红外热透过率（精选3篇）
红外热透过率 篇1
0 引言
纯气凝胶是一种结构可控的颗粒分散系多孔轻质材料, 其纳米结构孔洞为1~100nm, 骨架颗粒为1~20nm, 如图1所示。这种纳米尺度固体颗粒形成的开放性纳米多孔结构和连续空间网络结构造成材料内部富含大量的空气隙, 因此具有优良的隔热性能, 从而被广泛用于国防军工、飞机、潜艇、石油运输、冶金、化工等行业的工业管道及汽车、家用电饭煲、焖锅、电冰箱等的保温隔热[1,2]。但是, 由于它的骨架颗粒为纳米量级, 对主要由波长为2~8μm红外热辐射几乎表现为全透过, 因此无法应用于由近红外引起的高温隔热领域。理论上, 根据单散射的Mie理论, 若组成材料的颗粒尺度与入射波长为同一量级时, 会对入射电磁波产生强烈的散射, 这样可大大减小电磁波透过率, 达到保温隔热的效果。为此, 往往在纯气凝胶粉体材料中加入遮光剂, 如SiC和ZrO2等。一般假设这些遮光剂呈球形颗粒状, 均匀分散于纯气凝胶构成的骨架网格中。
现实验室制备出的气凝胶遮光剂复合隔热材料已具有一定的高温隔热效果[3,4,5,6,7], 且具有轻、薄的特点, 是首选的航天器表面隔热涂料。Zeng S.Q.等[6]在纯纳米SiO2气凝胶中加入质量分数为8%的炭黑遮光剂, 发现红外光能量有2/3被削弱, 但是这种遮光剂材料在温度超过300℃时会被氧化, 所以温度太高时不能使用;另外4个研究小组[3,4,5,7]发现, 在纯纳米SiO2气凝胶中加入TiO2可明显改善其隔热特性, 但是最高隔热温度不能超过700℃, 与航天器表面隔热温度1000℃还有一定的差距。理论研究方面, 已有一些关于这种高温隔热涂料热辐射机理的理论分析[8,9,10]。李东辉等[8]根据瑞利散射理论、经典圆柱体Mie散射理论和吸收介质内球体颗粒的Mie散射理论, 用Fortran语言编程计算了复合气凝胶的热辐射特性。赵俊杰等[9]基于改进的Kramers-Kr9nig (KK) 关系式和Mie散射理论, 建立获得遮光剂颗粒复折射系数的求解模型。孙夺等[10]编程计算了加入质量分数为20%的遮光剂气凝胶复合材料的热辐射特性, 其理论计算方法是从单体的单散射理论出发, 对于多体问题采用单散射理论的简单叠加来处理, 笔者认为不够科学。
鉴于理论研究方面差异较大且没有很好地给出加入遮光剂的气凝胶复合材料的红外热辐射理论机理, 本研究拟根据气凝胶复合隔热材料的微观结构特性, 首次用多体散射理论计算遮光剂球形颗粒分散体系的红外热透过率。这种多体散射理论是基于热辐射传输方程研究多体问题中电磁波传输问题的理论, 已成功应用于大气中的光传输、空间环境热分析、生物组织内部辐射传递等领域。在单散射Mie理论和多散射理论基础上, 通过分析小角度近似和多次散射因子对比尔-朗伯定律中散射传递函数的影响, 建立气凝胶遮光剂复合材料前向散射透过率的理论计算方法, 编写相应的计算程序, 计算SiC、ZrO2两种遮光剂材料球形颗粒分散系的红外热透过率, 并进行比较, 揭示遮光剂粒子的质量分数、厚度、复折射率和粒径对透过率的影响, 进而指导遮光剂材料的选择和尺寸设计, 为推动新型高温隔热涂料的设计与制作提供理论基础。
1 多体计算理论模型和计算方法
