黑体发射率知识
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名词解释、填空1.海面亮温:低于实际物体的温度指物体的辐射功率等于某一黑体的辐射功率时,该黑体的绝对温度即为亮度温度。
2.发射率:观测物体的辐射能量与同观测物体具有相同热力学温度的黑体的辐射能量之比根据发射率,=1黑体,0~1灰体3.大气气溶胶:悬浮在空气中的来自地球外表的小的液体或固体颗粒。
气溶胶类型:海洋型、陆地型、火山爆发自然〔陆地海洋火山〕;人为〔汽车尾气、污染物〕4.瑞利散射:当微粒的直径比辐射波长小得多时,此时的散射称为瑞利散射。
散射率与波长的四次方成反比,因此,瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。
对可见光的影响较大。
米散射:当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射。
气溶胶引起的,对波长依赖性很小无选择散射:云,所有光都被散射回来5.大气层结构简答,根据温度分布,垂向划分:对流层、平流层、中间层、热成层、外大气层1)对流层:有各种天气现象,强烈对流/温湿分布不均匀/航空活动区,对遥感最重要2)平流层/同温层:天气现象少/空气稳定/水汽、沙尘少,温度随高度增加而增加3)中间层:温度随高度增加而减少,对遥感的辐射传递几乎没影响4)热成层:温度随高度增加而增加,高度电离状态,短波电磁波被电离层折返回地面6.一类水体:浮游植物及其共变的碎屑主导海水光谱特性;二类水体:除浮游植物外的其他物质在海水光谱特性中起主导作用海洋初级生产力:把无机碳变成有机碳的单位时间的速率,和叶绿素浓度、光照、光照时间、光穿透距离有关7.遥感反射比〔可见光、海色遥感〕:公式、向上辐亮度和向下辐照度之比,Rw和Ed之比归一化离水辐亮度:假设太阳在正上,把大气分子散射衰减消除的离水辐亮度8.黄色物质:有色可溶有机物,陆源〔植被,棕黄酸〕,海洋〔动物死亡分解〕9.生物光学算法:通过离水辐亮度去推导海水中的各主分浓度的算法。
由海水上面的离水辐亮度推导叶绿素浓度、泥沙浓度、k490衰减系数、透明度等。
10.大气校正:由传感器接收到的辐亮度计算出离水辐亮度的过程Lt是卫星接收的总辐射;第一项是离水辐亮度,接下来三项是大气路径辐射,分别是气溶胶的,分子的,两者都有的,Lwc是白冒,Lsr是太阳耀斑。
基尔霍夫热辐射定律基尔霍夫热辐射定律(Kirchhoff热辐射定律),德国物理学家于提出的定律,它用于描述物体的与之间的关系。
简介一般研究辐射时采用的模型由于其吸收比等于1(α=1),而实际物体的吸收比则小于1(1>α>0)。
基尔霍夫热辐射定律则给出了实际物体的与之间的关系。
M为实际物体的辐射出射度,M b为相同温度下黑体的辐射出射度。
而发射率ε的定义即为所以有ε=α。
所以,在热平衡条件下,物体对热辐射的吸收比恒等于同温度下的发射率。
而对于漫灰体,无论是否处在热平衡下,物体对热辐射的吸收比都恒等于同温度下的发射率。
不同层次的表达式对于定向的,其基尔霍夫热辐射定律表达式为对于半球空间的光谱,其基尔霍夫热辐射定律表达式为对于全波段的半球空间,其基尔霍夫热辐射定律表达式为θ为纬度角,φ为经度角,λ为光谱的波长,T为温度。
参考文献杨世铭,陶文铨。
《传热学》。
北京:高等教育出版社,2006年:356-379。
王以铭。
《量和单位规范用法辞典》。
上海:上海辞书出版社普朗克黑体辐射定律普朗克定律描述的黑体辐射在不同温度下的频谱中,普朗克黑体辐射定律(也简称作普朗克定律或黑体辐射定律)(英文:Planck's law, Blackbody radiation law)是用于描述在任意T下,从一个中发射的的与电磁辐射的的关系公式。
