基于光栅单色仪的光谱发射率测量装置

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1、单位代码10476学号1202180109分类号0432.1ifJt%硕士学位论文基于光栅单色仪的光谱发射率测量装置学科、专业：光学工程研究方向：光电仪器申请学位类别：工学硕士申请人：张凯华指导教师.•刘玉芳教授二〇一五年五月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写的研宄成果，也不包含为获得河南师范大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研

2、究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名:曰期：〜4关于论文使用授权的说明本人完全了解河南师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河南师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）导师签名:日期：wS、1ASPECTRALEMISSIVITYMEASUREMENTAPPARATUS

3、BASEDONTHEGRATINGMONOCHROMATORADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanNormalUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringByZhangKaihuaSupervisor:ProfessorLiuYufangMay,2015摘要本文基于光栅单色仪研制了一套可以准确测量材料光谱发射率的实验装置，并

4、对常见的两种金属材料铝和铜的光谱发射率进行了系统的研究。文章第一章介绍了本文的研究背景与意义，阐述了材料发射率的在诸多领域的重要应用，总结了发射率的测量方法，并对几种测量方法进行比较，最后对发射率测量现状及存在的问题进行了探讨。第二章简要介绍了和发射率相关的基本热辐射理论，发射率定义的几种常见分类，并给出了每种发射率定义的数学表达式。第三章介绍了自主研制的材料光谱发射率装置的主要组成部分：样品加热及温度控制装置、标准黑体炉、光栅单色仪、锁相放大器和斩波器、离轴抛物面反射镜及电动旋转台，并对每部分

5、都进行了详细介绍。该发射率测量装置可以实现材料光谱发射率在温度范围373-1073K，波长范围0.8-2.2μm内的精确测量。温度和波长范围也可以通过更换加热装置、光栅和探测器进行拓展。此外，本章还对光谱发射率实验装置的测量原理进行了分析，探讨了影响光谱发射率测量的诸多因素，给出了本实验装置的具体测量公式。第四章介绍了纯铝及铝合金的光谱发射率研究结果。利用研制的光谱发射率测量仪器对纯铝及铝合金在温度范围373-873K，波长范围0.8-2.2μm内的光谱发射率进行了系统研究。结果表明：纯铝在未被

6、氧化情况下（氩气保护），其光谱发射率随着测量波长的增加而变小，随着温度的升高而变大；氧化会增大纯铝的光谱发射率，样品表面氧化膜厚度直接影响其发射率数值大小，样品表面氧化达到一定程度后，其发射率数值也趋于稳定。恒温长时间测量发现：样品的光谱发射率随着氧化时间的持续缓慢变大，一段时间后趋于稳定。此外，还运用实验室之前的研制反射式发射率测量装置对铝合金5052在波长1.55μm处的光谱发射率进行了测量。第五章介绍了黄铜及红铜的光谱发射率研究结果。利用反射式发射率测量装置对黄铜和紫铜在300K至1123

7、K之间波长1.55μm处的光谱发射率进行了系统的研究，探讨了温度、氧化、加热时间等因素对两种铜样品光谱发射率的影响。实验结果表明：黄铜和紫铜的光谱发射率均随温度的升高而增大，并且分别出现了峰值和谷值。通过分析有氧化膜时金属的反射模型，得到了金属氧化膜厚度的计算公式，利用得到的公式估算了I紫铜出现峰值和谷值时的氧化膜厚度。由恒温长时间测量结果可以看出：光谱发射率随加热时间出现小幅增大，较高温度处的发射率数值始终大于较低温度处的发射率数值。关键词：光谱发射率，单色仪，温度，表面氧化，干涉效应IIAB

8、STRACTInthisarticle,aspectralemissivitymeasuringsystem,whichcanperformaccuratemeasurementsofmaterialemissivity,isdesignedbasedontheenergymethodbyusinggratingmonochromator.Thespectralemissivityoftwocommonmetals:aluminumandcopperissysteminvestigated.In