研究对象是均匀分布于纯气凝胶网格骨架材料中的高浓度遮光剂球形颗粒。由于纯气凝胶骨架颗粒为纳米量级, 对波长主要为2~8μm的红外光几乎表现为全透过, 在体系中加入半径为微米量级的遮光剂颗粒, 根据Mie理论, 此时单颗粒会对入射波形成强烈的散射, 从而提升气凝胶材料的隔热性能。实验装置示意图如图2所示:平行激光束入射到样品厚度为L的气凝胶遮光剂复合材料上, 其中遮光剂球形颗粒对红外线产生强烈的散射, 假设单位体积内遮光剂粒子数为Np (称为浓度) 。若浓度很小, 则光散射过程属于不相关单散射过程, 用Mie理论即可解释;若浓度较大, 则电磁波散射互相影响, 此时必须考虑多散射带来的影响。
半径相同、浓度较低的遮光剂球形颗粒分散系, 其光散射过程属于不相关的单散射, 基于比尔-朗伯定律 (B-L定律) , 定义传递函数为:
式中:光学厚度τ=Npσextl;σext为单颗粒消光截面, 且σext=σs+σa (σs是单颗粒散射截面, σa是单颗粒吸收截面) 。
粒径有一定分布的低浓度分散系, 仍可作为单粒子散射体系处理, 只是单粒子散射截面要做修正。为了保留B-L定律的简单形式, 可定义传递函数为:
式中:τ为平均光学厚度, 珋σext为颗粒系的单颗粒平均消光截面。对粒径分布函数为f (r) 的颗粒系, 平均消光截面可定义为:
对于单一半径的气溶胶遮光剂复合材料模型, 粒径没有分布, 则
消光系数定义为:
假设样品厚度L与散射光到接收器的距离S之比满足, 且接收器接收范围 (即接收角范围) θ=2θd≤10°, 在保留B-L定律形式的前提下, 公式 (2) 变形为[11]:
式中:τ*是考虑接收角的光学厚度;σ* (θd) 是考虑接收角的单粒子消光截面, 定义为[12,13]:
式中:σs是单粒子散射截面;Pθ是单粒子散射相函数。对于单一半径的气溶胶遮光剂复合材料模型, 有:
考虑多次散射, 引入修正因子Ct[13], 则传递函数为:
考虑小角度近似, 则:
式中:消光截面的相对值;〈u0〉为相函数反对称因子;s=ωCs[1-e-〈u0〉τ/2]且Cs=max[〈u0〉, q (θd) ];颗粒单散射反照率;单散射尺寸参数α=2πr/λ。
考虑遮光剂在气凝胶中所占比例 (质量比) , 定义质量分数[10]为:
式中:w为气凝胶中遮光剂的质量分数;ρ0、V0分别为气凝胶的密度和体积;ρ为遮光剂的密度。
可解出粒子数密度为:
根据上述理论方法, 用Matlab编程进行计算, 可求出高浓度遮光剂球形颗粒分散系电磁波透过率和相关热辐射特性。程序中相关参数为:样品厚度L=40μm;接收角θ=2θd=6°;入射光波长λ=2~8μm;相函数反对称因子〈u0〉=0.849[11];遮光剂球形颗粒半径r=0.1~3μm;遮光剂质量分数w=10%~40%;SiO2气凝胶密度ρ0=120kg·m-3、体积V0=1m3;SiC遮光剂密度ρSiC=3100kg·m-3;ZrO2遮光剂密度ρZrO2=5890kg·m-3[10]。
2 结果与讨论
先假设遮光剂颗粒均为球形, 且半径尺寸单一, 均匀分散于待测区内。入射波波长为2~8μm, 对应黑体辐射的温度1000℃, 相当于飞机表面温度。研究对象是纯SiO2气凝胶中遮光剂球形颗粒分散系。遮光剂材料选为SiC和ZrO2, 对应波长在2~8μm的复折射率 (n*=n-i k) 见图3[14,15]。
图4为遮光剂为SiC和ZrO2、厚度为40μm的气凝胶遮光剂复合材料红外热透过率T与遮光剂球形颗粒半径r之间的关系, 图中4条线分别对应遮光剂质量占整个复合材料质量的10%、20%、30%和40%。从透过率与质量分数的关系来看, 随着遮光剂材料质量分数的增加, 两种复合材料红外热透过率均呈现减小趋势;从透过率与遮光剂颗粒半径之间的关系来看, 两种材料的透过率随半径的增加都呈先减小再增大的趋势, 其中SiC材料透过率极小值出现在r=1.2μm处, ZrO2材料透过率极小值出现在r=0.7μm处, 这些极值点正是制备遮光剂球形颗粒的最佳半径。