这里辐射率是频率的函数:这个函数在hv=时达到峰值。
如果写成的函数,在单位内的辐射率为注意这两个函数具有不同的单位:第一个函数是描述单位频率间隔内的辐射率,而第二个则是单位波长间隔内的辐射率。
因而和并不等价。
它们之间存在有如下关系:通过单位频率间隔和单位波长间隔之间的关系,这两个函数可以相互转换:电磁波和的关系为普朗克定律有时写做频谱的形式:这是指单位频率在单位内的能量,单位是焦耳/(立方米·赫兹)。
对全频域积分可得到与频率无关的能量密度。
一个黑体的辐射场可以被看作是,此时的能量密度可由气体的参数决定。
基尔霍夫热辐射定律基尔霍夫热辐射定律(Kirchhoff热辐射定律),德国物理学家古斯塔夫·基尔霍夫于1859年提出的传热学定律,它用于描述物体的发射率与吸收比之间的关系。
简介一般研究辐射时采用的黑体模型由于其吸收比等于1(α=1),而实际物体的吸收比则小于1(1>α>0)。
基尔霍夫热辐射定律则给出了实际物体的辐射出射度与吸收比之间的关系。
•M为实际物体的辐射出射度,M b为相同温度下黑体的辐射出射度。
而发射率ε的定义即为所以有ε=α。
所以,在热平衡条件下,物体对热辐射的吸收比恒等于同温度下的发射率。
而对于漫灰体,无论是否处在热平衡下,物体对热辐射的吸收比都恒等于同温度下的发射率。
不同层次的表达式对于定向的光谱,其基尔霍夫热辐射定律表达式为对于半球空间的光谱,其基尔霍夫热辐射定律表达式为对于全波段的半球空间,其基尔霍夫热辐射定律表达式为•θ为纬度角,φ为经度角,λ为光谱的波长,T为温度。
参考文献•杨世铭,陶文铨。
《传热学》。
北京:高等教育出版社,2006年:356-379。
•王以铭。
《量和单位规范用法辞典》。
上海:上海辞书出版社普朗克黑体辐射定律普朗克定律描述的黑体辐射在不同温度下的频谱物理学中,普朗克黑体辐射定律(也简称作普朗克定律或黑体辐射定律)(英文:Planck's law, Blackbody radiation law)是用于描述在任意温度T下,从一个黑体中发射的电磁辐射的辐射率与电磁辐射的频率的关系公式。
这里辐射率是频率的函数[1]:这个函数在hv=2.82kT时达到峰值[2]。
如果写成波长的函数,在单位立体角内的辐射率为[3]注意这两个函数具有不同的单位:第一个函数是描述单位频率间隔内的辐射率,而第二个则是单位波长间隔内的辐射率。
因而和并不等价。
它们之间存在有如下关系:通过单位频率间隔和单位波长间隔之间的关系,这两个函数可以相互转换:电磁波波长和频率的关系为[4]普朗克定律有时写做能量密度频谱的形式[5]:这是指单位频率在单位体积内的能量,单位是焦耳/(立方米·赫兹)。
任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。
辐射出去的电磁波在各个波段是不同的,也就是具有一定的谱分布。
这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关,因而被称之为热辐射。
为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律,物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body),以此作为热辐射研究的标准物体。
所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收,既没有反射,也没有透射( 当然黑体仍然要向外辐射)。
显然自然界不存在真正的黑体,但许多地物是较好的黑体近似( 在某些波段上)。
基尔霍夫辐射定律(Kirchhoff),在热平衡状态的物体所辐射的能量与吸收的能量之比与物体本身物性无关,只与波长和温度有关。
