尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的確定方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的確定方法和裝置，所述方法包括：確定出面黑體的尖錐陣列中的四面尖錐的錐角角度、以及四面尖錐的表面的發(fā)射率；根據(jù)確定出的錐角角度，計(jì)算沿面黑體的法向入射到尖錐陣列內(nèi)的光線在尖錐陣列內(nèi)的反射次數(shù)；根據(jù)確定出的發(fā)射率以及計(jì)算出的反射次數(shù)計(jì)算尖錐陣列對光線的入射能量的吸收率，將計(jì)算出的吸收率作為面黑體的法向發(fā)射率的估算值。從而，本發(fā)明基于四面尖錐的錐角角度和四面尖錐的表面的發(fā)射率，估算出尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率；本發(fā)明的方法用于尖錐陣列面黑體設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)可縮短設(shè)計(jì)優(yōu)化周期，并降低尖錐陣列面黑體設(shè)計(jì)和開發(fā)的人力、物力成本。
【專利說明】尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的確定方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及黑體技術(shù)，尤其涉及一種尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的確定方法和
>J-U ρ?α裝直。

【背景技術(shù)】
[0002]黑體(black-body)是指能全部吸收外部的福射能量，同時(shí)能按照普朗克定律福射出自身能量的物體，即黑體的吸收率為1，發(fā)射率為I。黑體可產(chǎn)生一定溫度下的標(biāo)準(zhǔn)輻射，具體有廣泛用途。在溫度計(jì)量方面，黑體可用于檢定各種輻射溫度計(jì)，如光學(xué)高溫計(jì)、紅外溫度計(jì)、紅外熱像儀等；在光學(xué)方面，黑體可作為標(biāo)準(zhǔn)輻射源和標(biāo)準(zhǔn)背景光源；在測量領(lǐng)域中，黑體可用于測量材料的光譜發(fā)射、吸收和反射特性；在高能物理研究中，黑體可用于產(chǎn)生中子源。
[0003]衡量黑體性能的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)就是黑體的發(fā)射率。黑體的發(fā)射率越高(越接近I)，黑體性能就越接近理想化。而且技術(shù)人員往往采用黑體的法向發(fā)射率作為表征黑體性能的指標(biāo)。目前通常采用的黑體分為兩個(gè)類型:腔黑體和面黑體。腔黑體的發(fā)射率較高，常用于溫度計(jì)量領(lǐng)域；面黑體往往輻射面積較大，常用于光學(xué)應(yīng)用中。
[0004]在實(shí)際應(yīng)用中，腔黑體通常是利用開有小孔的空腔構(gòu)成的，而且對于腔黑體來說，現(xiàn)有的理論分析給出了計(jì)算其發(fā)射率的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算公式(如下公式4)，因此關(guān)于腔黑體的研究和設(shè)計(jì)也比較成熟。通常，黑體設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行腔黑體設(shè)計(jì)時(shí)，可針對影響腔黑體發(fā)射率的幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行反復(fù)的迭代計(jì)算和分析來獲取最優(yōu)的設(shè)計(jì)結(jié)果。
[0005]ε = (1-p) {1+p [Sr-F(X，Ω)]} [1-p (1-Sr)](公式 4)
[0006]其中，ε是腔黑體的發(fā)射率；P是腔壁的反射率；&是小孔與整個(gè)腔壁面積的比值，F(xiàn)(x，Ω)是小孔的角度因子。
[0007]對于面黑體來說，其發(fā)射率取決于面黑體的表面涂層材料。但是僅依靠表面涂層，面黑體的發(fā)射率的提高有限，因此黑體設(shè)計(jì)人員還通過對面黑體進(jìn)行不同面型的設(shè)計(jì)來提高發(fā)射率。如圖1所示的四面尖錐面型是面黑體的常用面型之一；其中，四面尖錐的底面為正方形，四個(gè)錐面為全等的等腰三角形；一系列的四面尖錐構(gòu)成面黑體的尖錐陣列。在本文中將面型為四面尖錐的面黑體簡稱為尖錐陣列面黑體。
[0008]然而，尖錐陣列面黑體的發(fā)射率并未有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撚?jì)算公式來計(jì)算，通常是通過試驗(yàn)測量的方式來得到尖錐陣列面黑體的發(fā)射率?，F(xiàn)有技術(shù)中，為獲得滿足應(yīng)用需求的尖錐陣列面黑體，黑體設(shè)計(jì)人員往往需要先制作尖錐陣列面黑體的小樣品，根據(jù)測試所得的小樣品的發(fā)射率對尖錐陣列面黑體的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。然而在尖錐陣列面黑體的設(shè)計(jì)、優(yōu)化、測試等環(huán)節(jié)都需要對尖錐陣列面黑體的發(fā)射率進(jìn)行測量，以便得到滿足應(yīng)用需求的尖錐陣列面黑體。很顯然，在這些環(huán)節(jié)均采用制作小樣品然后通過試驗(yàn)測量的方式得到尖錐陣列面黑體的發(fā)射率的方式不切實(shí)際，會導(dǎo)致尖錐陣列面黑體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化周期較長，而且設(shè)計(jì)和開發(fā)的人力、物力成本均較高。