图5为SiC和ZrO2遮光剂质量分数为20%的气凝胶遮光剂复合材料红外热透过率T与遮光剂球形颗粒半径r之间的关系, 图中3条线分别对应复合材料厚度为4μm、40μm和400μm。从透过率与材料厚度的关系来看, 随着厚度的增加, 两种复合材料红外热透过率均呈减小趋势;从透过率与遮光剂颗粒半径之间的关系来看, 两种材料的透过率随半径的增加也呈先减小再增大的趋势, 其中SiC材料透过率极小值仍然出现在r=1.2μm处, ZrO2材料透过率极小值仍在r=0.7μm处。
图6为遮光剂质量分数为20%、复合材料厚度为40μm时两种复合材料红外热透过率T随遮光剂颗粒半径r的变化情况。计算结果表明, 随着颗粒分散系单颗粒半径的增大, 两种材料透过率均表现出先降低后升高的趋势, 但是对应遮光剂球形颗粒都有各自的最佳制备半径。
以上计算结果表明:对于气凝胶遮光剂复合材料, 为减小材料的红外热透过率, 在实验允许的范围内, 遮光剂质量分数和材料厚度越大越好;对于不同的遮光剂材料, 由于折射率的影响, 不同的遮光剂材料有不同的最佳制备半径, 如SiC和ZrO2遮光剂, 最佳半径分别为1.2μm和0.7μm。
3 结论
基于气凝胶前向散射透过率的多体理论计算方法, 对加入SiC和ZrO2遮光剂的气凝胶复合隔热材料的热透过率进行了研究, 考察了遮光剂粒子的折射率、粒径大小、质量分数和复合材料厚度对透过率的影响。对于所有气凝胶遮光剂复合材料, 为减小材料的红外热透过率, 在实验允许的范围内, 遮光剂质量分数和材料厚度越大越好;对于不同的遮光剂材料, 由于复折射率的影响, 不同的遮光剂材料有不同的最佳制备半径, SiC和ZrO2遮光剂的最佳半径分别为1.2μm和0.7μm。计算结果对气凝胶隔热材料的选取和设计具有指导意义。
红外辐射大气透过率测量方法研究 篇2
目标红外辐射特性测量是目标特征获取和识别的重要手段之一, 而大气透过率是影响红外辐射测量的重要因素, 是大气中目标辐射测量必需的一个环节。通常采用经验公式对大气透过率进行修正, 由于测量现场大气环境变化的不确定性, 与经验公式选取的大气模式会存在一定的差别, 使修正后的结果仍与实际情况存在较大的误差。
本文根据红外辐射测量原理, 对红外辐射大气透过率的测量方法进行研究, 提出利用红外源作为目标光源, 对大气透过率进行实测的方法。该方法采用对测量路程分段测量并将测量数据进行对比计算的数学处理方法, 得到测量路程上的大气透过率及大气衰减系数。该方法消除了目标光源和测量仪器标定误差的影响, 提高了大气透过率的测量精度。
1 影响红外辐射大气透过率的主要因素
大气透过率是影响红外辐射测量的一个重要因素。在试验场对红外诱饵、飞机、舰船等目标的红外辐射特性测量时, 通常是在远距离进行测量, 因此必须考虑测量路程上大气透过率对测量结果的影响, 当用红外辐射测量仪器对目标测量时, 根据红外辐射测量原理, 目标的红外辐射强度可用下面公式求得:
式中, J为目标的辐射强度;Vs为实时测量信号电压;τ为目标与测量仪器之间的大气透过率;R为目标到测量仪器的斜距;k为红外辐射测量仪器的响应度。
