[发明专利]一种非等温黑体辐射源的参考温度的优化方法

说明书

本发明公开了一种非等温黑体辐射源的参考温度的优化方法，包括获得黑体辐射源腔体内壁的实际温度分布函数；建立黑体辐射源腔体模型，将黑体辐射源腔体内壁分割为多个区域，得到分割后的黑体辐射源腔体模型；在光学仿真软件中导入分割后的黑体辐射源腔体模型，在黑体辐射源腔体的腔口外放置光源，使其能够向黑体辐射源腔体内部辐射能量，并进行光学仿真；统计黑体辐射源腔体内壁上的每个区域单位面积内的入射辐射能量，将所有区域单位面积内的入射辐射能量进行归一化，并将各自的归一化系数进行拟合，作为其加权函数；将实际温度分布函数和加权函数进行积分得到优化的非等温黑体辐射源参考温度。本方法实现了定量化的黑体辐射源参考温度的设定。

技术领域

本发明涉及光谱辐射度量领域，具体地，涉及一种非等温黑体辐射源的参考温度的优化方法。

背景技术

黑体辐射源是光谱辐射度量系统的基标准器具。黑体发射率，作为黑体辐射源的一个重要性能指标，其准确定义至关重要。传统的定义黑体发射率的方法是认为黑体辐射源腔体内壁的温度呈等温分布，通过诸如基于蒙特卡洛原理的发射率计算软件(如STEEP)，即可计算得到该黑体的发射率。而实际上，黑体辐射源腔体内壁的温度大都呈非等温分布，基于等温模型计算得到的黑体发射率并不能准确地反映黑体的特性。所以，越来越多的研究者开始致力于研究基于非等温模型的黑体发射率。

根据定义，辐射源的发射率为辐射源的辐射出射度与相同温度下理想黑体的辐射出射度的比值。对于非等温黑体辐射源来说，因为腔体内壁不同位置的温度可能各不相同，如何定义一个与理想黑体进行比较的温度(也即参考温度)，会直接影响到黑体发射率数值的大小和准确性。如式(1)和式(2)所示，与基于等温模型计算黑体发射率相比，基于非等温模型的黑体发射率ε_e是在等温模型的发射率ε_e0上添加了一个修正项Δε_e。

ε_e(λ，ξ，w，T₀)＝ε_e0(λ，ξ，w)+Δε_e(λ，ξ，w，T₀) (1)

其中，λ表示波长；ξ是指辐射源表面的半径矢量；w表示观察方向；ρ是光谱反射率；T_ijk是第i个光子的第j代经过k次反射后的温度；m_ij是第i个光子的第j代的反射次数；L_BB表示T_ijk温度下的光谱辐射亮度；γ_ijk＝1表示经过下一次漫反射后光子从黑体辐射源腔口出射，而Y_ijk＝0表示该光子未从腔口出射；T₀也即前面提到的参考温度；n表示光子在腔体内壁的运动轨迹次数；n₀表示光子的第n₀个子代；对于第一次漫反射来说，n_0i＝n₀；而对于第一次镜面反射来说，n_0i＝1。

从式(1)和式(2)可见，非等温黑体辐射源发射率的大小与参考温度值有关。

前人提出了一种线性加权方法来计算参考温度，具体如式(3)所示：

其中，Q(ξ)表示加权函数；T(ξ)为腔体内壁的温度分布函数；S是该温度所对应的腔体内壁的面积。研究者们提到了加权函数Q(ξ)可能与黑体辐射源的腔型结构、腔体内壁的辐射特点以及观察条件有关。但是，他们并没有提出Q(ξ)具体计算方法，而是使用了一些估计值或者黑体辐射源腔体内壁某个固定位置的温度作为参考温度。

从理论上来讲，黑体辐射源腔体里的各个位置可能都会对黑体发射率产生直接或者间接的影响。传统的采用估计温度值或者固定位置温度值的方法已不能准确地反映黑体发射率的实际特性。