[0009]為此，有必要提供一種能夠降低設(shè)計(jì)和開發(fā)的人力、物力成本的尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的確定方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的確定方法和裝置，用以降低尖錐陣列面黑體設(shè)計(jì)和開發(fā)的人力、物力成本。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的確定方法，包括:
[0012]確定出面黑體的尖錐陣列中的四面尖錐的錐角角度、以及所述四面尖錐的表面的發(fā)射率；
[0013]根據(jù)確定出的錐角角度，計(jì)算沿所述面黑體的法向入射到所述尖錐陣列內(nèi)的光線在所述尖錐陣列內(nèi)的反射次數(shù)；
[0014]根據(jù)確定出的發(fā)射率以及計(jì)算出的反射次數(shù)計(jì)算所述尖錐陣列對所述光線的入射能量的吸收率，將計(jì)算出的吸收率作為所述面黑體的法向發(fā)射率的估算值。
[0015]較佳地，所述根據(jù)確定出的錐角角度，計(jì)算沿所述面黑體的法向入射到所述尖錐陣列內(nèi)的光線在所述尖錐陣列內(nèi)的反射次數(shù)，具體包括:
[0016]根據(jù)如下公式I計(jì)算所述反射次數(shù)η:
[0017]n = TRUNC(180。/Θ) (公式 I)
[0018]其中，Θ為所述錐角角度；TRUNC(180° / Θ )表示對180° / Θ取整。
[0019]較佳地，所述根據(jù)確定出的發(fā)射率以及計(jì)算出的反射次數(shù)計(jì)算所述尖錐陣列對所述光線的入射能量的吸收率，具體包括:
[0020]根據(jù)如下公式2計(jì)算所述吸收率α:
[0021]a = 1-(1- ε 0)η (公式 2)
[0022]其中，η為所述反射次數(shù)；ε ^為所述四面尖錐的表面的發(fā)射率。
[0023]進(jìn)一步，所述將計(jì)算出的吸收率作為所述尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的估算值之后，還包括:
[0024]將所述估算值與所述面黑體的法向發(fā)射率的設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果對所述四面尖錐的錐角角度和/或所述四面尖錐的表面的發(fā)射率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并根據(jù)優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的錐角角度和/或優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的表面的發(fā)射率，計(jì)算優(yōu)化調(diào)整后的面黑體的法向發(fā)射率的估算值。
[0025]較佳地，所述根據(jù)比較結(jié)果對所述四面尖錐的錐角角度和所述四面尖錐的表面的發(fā)射率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，具體包括:
[0026]若所述比較結(jié)果為所述估算值小于所述設(shè)計(jì)值，則將所述四面尖錐的錐角角度減少設(shè)定角度值作為優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的錐角角度，和/或?qū)⑺鏊拿婕忮F的表面的發(fā)射率增加設(shè)定數(shù)值作為優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的表面的發(fā)射率。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的確定裝置，包括:
[0028]參數(shù)確定單元，用于確定出面黑體的尖錐陣列中的四面尖錐的錐角角度、以及所述四面尖錐的表面的發(fā)射率；
[0029]反射次數(shù)計(jì)算單元，用于根據(jù)所述參數(shù)確定單元確定出的錐角角度，計(jì)算沿所述面黑體的法向入射到所述尖錐陣列內(nèi)的光線在所述尖錐陣列內(nèi)的反射次數(shù)；
[0030]法向發(fā)射率估算單元，用于根據(jù)所述參數(shù)確定單元確定出的發(fā)射率、以及所述反射次數(shù)計(jì)算單元計(jì)算出的反射次數(shù)，計(jì)算所述尖錐陣列對所述光線的入射能量的吸收率，將計(jì)算出的吸收率作為所述面黑體的法向發(fā)射率的估算值。
[0031]較佳地，所述反射次數(shù)計(jì)算單元具體用于根據(jù)如下公式I計(jì)算所述反射次數(shù)η:
[0032]n = TRUNC(180。/Θ) (公式 I)
[0033]其中，Θ為所述錐角角度；TRUNC(180° / Θ )表示對180° / Θ取整。
[0034]較佳地，所述法向發(fā)射率估算單元具體用于根據(jù)如下公式2計(jì)算所述吸收率α:
[0035]a = 1-(1- ε 0)η (公式 2)
[0036]其中，^為所述四面尖錐的表面的發(fā)射率。
