用傅里叶红外光谱仪和K-K关系测量辐射材料的热发射率

    1引言

    已往测量材料热发射率的方法是使用黑体炉、单色仪，测出其辐射曲线再与理想黑体比较，对不同温度和波长，求出两者辐射通量之比即热发射率ε(λ,t)。该方法要与一个要求严格、制造困难的黑体炉连用，且诸点计算繁琐，实验精度较差，测量波长范围窄，而且只能测量温度较高材料的发射率。随着红外加热节能技术的广泛应用，需要一种快速、准确、易行的方法测量热发射率。2原理

    2.1  F一K法的理论依据

    把厚度为d的均匀平行薄板状辐射材料置于温度I的空气介质中，当红外光人射到其表面时，由于反射波的振辐和位相发生变化，需引人复反射比r(ω)，它与其表面反射率R(ω)的关系为:

其中:ω为红外辐射的圆频率，r(ω)为反射波振辐，φ(ω)为反射波位相角，i为虚数当光垂直人射时，r(ω))满足菲涅尔公式^[1]

    此式是傅里叶变换光谱学的基本方程，它表明由记录下的干涉图，经过傅里叶余弦变换能得到任何波数处的光强，变换计算由计算机完成.

    3实验结果与分析

    3.1样品制备和测量

    本实验利用F-K法对以下三种平行薄板进行常温下热发射率ε(λ,t)。以，t)的测量。

    (1)国产砰质95#玻璃(主要成分Si0₂)，厚度d=0.212 cn;

    (2)高瓷(主要成分AL₂O₃和粘土)，厚度d=1.000 cm;

    (3)铁铬铝，厚度d=0.060 can.

    测量前首先对样品辐射表面进行研磨，再用红粉Fe2O3抛光。常温下通过(FI-IR)分别测出三种样品的反射率谱R，折射率谱n，消光系数谱k以及吸收系数谱a(参见图1, 2, 4, 5, 7, 8),然后由这几种谱图描画出三种样品的发射率谱ε(图3, 6, 9).

    3.2结果分析

    3.2.1国产95#玻璃热发射率谱

处有一小辐射峰，对应O-H基的拉伸振动，这与用黑体炉测到的结果[5]l近似，只是F-K法测得的。ε(λ,t)谱在小于4μm的短波段呈平直状，与用黑体法测到的曲线在该段有一凹陷(对应于SiO2中Si-O键的二倍频吸收)不符，这是由于本实验使用的样品含有一定量的杂质(如B2O3,MgO等轻元素化合物)造成的。这点可参看样品的‘以，r)谱，在该波段内‘(%} } t)值较大，+(}, t)也较高，它们对应的K(λ,t)值较小，因此相应的麦克马洪公式简化为形成。ε(λ,t)较大的强辐射，故曲线呈平直状。F-K法和黑体法测出的。ε(λ,t)谱大体相符，短波段在幅值上有些差异，除杂质含量不同外，两者样品的厚度和温度也有所不同.