基于真空条件下的材料发射率测试方案设计

论文摘要

卫星在现代军事和经济领域中发挥着越来越重要的作用,随着空间对抗技术的发展,卫星的安全越来越重要。其中利用抑制材料的红外辐射特性技术受到了极大的重视,因而对材料在空间中的辐射特性测量研究变得越来越重要。本文研究的主要目的是设计一套用于空间环境模拟室中工作的测量系统,对空间材料,包括金属涂敷涂料材料红外发射率进行测试。文中重点进行了以下工作:首先从分析空间的环境条件开始,设计了真空冷背景模拟系统来模拟空间环境,通过对发射率测量方法的国内外研究状况,分析了各种测量方法的优缺点,提出了空间环境模拟室内对空间材料红外发射率测量的方案。通过对样品的测量要求分析,对测量方案中分系统提出了指标。提出了一种样品和黑体温控方案,对温控系统的各部分性能提出了要求,并对整个试验的液氮消耗量进行计算。通过对各系统的功能分析,对控制系统的程序流程图进行设计。结合国内外探测器的发展,提出了光学系统的技术指标,分析和确定了光学系统的结构形式,选择了合适的光学材料,给出了设计结果并对像质进行了评价。针对系统的技术指标要求,提出了分系统的设计方案。分析了各种分光系统的优缺点,设计了扫描系统尺寸和基底材料的选择。利用文献测量的发射率数据,建立了两种发射率与温度模型,分析了每种模型适合的材料;用两种模型计算的发射率与文献提供的实际测量数据比对,最大误差小于2%。分析了探测器噪声的各种噪声成分,利用软件模拟出探测器的信噪比,分析了引起探测器噪声的主要因素。针对系统的技术指标要求,利用普兰克定律对测量方案的误差进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国外材料红外发射率测试的发展状况
• 1.3 国内红外材料发射率测量的发展状况
• 1.4 论文研究的主要内容
• 第2章 真空测量装置总体的设计
• 2.1 真空冷背景模拟系统的设计
• 2.1.1 真空容器参数的确定
• 2.1.2 真空室壁厚计算
• 2.1.3 热沉材料的选择
• 2.1.4 液氮系统分析
• 2.1.5 支撑部件和开孔补偿
• 2.1.6 液氦系统设计
• 2.2 测量方法的确定
• 2.3 测量装置的设计
• 2.3.1 测量原理
• 2.3.2 样品分析与描述
• 2.3.3 参考黑体的分析
• 2.4 气氮温控系统的设计
• 2.4.1 设备的性能要求
• 2.4.2 液氮量的计算
• 2.5 控制系统的设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 真空测量装置的光学系统的设计
• 3.1 光学系统初始结构的确定
• 3.2 红外光学材料的选择
• 3.3 性能指标
• 3.4 光学系统设计
• 3.4.1 系统的传递函数
• 3.4.2 系统的点列图
• 3.5 扫描系统的设计
• 3.5.1 扫描镜尺寸的确定
• 3.5.2 扫描镜基底材料的选取
• 3.6 分光系统的设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 被测材料的发射率与温度模型研究
• 4.1 理论模型
• 4.2 实际模型的建立
• 4.2.1 指数发射率模型的建立
• 4.2.2 线性发射率模型的建立
• 4.3 利用两种模型对数据的分析处理
• 4.3.1 两种模型对对未知材料发射率的逼近
• 4.3.2 具有单调性质发射率与温度模型研究
• 4.3.3 非单调性质发射率与温度的关系
• 4.4 本章小结
• 第5章 误差分析
• 5.1 引言
• 5.2 探测器噪声引起的误差
• 5.3 红外系统噪声模拟分析
• 5.4 噪声等效温差的计算
• 5.5 温控系统引起的误差
• 5.5.1 试样的温度控制精度引起的误差
• 5.5.2 黑体的温度控制精度
• 5.5.3 环境的温度控制精度
• 5.5.4 测量精度的提高
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