[0037]進(jìn)一步，上述的尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的確定裝置還包括:
[0038]優(yōu)化調(diào)整單元，用于將所述法向發(fā)射率估算單元確定出的估算值與所述面黑體的法向發(fā)射率的設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果對所述參數(shù)確定單元確定出的四面尖錐的錐角角度和四面尖錐的表面的發(fā)射率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并根據(jù)優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的錐角角度和/或優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的表面的發(fā)射率，計(jì)算優(yōu)化調(diào)整后的面黑體的法向發(fā)射率的估算值。
[0039]較佳地，所述優(yōu)化調(diào)整單元具體用于若確定所述比較結(jié)果為所述估算值小于所述設(shè)計(jì)值，則將所述參數(shù)確定單元確定出的四面尖錐的錐角角度減少設(shè)定角度值，作為優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的錐角角度；和/或?qū)⑺鰠?shù)確定單元確定出的四面尖錐的表面的發(fā)射率減少設(shè)定數(shù)值，作為優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的表面的發(fā)射率。
[0040]本發(fā)明的技術(shù)方案中，由于可根據(jù)確定的四面尖錐的錐角角度和四面尖錐的表面的發(fā)射率，并基于光線在法向入射面黑體的條件下在面黑體的尖錐陣列內(nèi)的發(fā)射次數(shù)，估算出尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率，從而在進(jìn)行尖錐陣列面黑體的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可通過對尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的預(yù)估，對預(yù)先設(shè)計(jì)的尖錐陣列面黑體的設(shè)計(jì)參數(shù)，如四面尖錐的錐角角度和四面尖錐的表面的發(fā)射率，進(jìn)行多次優(yōu)化調(diào)整，從而避免在尖錐陣列面黑體的設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中制作小樣品以及試驗(yàn)測量法向發(fā)射率的操作，大大縮短了設(shè)計(jì)優(yōu)化周期，并且可大大減少人力、物力成本。而且，對于已制成的尖錐陣列面黑體產(chǎn)品，也可通過本發(fā)明的方法進(jìn)行尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的快速估計(jì)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1為尖錐陣列面黑體中的四面尖錐的示意圖；
[0042]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的確定方法的流程示意圖；
[0043]圖3、圖4為本發(fā)明實(shí)施例的光線在尖錐陣列內(nèi)的反射情況示意圖；
[0044]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的確定裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0045]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細(xì)節(jié)僅僅是為了使讀者對本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面有一個(gè)透徹的理解，即便沒有這些特定的細(xì)節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些方面。
[0046]本發(fā)明的發(fā)明人考慮到，可以基于幾何光學(xué)的基本規(guī)律，建立光線(紅外輻射)在尖錐陣列面黑體的尖錐陣列中的傳播模型；光線在法向入射尖錐陣列面黑體的條件下，會因多次反射造成能量衰減；因此，根據(jù)光線的能量衰減可得到尖錐陣列面黑體對光線的入射能量的吸收率，進(jìn)而結(jié)合基爾霍夫定律，可得到尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的估算值，從而在進(jìn)行尖錐陣列面黑體的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可通過對尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的預(yù)估，對預(yù)先設(shè)計(jì)的尖錐陣列面黑體的設(shè)計(jì)參數(shù)，如四面尖錐的錐角角度和四面尖錐的表面的發(fā)射率，進(jìn)行多次優(yōu)化調(diào)整，從而避免了在尖錐陣列面黑體的設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中制作小樣品以及試驗(yàn)測量法向發(fā)射率的操作，大大縮短了設(shè)計(jì)優(yōu)化周期，并且可大大減少人力、物力成本。