按照基尔霍夫辐射定律,在一定温度下,黑体必然是辐射本领最大的物体,可叫作完全辐射体。
普朗克辐射定律(Planck)则给出了黑体辐射的具体谱分布,在一定温度下,单位面积的黑体在单位时间、单位立体角内和单位波长间隔内辐射出的能量为B(λ,T)=2hc2 /λ5 ·1/exp(hc/λRT)-1B(λ,T)—黑体的光谱辐射亮度(W,m-2 ,Sr-1 ,μm-1 )λ—辐射波长(μm)T—黑体绝对温度(K、T=t+273k)C—光速(2.998×108 m·s-1 )h—普朗克常数,6.626×10-34 J·SK—波尔兹曼常数(Bolfzmann),1.380×10-23 J·K-1 基本物理常数由图2.2可以看出:①在一定温度下,黑体的谱辐射亮度存在一个极值,这个极值的位置与温度有关,这就是维恩位移定律(Wien)λm T=2.898×103 (μm·K)λm —最大黑体谱辐射亮度处的波长(μm)T—黑体的绝对温度(K)根据维恩定律,我们可以估算,当T~6000K时,λm ~0.48μm(绿色)。
这就是太阳辐射中大致的最大谱辐射亮度处。
MAB黑体校准源MAB黑体的发射面的高发射率是通过温度受控的金属板,与其涂覆的高吸收性涂料薄层来实现。
这种黑体的发射率在波长约0.1mm处开始下降,并且在波长超过约1mm变得非常低,所以典型的面源黑体不能用于模拟太赫兹带(0.1mm至1mm)和亚太赫兹带(1mm至10mm的波长)的黑体目标温度。
在典型的红外黑体中使用的高辐射率涂层对于太赫兹光学辐射而言变得部分半透明,特别是在长波处大约0.5mm。
发射体涂层吸收率要在太赫兹/短波频谱带中很高以确保高发射率;太赫兹/微波成像仪的低分辨率,所以需要大面积的黑体源;(3)要很高的温度均匀性、温度稳定性和温度精度,以便能够对太赫兹/短微波传感器进行精确校准。
但此黑体由Inframet研究团队进行了多年的实验研究得出。
这些黑体的设计基于针对THz 范围优化的特殊浇注材料吸收体涂层,大面积均匀发射面板和超精密控制电子元件。
MAB黑体的特点•广泛的频谱范围:涵盖了太赫兹和亚太赫兹波段•大面积高达1000mmx1000mm•太赫兹/亚太赫兹波段的高发射率•大面积辐射面上具有良好的热均匀性•极好的温度分辨率1mK和温度稳定性10mK•高速,易于计算机控制•经凑可靠的设计(黑体单元与控制器集成)MAB黑体扩展范围MAB黑体有一系列的版本。
有三个核心参数指标:黑体发射面的大小、光谱带和温度范围。
发射面尺寸由黑体代码表示:MAB-XD其中X是发射器的平方近似尺寸,单位为英寸。
MAB黑体型号:MAB-6D、MAB-12D、MAB-16D、MAB-20D、MAB-24、MAB- 50(可提供大至1000×1000mm的发射面)MAB黑体可针对不同的光谱范围进行优化:A-从0.1mm到1mm(0.3-3THz);B-从0.5mm到4mm(75GHz-1.5THz);C-从2 mm到10 mm(30GHz-150GHz);D-从0.5mm到10mm(30GHz-1.5THz)E-从0.5mm到30mm(10GHz-1.5THz)。
1国内统一刊号CN31-1424/TB2019/6 总第277期0 引言根据辐射测温原理,辐射温度计大致分三类:测量亮度温度的亮度温度计、测量辐射温度的全辐射温度计以及测量颜色温度的比色温度计(双波长或多波长温度计)。
其检定/校准过程中,黑体辐射源作为比较装置,被检辐射温度计通过以下三种传递方式来获取测量结果:1)黑体辐射源配参考接触式温度计。
2)黑体辐射源配参考辐射温度计。
3)黑体辐射源作为标准辐射源直接传递。
比色温度计在以上三种传递过程中,由于黑体辐射源发射率偏离1带来误差,特别在不能确定黑体辐射源发射率的情况下,其带来的误差更大。