红外辐射在大气中传播的影响因素主要一是大气中某些气体分子 (H2O、CO2等) 的吸收, 二是大气分子、气溶胶的散射。目标的红外辐射在大气中传输时, 它与大气成分相互作用, 会受到衰减, 红外辐射通过大气的透过率可表示为:
式中:σ为衰减系数;在大多数情况下σ=α+γ。这里α是吸收系数;γ是散射系数, α和γ二者均随波长而变化。可以看出, 红外辐射在大气传播中某些气体分子 (H2O、CO2等) 的吸收和大气中的悬浮微粒和雾霾的散射是主要影响因素。
目前, 在红外测量中对大气透过率的计算, 通常采用查表和经验公式计算两种方法。这两种方法在计算大气透过率时只考虑了几种标准大气模式, 由于各地区大气中所含的各种气体成份在含量不同, 在考虑大气对红外辐射传输的影响时, 用上述方法计算得到的大气透过率, 往往与实际值存在较大的偏差, 给目标红外辐射特性的测量结果带来较大误差。
因此, 开展大气透过率的实测方法研究, 对在红外辐射测量时, 及时掌握大气衰减情况, 用大气透过率实测值取代计算值, 对测量结果进行修正, 可减小由于选用的标准大气模型与实际测量环境存在差别而对大气衰减修正的误差, 提高目标红外辐射测量精度。
2 大气透过率测量方法
介质对光的透过率是当光穿过介质时, 出射光能量与入射光能量之比, 即为介质对入射光的光谱透过率。
p0λ表示入射光的功率, pλ表示经过介质传播后出射光的功率。当用光谱仪对目标的红外辐射能量进行测量时, 已知目标的红外辐射强度是Jλ, 根据测量信号电压数据可计算出目标到测量仪器路程之间的大气透过率。即:
设某一红外光源的辐射面积为S, 辐射出射度为Mλ, 出射角为θ, 该光源的辐射强度可表示为:
由 (4) 、 (5) 两式可得:
根据这一原理, 通过测量光源穿过距离为R后的表征辐射强度的信号电压值, 用 (6) 式即可算出测量路程上在大气透过率。
在实际测量中, 由于野外用红外光源的辐射面积S、辐射出射度Mλ, 出射角θ等指标的标称值与实际值会有不同程度的差别, 在实际测量中如果直接使用 (6) 式计算大气透过率值, 会引入光源的辐射出射度误差、光源的面积误差、光源的发射角误差、测量仪器标定误差、仪器测量误差和距离测量误差。
由于这些误差因素的影响, 会对大气透过率的实际测量和结果计算产生偏差。为了消除、减小上述误差产生的影响, 提高大气透过率测量精度, 在实际测量时, 根据测量原理, 可采用分段测量、对比计算的方法, 完成大气透过率的测量。即将所测量的距离R分成若干段, 用辐射计在各距离段上对目标光源进行测量, 之后通过对比计算的数学处理方法, 消去各段所测数据中的一部分参数, 这样就消除了这些参数误差对计算结果的影响, 从而大大提高了测量精度。
图1是将测量距离R分为两段时, 大气透过率测量原理示意图。
图中L为红外光源, 发射角为θ, 辐射面积为S;M为红外辐射测量仪器。A、B两点间的距离为R, 为了测量A、B两点之间的大气透过率τλ, 在A、B之间选一点O, 设:AO=R1;OB=R2;AB=R1+R2=R;AO间的大气透过率为τ1λ;OB间的大气透过率为τ2λ;AB间的大气透过率为τλ。。
测量时, 分别按图1 (a) 、图1 (b) 和图1 (c) 布站。当按图1 (a) 所示布站时, 将红外光源放在A点, 辐射计放在O点, 对红外光源进行测量, 测得的信号电压为V1, 根据 (6) 式可推导得出:
按图1 (b) 所示, 将红外光源放在O点, 辐射计放在B点, 对红外光源进行测量, 测得的信号电压为V2, 则有:
按图1 (c) 所示布站, 将红外光源L放在A点, 光谱仪M放在B点, 对红外光源进行测量测得的信号电压为V则有:
因为路程R上的大气透过率τ等于路程R1上的大气透过率τ1λ乘以路程R2上的大气透过率τ2λ, 可得
同理, 将 (8) 、 (9) 式进行对比计算, 可得
分别将 (11) 、 (12) 式中的结果代入 (10) 式中可得:
公式 (13) 是将距离分为两段测量, 通过对比计算推导得出的大气透过率计算式, 根据上式可知, 采用分段测量对比计算方法, 得出的大气透过率值中, 消除了光源辐射出射度误差△Mλ、面积误差△S0、发射角误差△θ和测量仪器标定误差△K的影响, 使测量精度大大提高。
当将距离分成n段测量时, 这时R=R1+R2+...+Rn, 根据上述分析可得:
根据测量的大气透过率值τλ, 即可求出测量现场的大气衰减系数σ:
运用这种方法, 可对局部地区 (如试验场) 在不同季节、不同气象条件下的大气透过率进行多次测量, 通过对测量数据的统计处理, 可掌握不同气象条件的大气衰减情况, 为目标红外辐射测量的大气修正提供基础数据。
3 结论
本文基于红外辐射测量原理, 提出了一种大气透过率实测方法, 该方法通过实测测量现场大气透过率, 及时掌握大气衰减情况, 用实测值取代计算值, 对红外辐射测量结果进行修正, 消除了由于选用的大气模型与实际测量环境存在差别而对大气衰减修正产生的误差, 实现了对目标与红外系统之间大气透过率的高精度测量, 提高了目标红外辐射测量精度。
摘要：目标红外辐射特性测量是目标特征获取和识别的重要手段之一, 而大气透过率是大气中目标辐射测量必需的一个环节。分析了大气环境中红外辐射大气透过率的各种影响因子, 针对测试场条件下如何提高目标红外辐射能量测量精度, 对大气透过率的测量方法进行了分析研究, 提出了外场环境条件下, 大气透过率的一种实测的方法。
关键词：红外辐射,大气环境,大气透过率,测量方法
参考文献
[1]车念曾, 闫远达.辐射度学和光度学[M].北京:北京理工大学出版社, 1990:323-325.
[2]何照才.光学测量系统[M].北京:国防工业出版社, 2002:186-188.
[3]陈玻若.红外系统[M].北京:国防工业出版社, 1988:12-13.
[4]红外系统[M].北京:国防工业出版社, 1988:12-13.
红外热透过率 篇3
大多数红外辐射测量系统必须通过地球大气才能观察到目标,所以从目标来的辐射功率在到达红外传感器前,会被大气中某些气体有选择地吸收,也会被大气中悬浮的微粒散射.根据分子物理学理论,大气中的主要吸收气体有水蒸气、二氧化碳、臭氧、甲烷、氧化氮、一氧化碳等.而使红外辐射产生散射的主要成分是气溶胶和云雨滴,它们包括云、雾、雨、冰晶、尘埃、碳粒子、烟、盐晶粒以及微小的有机生命体.吸收、散射虽然机理不同,其作用结果均使辐射功率在传输过程中发生了衰减[1].
为了使红外辐射测量系统的输出反应真实的目标辐射特征,必须对实测得的值进行修正,以补偿被大气衰减掉的部分.所以,必须计算出红外线的大气透过率.
1 常用大气透过率计算方法和软件
大气传输的计算早期都用查表的方法.如水平观察路径的大气透过率可通过查海平面水平路程上主要吸收气体水蒸气、二氧化碳的光谱透过率表.由于二氧化碳成分变化不大,它的透过率可直接查表.水蒸气是大气的可变成分,它的吸收与气温、相对湿度有关,即与反映每千米可凝水量的绝对湿度有关.