[0047]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明實(shí)施例提供的尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的確定方法的流程示意圖，如圖2所示，具體包括如下步驟:
[0048]SlOl:確定面黑體(即尖錐陣列面黑體)的尖錐陣列中的四面尖錐的錐角角度、以及四面尖錐的表面的發(fā)射率。
[0049]具體地，面黑體(即尖錐陣列面黑體)的尖錐陣列中的四面尖錐的錐角角度、以及四面尖錐的表面的發(fā)射率可以通過檢測得到；或者，通過獲取面黑體的設(shè)計(jì)參數(shù)而得到；事實(shí)上，黑體設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行尖錐陣列面黑體的設(shè)計(jì)時(shí)，可預(yù)先確定面黑體的設(shè)計(jì)參數(shù)，包括面黑體的尖錐陣列中的四面尖錐的錐角角度和四面尖錐的表面的發(fā)射率?；蛘撸夹g(shù)人員在進(jìn)行已制成的尖錐陣列面黑體產(chǎn)品的法向發(fā)射率的測量時(shí)，通過測量確定出已為產(chǎn)品的尖錐陣列面黑體的尖錐陣列中的四面尖錐的錐角角度、以及四面尖錐的表面的發(fā)射率。
[0050]其中，四面尖錐的錐角角度指的是四面尖錐中相對的兩個(gè)等腰三角形的底邊中線之間夾角的角度；四面尖錐的表面的發(fā)射率與四面尖錐的表面涂層的材料有關(guān)。
[0051]S102:根據(jù)確定出的錐角角度，計(jì)算沿面黑體的法向入射到面黑體的尖錐陣列內(nèi)的光線在尖錐陣列內(nèi)的反射次數(shù)。
[0052]具體地，假設(shè)四面尖錐表面光滑，光線在四面尖錐表面反射時(shí)遵照鏡面反射規(guī)律，并且四面尖錐表面涂層材料對于光線的入射能量沒有透射。這樣，當(dāng)光線沿尖錐陣列面黑體的法向入射到尖錐陣列面黑體的尖錐陣列內(nèi)時(shí)，基于光線的直線傳播原理對光線在尖錐陣列內(nèi)的反射進(jìn)行追蹤。例如，圖3示出了在四面尖錐的錐角角度小于90度時(shí)光線在尖錐陣列內(nèi)的反射情況示意圖；圖4示出了在四面尖錐的錐角角度為90度時(shí)光線在尖錐陣列內(nèi)的反射情況示意圖。
[0053]當(dāng)光線沿尖錐陣列面黑體的法向入射到尖錐陣列面黑體的尖錐陣列內(nèi)時(shí)，可基于光線在尖錐陣列內(nèi)的反射情況，根據(jù)尖錐陣列內(nèi)的四面尖錐的錐角角度，計(jì)算出光線在尖錐陣列內(nèi)的反射次數(shù)。具體地，可根據(jù)如下公式I計(jì)算反射次數(shù)η:
[0054]n = TRUNC(180。/Θ) (公式 I)
[0055]其中，Θ為四面尖錐的錐角角度；TRUNC(180° / Θ )表示對180° / Θ取整。
[0056]由圖4 可看出，當(dāng) Θ =90。時(shí)，反射次數(shù) n = TRUNC(180。/90。) =2。
[0057]S103:根據(jù)確定出的發(fā)射率以及計(jì)算出的反射次數(shù)計(jì)算面黑體的尖錐陣列對光線的入射能量的吸收率，將計(jì)算出的吸收率作為面黑體(即尖錐陣列面黑體)的法向發(fā)射率的估算值。
[0058]具體地，若光線在尖錐陣列內(nèi)的反射次數(shù)為n，光線沿法向入射到尖錐陣列面黑體時(shí)，其最終逃逸時(shí)所剩的能量與入射能量的百分比是四面尖錐表面的反射率的η次方。根據(jù)能量守恒定律，可以根據(jù)如下公式3計(jì)算得出尖錐陣列對光線的入射能量的吸收率α:
[0059]?= 1-Po (公式 3)
[0060]其中，η為反射次數(shù)；P。為四面尖錐的表面的反射率。
[0061]在四面尖錐的表面對黑體設(shè)計(jì)人員所關(guān)心的波段不透明的前提下，Ptl= 1-ε με。為四面尖錐的表面的發(fā)射率；因此，上述公式3可轉(zhuǎn)換為如下公式2，這樣，可根據(jù)如下公式2計(jì)算尖錐陣列對光線的入射能量的吸收率α:
[0062]a = 1-(1- ε 0)η (公式 2)
[0063]根據(jù)基爾霍夫定律，發(fā)射率等于吸收率，因此可將計(jì)算出的尖錐陣列對光線的入射能量的吸收率作為尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的估算值，即:
[0064]ε = α = μ = 1- pi =1-(1-￡0)? (公式 5)
[0065]其中，P表示最終逃逸時(shí)所剩的能量與入射能量的百分比。
[0066]例如，若確定出的四面尖錐的錐角角度為Θ =60°，四面尖錐的表面的發(fā)射率為^ = 0.8，則可計(jì)算得到反射次數(shù)η= 180° /60° = 3，尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的估算值為:ε = 1-(1-0.8)3 = 0.992。
[0067]通過步驟SlOl?S103可以實(shí)現(xiàn)對尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的估算，不僅可用于尖錐陣列面黑體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化，也可對已經(jīng)制作好的尖錐陣列面黑體產(chǎn)品的法向發(fā)射率進(jìn)行快速確定。