1 辐射原理以物体的热辐射测量为基础,利用传感器(探测器)将物体辐射能量转换成随温度变化而变化的光电信号,并由配套仪器将此信号按温度单位显示,测得物体亮度温度、颜色温度、辐射温度。
1.1 亮度温度当实际物体(非黑体)在某一波长下的单色辐射亮度同黑体在同一波长下的单色辐射亮度相等时,则该黑体的温度称为实际物体的亮度温度。
此定义的数学表达式为ελT L λT = L λT (1)式中:ελT —— 实际物体在温度T 、波长λ时的光谱发射率;用维恩近似公式代入式(1)黑体辐射源发射率偏离1亮度温度溯源到比色温度的影响龚宝妹 郑伟 朱欣赟 邹冰妍 / 上海市计量测试技术研究院摘 要 介绍了辐射原理,对三种常用的传递方式进行分析,最终结果是用接触式温度计作为标准器,受黑体辐射源发射率偏离1影响最小,得到的检定/校准结果更准确。
关键词 计量学;黑体辐射源;发射率;溯源;亮度温度;比色温度(2) T —— 实际物体的真实温度,K; T s —— 亮度温度,K 1.2 颜色温度当黑体与实际物体(非黑体)光谱区域内的两个波长下的单色辐射亮度之比相等,则该黑体的温度称为实际的颜色亮度温度。
此定义的数学表达式为(3)式中:T —— 实际物体的真实温度,K; T c —— 颜色温度,K1.3 亮度温度与颜色温度的关系在实际的温度测量中,常常需要得出物体的亮度温度与颜色温度之间的关系。
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热像仪原理_发射率v1.0
瑞泰凯博测试仪器网文章来源:本站原创更新时间:2009-10-9 14:22:14
发射率是影响红外温度检测精度的重要参数之一,因各目标表面性质不尽相同,故发射率会有很大差别;若不能准确设置发射率,则会造成测量误差,本章讲述的是如何修正发射率,满足客户精确测量的需求。
什么是发射率?
发射率是指物体表面辐射出的能量与相同温度的黑体辐射能量的比率。
(黑体是一种理想化的辐射体,可辐射出所有的能量,其表面的发射率为1.00)
各种物质的发射率是由物体的本身材质所决定,相同的温度下,物质不同,向外辐射的能量也会不同。
例如下图,电工绝缘胶带贴在不锈钢杯的表面,将红外热像仪的发射率设为胶带的发射率(0.93),同时使用接触式热电偶测量温度,可以看到绝缘胶带处温度与接触式测温一致,而不锈钢杯表面与胶带的发射率不同,故温度显示有较大差别。
影响发射率的因素有哪些?
我们将检测的目标分为非金属和金属材料两大部分,大多数非金属材料(如塑料、油漆、皮革、纸张等)发射率可设置为0.95,相同材质、不同颜色的目标其发射率非常接近,误差通常不超过测量精度范围;部分表面光亮的非金属材料发射率较低(如瓷砖、玻璃等),这些材料需要参考后页内容进行发射率确认。
金属材料的发射率会受到下列因素的影响:
材料不同材料的发射率不同,如铜的发射率一般来说比铝高。
表面光洁度通常表面粗糙的材料发射率比光洁表面高。
表面颜色以黑色为代表的深色系表面发射率比浅色系高。
表面形状表面有凹陷、夹角或不平整规则的部位比平整的部位发射率高,如通常我们在检测模具加热时会发现温度有偏高的部位,但实际上该模具温度是均匀的,偏高的位置往往是表面不规则的部分。
发射率确定方法–查表法
查阅发射率表确定相应材料的发射率。
查阅方法
1 /evtmanuals/flexcam_umchi0100.pdf,查看附录C 发射率值;
2 进入SmartView软件→帮助→内容→目录→双击”测得准确的温度”→发射率表;
3 查询Ti40,Ti45,Ti50,Ti55光盘内产品手册附录C 发射率值。
注意事项
此方法仅供参考,帮助大致判断该材料发射率的可能范围,但不建议在需要精确测温的场合下使用。
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热像仪原理_发射率v1.0