查表法对大气传输模型做了大量简化,也未考虑散射,计算繁复,精度较差,已很少使用.目前,工程广泛利用现有的大气传输计算软件,常用的大气传输计算软件有:
(1) LOWTRAN(LOW resolution TRANsmi-ssion)
LOWTRAN是美国空军地球物理实验室开发的大气效应计算软件,用于计算低频谱分辨率(20 cm-1)系统给定大气路径的平均透过率和路程辐射亮度.目前最高版本为1989年发布的LOWTRAN 7.
LOWTRAN 7的主要优点是计算迅速,结构灵活多变,选择内容包括:大气中气体或分子的分布及大型的粒子.后者还包括大气气溶胶(灰尘、霾和烟雾)以及水汽(雾、云、雨).由于LOWTRAN中所用的近似分子谱带模型的限制,对40 km以上的大气区域,精度严重下降.LOWTRAN主要作为工作于下层大气和地表面战术系统的辅助工具.
(2)MODTRAN(MODerate resolution TRANsmission)
MODTRAN的目的在于改进LOWTRAN的光谱分辨率,它将光谱的半宽度由LOWTRAN的20 cm-1减小到2 cm-1.
(3)FASCODE(FASt high resolution CODE)
FASCODE适用于研究精确的单色波长和激光大气传输问题.
2 用LOWTRAN 7进行大气传输计算
前面介绍的LOWTRAN 7软件是一种低分辨率大气透过率的计算软件.它是在带基模型基础上引入严谨的经验数据进行计算的.其在整个波谱的分辨率大约为20 cm-1,这对一般的红外系统应用已能满足要求,而且比较简单实用.
由于LOWTRAN 7主程序是一个DOS可执行文件,且其输入参数复杂繁多,不便于直接应用.虽然现在有很多与LOWTRAN 7进行接口的WINDOWS软件,它们将LOWTRAN 7的各个参数用可选菜单和文本框的形式进行了封装,用户可以很直观地输入各种参数,程序可以以图形和其他方式给出结果.但这些软件都是独立程序,很难进行集成应用,所以要想在专用的测试系统中自动实时计算出透过率值,必须对LOWTRAN 7的输入输出文件进行分析,以便在专用测试软件中直接调用计算结果.
2.1 实验室内的大气条件
一般来说,实验内的大气可近似认为是各处压强相等的清洁大气,清洁大气是指只含有水蒸气而不含液态和固态杂质的大气.对于处在这样大气条件的红外辐射测试系统来说,被测目标的红外辐射只需考虑气体吸收所带来的衰减,而无气溶胶衰减.大气压力可认为是标准大气压.红外传输路径一般为水平路径,长度只有数十米量级.在近地大气中的各种吸收组分中,只有水蒸气的含量是可变的,其他成分含量是相对固定的.
以上即是实验室内的基本大气条件,计算大气透过率时,将根据以上条件对各种参数进行取值.
2.2 LOWTRAN 7的数据输入格式
LOWTRAN 7的数据输入文件是一个名为tape5的文本文件,其中包括5个数据卡片,有些卡片又包含若干子卡片[2].下面详细介绍每个卡片的数据内容及其格式.
(1)卡片1
MODEL,ITYPE,IEMSCT,IMULT,M1,M2,M3,M4,M5,M6,MDEF,IM,NOPRT,TBOUND,SALB
MODEL 大气模型(0～7);ITYPE 路径形式;IEMSCT 程序运行模式;IMULT 散射模式;M1,M2,M3,M4,M5,M6,MDEF 这些参数用来修改或补充大气的密度、气压、温度的垂直廓线,水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳等吸收组分的垂直廓线;IM 数据读入模式;NORPT 输出模式;TBOUNTD 地表温度(K);SALB 地表发射率.
(2)卡片2
IHAZE,ISEASN,IVULCN,ICSTL,ICLD,IVSA,VIS,WSS,WHH,RAINRT,GNDALT
IHAZE 衰减类型;ISEASN 季节性气溶胶分布;IVULCN 气溶胶分布和衰减类型;ICSTL 气团参数;ICLD 云模式;IVSA 边界气溶胶模式;VIS 气象视距;WSS 当前风速;WHH 24 h平均风速;RAINRT 降雨速率;GNDALT 地面海拔高度(km).