[0068]進(jìn)一步，在進(jìn)行尖錐陣列面黑體的設(shè)計(jì)優(yōu)化等情況時(shí)，黑體設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行尖錐陣列面黑體的設(shè)計(jì)時(shí)，通常會設(shè)定滿足應(yīng)用需求的一個(gè)尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的設(shè)計(jì)值，并預(yù)先確定出四面尖錐的錐角角度和四面尖錐的表面的發(fā)射率；這樣，在根據(jù)預(yù)先確定出四面尖錐的錐角角度和四面尖錐的表面的發(fā)射率，確定出或估算出尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的估算值后，還可將尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的估算值與面黑體的法向發(fā)射率的設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果對確定出的四面尖錐的錐角角度和/或四面尖錐的表面的發(fā)射率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，進(jìn)而根據(jù)優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的錐角角度和/或優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的表面的發(fā)射率，計(jì)算優(yōu)化調(diào)整后的面黑體的法向發(fā)射率的估算值。具體地，根據(jù)比較結(jié)果對確定出的四面尖錐的錐角角度和/或四面尖錐的表面的發(fā)射率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整可以為:若比較結(jié)果為尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的估算值小于尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的設(shè)計(jì)值，則可將預(yù)先確定出的四面尖錐的錐角角度減少設(shè)定角度值，作為優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的錐角角度，和/或?qū)㈩A(yù)先確定出的四面尖錐表面的發(fā)射率增加設(shè)定數(shù)值，作為優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐表面的發(fā)射率。其中，對四面尖錐表面的發(fā)射率的調(diào)整也就是對四面尖錐表面涂層的材料的調(diào)整。若得到比較結(jié)果為尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的估算值大于等于尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的設(shè)計(jì)值，則可直接將與預(yù)先確定的四面尖錐的錐角角度和預(yù)先確定的四面尖錐的表面的發(fā)射率，確定為最終制作尖錐陣列面黑體產(chǎn)品所使用的設(shè)計(jì)參數(shù)值。
[0069]事實(shí)上，在計(jì)算優(yōu)化調(diào)整后的面黑體的法向發(fā)射率的估算值之后，還可根據(jù)該估算值與所述設(shè)計(jì)值的比較結(jié)果，對優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的錐角角度和/或優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的表面的發(fā)射率進(jìn)行再次優(yōu)化調(diào)整。這樣，經(jīng)過多次優(yōu)化調(diào)整，可以最終得到滿足應(yīng)用需求的設(shè)計(jì)參數(shù)值供黑體設(shè)計(jì)人員參考使用。
[0070]基于上述的尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的確定方法，本發(fā)明實(shí)施例的尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的確定裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示，具體包括:參數(shù)確定單元501、反射次數(shù)計(jì)算單元502、法向發(fā)射率估算單元503。
[0071]參數(shù)確定單元501用于確定出面黑體的尖錐陣列中的四面尖錐的錐角角度、以及四面尖錐的表面的發(fā)射率。
[0072]反射次數(shù)計(jì)算單元502用于根據(jù)參數(shù)確定單元501確定出的錐角角度，計(jì)算沿面黑體的法向入射到尖錐陣列內(nèi)的光線在尖錐陣列內(nèi)的反射次數(shù)。具體地，反射次數(shù)計(jì)算單元502根據(jù)如下公式I計(jì)算沿面黑體的法向入射到尖錐陣列內(nèi)的光線在尖錐陣列內(nèi)的反射次數(shù)η:
[0073]n = TRUNC(180。/Θ) (公式 I)
[0074]其中，Θ為四面尖錐的錐角角度；TRUNC(180° / Θ )表示對180° / Θ取整。
