jì)算模型基礎(chǔ)上，建立了實(shí)驗(yàn)室多角度極化發(fā)射率測量裝置用于檢驗(yàn)計(jì)算模型，提出了基于P極化偽

2、布魯斯特角的高溫金屬表面測溫方法，并設(shè)計(jì)和測試了點(diǎn)測和線測結(jié)合的溫度測量裝置。
　　論文的主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新如下:
　　(1)建立了一維高斯金屬粗糙表面的發(fā)射率模型。
　　確定了基于反射率求解發(fā)射率方法。在偏振的情況下，利用基爾霍夫近似求得收發(fā)分置散射系數(shù)，對(duì)該散射系數(shù)進(jìn)行積分求得表面發(fā)射率。采用高斯統(tǒng)計(jì)特性反演建立了金屬的一維粗糙表面，計(jì)算了金屬的極化發(fā)射率。計(jì)算結(jié)果指出，建立的高斯粗糙表面的統(tǒng)計(jì)特性參數(shù)對(duì)偽布魯斯特

3、角的角度無影響，但其均方高度及相關(guān)長度影響發(fā)射率的絕對(duì)值，為進(jìn)一步建立金屬多層粗糙表面發(fā)射率模型中的各層粗糙表面奠定理論基礎(chǔ)。
　　(2)提出了金屬多層粗糙表面?zhèn)尾剪斔固亟前l(fā)射率計(jì)算模型。
　　在建立金屬多層平面模型的基礎(chǔ)上，融合一維高斯粗糙表面，提出了金屬多層粗糙表面模型，并推導(dǎo)出金屬多層粗糙面的發(fā)射率計(jì)算公式，分析了發(fā)射率計(jì)算時(shí)影響偽布魯斯特角的主要因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果指出:偽布魯斯特角度與金屬本身特性有關(guān)，隨氧化層厚度增加，

4、偽布魯斯特角度逐漸減小且趨于穩(wěn)定;表面越粗糙，偽布魯斯特角度下的P極化發(fā)射率越大，且趨近于1。
　　(3)設(shè)計(jì)了金屬多角度極化發(fā)射率測量實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　為驗(yàn)證偽布魯斯特角發(fā)射率計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)了金屬多角度極化發(fā)射率測量平臺(tái)。以具有氧化層的粗糙表面的金屬為對(duì)象，通過偏振片獲取從0°到80°之間的輻射能量，與熱電偶的測溫結(jié)果相比較，計(jì)算出表面不同角度的極化發(fā)射率，發(fā)射率測量裝置的系統(tǒng)相對(duì)誤差小于2％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了偽布魯斯特角的P

5、極化發(fā)射率存在極大值，連同日本學(xué)者在類似條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一起比較，得到了偽布魯斯特角隨金屬表面氧化層增厚而逐漸減小的結(jié)論，與模型計(jì)算結(jié)果一致，證明了計(jì)算模型的可靠性。
　　(4)提出了基于P極化偽布魯斯特角的高溫金屬表面測溫方法，并據(jù)此設(shè)計(jì)了一套點(diǎn)測和線測結(jié)合的溫度測量裝置。
　　利用金屬表面在偽布魯斯特角方向上P極化發(fā)射率幾乎為1的特性，測量的亮度溫度等同于金屬表面的真實(shí)溫度，提出了基于P極化偽布魯斯特角的高溫金屬表面測溫

6、方法，有效地解決了高溫金屬表面由于氧化層等復(fù)雜因素帶來的發(fā)射率不準(zhǔn)，而導(dǎo)致測量溫度不準(zhǔn)確的問題。
　　設(shè)計(jì)的測溫裝置由點(diǎn)測和線測兩部分組成，其中點(diǎn)測部分由輻射高溫計(jì)和氣動(dòng)刷組成，安裝在金屬表面的正上方，用于測量金屬表面的垂直亮度溫度;線測部分由線陣CCD和靜電除塵裝置組成，安裝在金屬表面的側(cè)面，且可以調(diào)整測量角度，用于測量不同角度的亮度溫度。當(dāng)線陣測量溫度同點(diǎn)測溫度之差達(dá)到最大，此時(shí)線陣的測量角度即為偽布斯特角，測量的亮度溫度即是