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发射率确定方法–绝缘胶带法
将一块绝缘胶带(已知发射率)贴于被测物体表面,通过调整红外热像仪发射率,使被测材料表面的温度与贴有绝
缘胶带表面温度相同或接近,此时的发射率即为被测材料物体正确的发射率。
操作方法贴绝缘胶布(建议使用3M电气绝缘胶带,牌号1712,黑色),发射率:0.93
适用场合此种方法适用于被测目标相对比较大,温度较低(小于80℃),要求测试后不改变原目标表面状况的
场合,例如各种散热模块,光洁芯片(较大)表面,金属表面等。
注意事项应尽量使胶带与被测目标的表面接触紧密,没有气泡或褶皱等现象,需要预留5分钟以上时间,使被
测目标表面与胶带充分达到热平衡状态。
发射率确定方法–喷漆法
将漆(已知发射率)均匀的喷涂在被测物体表面,然后通过调整红外热像仪发射率,直到没
有喷漆的表面温度与喷漆表面温度相同或接近,此时的发射率即为目标物体正确的发射率。
操作方法喷涂的丙烯酸树脂(建议使用保赐利自动喷漆,黑色),发射率: 0.97。
适用场合此种方法可以适用于温度较高目标,也可以适用目标尺寸较小的,但可以接受被测物体表面状况被改
变的场合,例如设备维护场合下的管道、阀门等静设备;制造业中,较小的芯片表面、管脚、不规则
的散热片、电容器顶端、LED芯片(表面镀银)。
注意事项应尽量使喷漆面均匀,而且薄(但要覆盖住被测目标表面),同时要给客户说明,喷涂后的目标可能
无法擦拭干净;建议使用者喷涂3分钟后,再进行测试。
发射率确定方法–涂抹法
用水性白板笔(已知发射率)均匀的涂抹在被测物体表面,然后通过调整红外热像仪
发射率,直到没有涂抹的表面温度与涂抹表面温度相同或接近,此时的发射率即为目标物体正确的发射率。
操作方法涂抹水性白板笔(建议使用晨光水性白板笔,牌号MG - 2160 ,黑色),发射率:0.95。
适用场合此方法可以适用于不允许改变物体表面状态(涂抹后可擦去),同时形状不适合进行胶带粘贴的目标
,涂抹法可针对较小的目标进行,但目标表面温度不宜超过100℃。
注意事项白板笔不能是油性笔,否则干后很难擦去。
应尽量使涂抹面均匀,建议使用者涂抹3分钟后,待目标表面热平衡后再进行测试。
发射率确定方法–接触温度计法
用接触式温度计,如热电偶、热电阻等直接测量物体表面温度,然后通过调整红外热像仪发射率,直到热像仪所测
得的表面温度与接触式接触式温度计测得的表面温度相同或接近,此时的发射率即为目标物体正确的发射率。
操作方法建议使用Fluke接触式测温仪器。
(如17B,右侧图片红圈处)
适用场合测量方便,但需注意现场是否允许进行表面接触测温。
(特别是带电、运动等现场)
注意事项应使热电偶与被测目标表面接触良好,并要求测试的数据必须是温度稳定后的数据。
使用Ti10时发射率问题的解决方案(Fluke其他型号热像仪支持本机修改发射率)
Ti10在仪器上无法更改发射率,针对这种情况,解决方案如下:
软件法任意一台Fluke红外热像仪(包括Ti10)拍摄的红外热图(非BMP格式)都可以在软件上进行发射率修
正,修正范围可以任意选择,软件提供了多点/区域发射率修正的功能。
对于目标材料状况比较复杂的
现场,建议发射率设置为0.95时进行热图拍摄,在软件上进行不同目标材料的
发射率修正。
对比法以正常运行的相同设备进行参照对比,因目标状态相同,可以使用对比方法进行检测;为确保不受环
境温度变化的影响,建议在同一空间内进行对比,对比时请注意该设备是否处于正常负载,若不是则
可能对参照结果带来误差。
例如三相输入接线排,材质为铜,建议在正常负载下三相最高温差不超过10℃。
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