[0075]法向發(fā)射率估算單元503用于根據(jù)參數(shù)確定單元501確定出的發(fā)射率、以及反射次數(shù)計(jì)算單元502計(jì)算出的反射次數(shù)，計(jì)算尖錐陣列對光線的入射能量的吸收率，將計(jì)算出的吸收率作為所述面黑體的法向發(fā)射率的估算值。具體地，法向發(fā)射率估算單元503根據(jù)如下公式2計(jì)算尖錐陣列對光線的入射能量的吸收率α:
[0076]a = 1-(1- ε 0)η (公式 2)
[0077]其中，^為四面尖錐的表面的發(fā)射率。
[0078]進(jìn)一步，上述的尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的確定裝置還可包括:優(yōu)化調(diào)整單元 504。
[0079]優(yōu)化調(diào)整單元504用于將法向發(fā)射率估算單元503確定出的估算值與預(yù)先確定的面黑體的法向發(fā)射率的設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果對參數(shù)確定單元501確定出的四面尖錐的錐角角度和四面尖錐的表面的發(fā)射率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并根據(jù)優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的錐角角度和/或優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的表面的發(fā)射率，計(jì)算優(yōu)化調(diào)整后的面黑體的法向發(fā)射率的估算值。其中，優(yōu)化調(diào)整單元504若確定比較結(jié)果為法向發(fā)射率估算單元503確定出的估算值小于所述設(shè)計(jì)值，則將參數(shù)確定單元501確定出的四面尖錐的錐角角度減少設(shè)定角度值，作為優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的錐角角度；和/或?qū)?shù)確定單元501確定出的四面尖錐的表面的發(fā)射率減少設(shè)定數(shù)值，作為優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的表面的發(fā)射率；否貝U，不對參數(shù)確定單元501確定出的四面尖錐的錐角角度和四面尖錐的表面的發(fā)射率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。
[0080]本發(fā)明的技術(shù)方案中，由于可根據(jù)確定的四面尖錐的錐角角度和四面尖錐的表面的發(fā)射率，并基于光纖在發(fā)射入射面黑體的條件下在面黑體的尖錐陣列內(nèi)的發(fā)射次數(shù)，估算出尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率，從而在進(jìn)行尖錐陣列面黑體的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可通過對尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的預(yù)估，對預(yù)先設(shè)計(jì)的尖錐陣列面黑體的設(shè)計(jì)參數(shù)，如四面尖錐的錐角角度和四面尖錐的表面的發(fā)射率，進(jìn)行多次優(yōu)化調(diào)整，從而避免在尖錐陣列面黑體的設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中制作小樣品以及試驗(yàn)測量法向發(fā)射率的操作，大大縮短了設(shè)計(jì)優(yōu)化周期，并且可大大減少人力、物力成本。而且，對于已制成的尖錐陣列面黑體產(chǎn)品，也可通過本發(fā)明的方法進(jìn)行尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的快速估計(jì)。
[0081]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中，如:R0M/RAM、磁碟、光盤等。
[0082]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的確定方法，其特征在于，包括: 確定出面黑體的尖錐陣列中的四面尖錐的錐角角度、以及所述四面尖錐的表面的發(fā)射率； 根據(jù)確定出的錐角角度，計(jì)算沿所述面黑體的法向入射到所述尖錐陣列內(nèi)的光線在所述尖錐陣列內(nèi)的反射次數(shù)； 根據(jù)確定出的發(fā)射率以及計(jì)算出的反射次數(shù)計(jì)算所述尖錐陣列對所述光線的入射能量的吸收率，將計(jì)算出的吸收率作為所述面黑體的法向發(fā)射率的估算值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)確定出的錐角角度，計(jì)算沿所述面黑體的法向入射到所述尖錐陣列內(nèi)的光線在所述尖錐陣列內(nèi)的反射次數(shù)，具體包括: 根據(jù)如下公式I計(jì)算所述反射次數(shù)η: n = TRUNC(180。/Θ) (公式 I) 其中，Θ為所述錐角角度；TRUNC(180° /Θ)表示對180° /Θ取整。