卡片2有一系列的子卡片,需要输入数据的卡片有卡片2C 和卡片 2C1.
(3)卡片2C
ML,IRD1,IRD,TITLE
ML 路径上的大气阶数;IRD1,IRD2 读取CARD 2C2和CARD 2C3R 的标志位;TITLE 自定义的大气模式名称.
(4)卡片2C1
ZMDL,P,T,WMOL(1),WMOL(2),WMOL(3),JCHAR
ZMDL 当前大气层的海拔高度(km);P 压力(ATM);MOL(1) 湿度 (%);MOL(2) 二氧化碳浓度;MOL(3) 臭氧浓度;JCHAR 压强、温度水及蒸气的计量单位标识.
(5)卡片3
H1,H2,ANGLE,RANGE,BETA,RO,LEN
H1,H2 初始高度(km)、终点高度(km);ANGLE 初始天顶角;RANGE 路径长度(km);BETA 地心角;RO 地球半径;LEN 程序操作模式;对于此行数据,当ITYPE=1时,程序仅读取H1和RANGE.
(6)卡片4
V1,V2,DV
V1 频率下限(cm-1) 取V1=2 000.000;V2 频率上限(cm-1) 取V2=3 333.333;DV 频率间隔(cm-1) 取DV=5.000;
(7)卡片5
IRPT FORMAT(I5)
程序运行停止标志,通常取IRPT=1.
结合实验室内的大气条件对以上参数进行取值,每个卡片数据为一行,共有7行参数数据,将其存入名为tape5的文本文件,内容如下:
2.3 LOWTRAN 7的数据输出格式
把tape5文件放在LOWTRAN.exe所在目录,运行程序,可得到一个文件名为tape6的输出文件,具有如下格式的内容,其包含了3～5 μm波段内,每个步长处各种组分的透过率,最后有总的平均透过率:
tape 6文件很长,以上只取了它的开头和结尾的一部分,但所关心的只是它最后部分的“AVERAGE TRANSMITTANCE = 0.731 3”,这个就是最终所要得到的平均透过率.
3 LOWTRAN 7的集成应用
以上知道了LOWTRAN程序的输入输出格式,可以通过手工构建数据输入文件来计算大气透过率.显然,这种方法虽可行,但极不方便,每次计算都必须事先手工生成参数文件,输入复杂,易错,无法满足现代红外辐射测量系统中高实时性的工作需求,为此,设计一种能自动适应实验室内大气条件变化的,实时的,可方便嵌入到各种红外辐射测量系统的的大气透过率计算方法势在必行.以下介绍一种实现方法.
3.1 基本原理
因为实验室内的大气条件相对稳定,大多数大气参数恒定不变,变化较大的只有温度和湿度,所以温度和湿度参数必须是实时采集的,其他参数可固化到程序里.其原理如图1所示.
3.2 软件详细流程及核心代码
根据LOWTRAN 7软件的数据输入输出格式和它的工作方式,透过率计算子程序详细流程如图2所示.
在Delphi 6 下实现以上流程的核心代码如下:
以上是用Delphi 6 实现的透过率计算子程序,其代码短小,计算速度快,准确度高,可方便嵌入到各种实际应用的红外辐射测量系统中.
4 结 束 语
红外大气传输的计算是红外技术的一个重要的研究领域,由于大气环境的复杂多变,计算红外大气传输的理论算法也很繁琐.通过将LOWTRAN 7软件嵌入到面向对象的高级语言Delphi 6中,得到了一种简单方便的计算红外大气传输的方法,可直接应用于各种红外辐射测量系统.
参考文献
[1]张建奇,方小平.红外物理[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.
[2]Kneizys F X,Shettle E P,Abreu L W,et al.User guideto LOWTRAN7[M].Air Force Geophysics Laboratory,Hanscom,AFB,MA01731,1988.