基于多重反射法面源黑体标定方法与测试
作者单位：东北林业大学
学位级别：硕士
导师姓名：邢键
授予年度：2023年
主 题：面源黑体 多重反射法 Monte-Carlo法 微腔结构
摘 要：近些年来,红外技术发展迅速,红外探测技术也被广泛应用在生活的各个领域当中,随之而来的是对红外技术更快速、更准确的更高要求。要想提高红外探测设备的精确度,对红外设备进行准确的辐射标定是至关重要的,黑体就在这个过程中发挥了重要作用。黑体辐射源主要分为传统腔式黑体和面黑体辐射源(后文简称为面源黑体),后者相对于前者更适合作为红外辐射标定设备,但使用Monte-Carlo法对面源黑体进行标定具有诸多缺陷。本课题依托国家自然科学基金资助(No.61975028),旨在将多重反射法应用到计算面源黑体发射率的过程当中,从理论和实验两个方面对基于多重反射法的面源黑体发射率计算方法进行研究。为解决上述问题进行了初步探索。首先,从平面仿真入手,使用MATLAB根据多重反射法模拟在平面模型当中的光线追迹过程,该方法可以准确计算出该平面模型的发射率,追迹路径准确,也大幅提高运算效率。其次,从平面仿真延伸到对立体微腔结构的仿真,对四种不同微腔结构(V型槽、矩形槽、U型槽和梯形槽)的面源黑体在相同情况下进行仿真计算,根据计算出的发射率较高选出V型槽作为面源黑体的微腔结构。再在相同的V型槽面源黑体模型当中,分别使用多重反射法和Monte-Carlo法计算发射率并进行对比。结果表明,使用两种方法计算出的结果基本一致,实现了两种算法的互相印证,但是使用多重反射法大大提高了面源黑体模型发射率的计算效率。为了验证基于多重反射法的面源黑体发射率计算方法的有效性与准确性,首先通过仿真计算出面源黑体的理论发射率。其次基于Ocean Optics的近红外光线光谱仪,搭建了测量面源黑体表面发射率实验装置,将同温度下的面源黑体与标准空腔黑体的光谱分别呈现,通过计算机进行对比即可得到面源黑体的实际发射率。最后将理论发射率与实际发射率进行对比,结果表明,使用基于多重反射法的面源黑体发射率的计算方法得出的理论发射率与实际发射率基本一致,进而证明了多重反射法的可靠性。在黑体的硬件研制之前,必须要有完善的性能评价的理论与方法。本文提出了一种基于多重反射法用于计算面源黑体发射率的方法。在相同微型空腔模型条件下,多重反射法计算的发射率与Monte-Carlo法计算结果相近,但使用多重反射法效率大幅提高,也实现了两种算法的互相印证。通过实际研制的面源黑体发射率测量实验,测得实际发射率为0.9939,与理论发射率结果相当,进一步证明了该方法的可行性。这种高效的面源黑体发射率计算方法,为更高发射率的面源黑体发射率微型空腔结构设计提供了理论依据,为面源黑体发射率的计算过程提供了一种新方法。
同方学位论文库