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)確定出的發(fā)射率以及計(jì)算出的反射次數(shù)計(jì)算所述尖錐陣列對所述光線的入射能量的吸收率，具體包括: 根據(jù)如下公式2計(jì)算所述吸收率α: a = 1-(1- ε 0)n (公式 2) 其中，n為所述反射次數(shù)；ε ^為所述四面尖錐的表面的發(fā)射率。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述將計(jì)算出的吸收率作為所述尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的估算值之后，還包括: 將所述估算值與所述面黑體的法向發(fā)射率的設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果對所述四面尖錐的錐角角度和/或所述四面尖錐的表面的發(fā)射率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并根據(jù)優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的錐角角度和/或優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的表面的發(fā)射率，計(jì)算優(yōu)化調(diào)整后的面黑體的法向發(fā)射率的估算值。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)比較結(jié)果對所述四面尖錐的錐角角度和所述四面尖錐的表面的發(fā)射率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，具體包括: 若所述比較結(jié)果為所述估算值小于所述設(shè)計(jì)值，則將所述四面尖錐的錐角角度減少設(shè)定角度值作為優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的錐角角度，和/或?qū)⑺鏊拿婕忮F的表面的發(fā)射率增加設(shè)定數(shù)值作為優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的表面的發(fā)射率。
6.一種尖錐陣列面黑體的法向發(fā)射率的確定裝置，其特征在于，包括: 參數(shù)確定單元，用于確定出面黑體的尖錐陣列中的四面尖錐的錐角角度、以及所述四面尖錐的表面的發(fā)射率； 反射次數(shù)計(jì)算單元，用于根據(jù)所述參數(shù)確定單元確定出的錐角角度，計(jì)算沿所述面黑體的法向入射到所述尖錐陣列內(nèi)的光線在所述尖錐陣列內(nèi)的反射次數(shù)； 法向發(fā)射率估算單元，用于根據(jù)所述參數(shù)確定單元確定出的發(fā)射率、以及所述反射次數(shù)計(jì)算單元計(jì)算出的反射次數(shù)，計(jì)算所述尖錐陣列對所述光線的入射能量的吸收率，將計(jì)算出的吸收率作為所述面黑體的法向發(fā)射率的估算值。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于， 所述反射次數(shù)計(jì)算單元具體用于根據(jù)如下公式I計(jì)算所述反射次數(shù)η: n = TRUNC(180。/Θ) (公式 I) 其中，Θ為所述錐角角度；TRUNC(180° /Θ)表示對180° /Θ取整。
8.如權(quán)利要求6或7所述的裝置，其特征在于， 所述法向發(fā)射率估算單元具體用于根據(jù)如下公式2計(jì)算所述吸收率α: a = 1-(1- ε 0)n (公式 2) 其中，ε ^為所述四面尖錐的表面的發(fā)射率。
9.如權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于，還包括: 優(yōu)化調(diào)整單元，用于將所述法向發(fā)射率估算單元確定出的估算值與所述面黑體的法向發(fā)射率的設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果對所述參數(shù)確定單元確定出的四面尖錐的錐角角度和四面尖錐的表面的發(fā)射率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并根據(jù)優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的錐角角度和/或優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的表面的發(fā)射率，計(jì)算優(yōu)化調(diào)整后的面黑體的法向發(fā)射率的估算值。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于， 所述優(yōu)化調(diào)整單元具體用于若確定所述比較結(jié)果為所述估算值小于所述設(shè)計(jì)值，則將所述參數(shù)確定單元確定出的四面尖錐的錐角角度減少設(shè)定角度值，作為優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的錐角角度；和/或?qū)⑺鰠?shù)確定單元確定出的四面尖錐的表面的發(fā)射率減少設(shè)定數(shù)值，作為優(yōu)化調(diào)整后的四面尖錐的表面的發(fā)射率。
【文檔編號】G01N21/17GK104237133SQ201410458190
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】張廣, 陳大鵬, 張小龍, 董雁冰 申請人:北京環(huán)境特性研究所