2017年第36卷第6期）研究与探讨
传感器与微系统（Transducerand MicrosystemTechnologies）
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DOI:10.13873/J.10009787(2017)060007-03
Monte-Carlo法的黑体腔高温传感器有效发射率研究*
邢婷婷",3，沈久利"，蔡璐璐"2
（1.燕山大学电气工程学院，河北秦皇岛066004；
2.燕山大学测试计量技术及仪器河北省重点实验室，河北秦皇岛066004；
3.唐山工业职业技术学院，河北唐山063299）
摘要：基于Monte-Carlo法建立了圆筒形黑体空腔模型，对黑体空腔模型的有效发射率进行计算，分析了不同腔体几何结构、腔体材料发射率、探测器距腔口距离等因素对黑体腔有效发射的影响，并与有限元分析法所得结果进行对比。结果表明：由Monte-Carlo法得到的结果与有限元分析法基本符合，即长径
比较大、孔径比较小、腔体材料发射率较大时，黑体腔有效发射率较大。关键词：发射率；Monte-Carlo法；有限元分析法；黑体腔
中图分类号：TH811
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2017)06-0007-03
Researchoneffectiveemissivityofblackbodycavityhigh temperature sensor based on Monte-Carlo method
XING Ting-ting'a, SHEN Jiu-li', CAI Lu-lu',,
(1. School of Electrical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China : 2. Key Laboratory of Measurement Technology and Instrumentation of Hebei Province Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China; 3.Tangshan Polytechnic College,
Tangshan 063299, China)
Abstract: Based on the Monte-Carlo method, cylindrical blackbody cavity model is established, effective emissivity of blackbody cavity model is calculated, analyze impact of different cavity geometry structure, emissivity of cavity materials, distance from detector and other factors on black body cavity effective emissivity, and compare with the results obtained by finite element analysis method. The results show that the results obtained by Monte-Carlo method are in accord with that by finite element analysis method, namely the longer diameter is larger, the aperture ratio is smaller, the cavity material emissivity is larger, while blackbody cavity has larger effective emissivity.
Key words: emissivity; Monte-Carlo method; finite element analysis method; blackbody cavity
0引言
黑体腔在高温测量特别是瞬态高温测量等领域被广泛应用，有效发射率是它的一个重要性能参数，用于评定该腔体与理想黑体辐射特性的接近程度[1,2]。然而，有效发射率的精确测量比较困难，所以通常采用理论计算的方法，常用的计算方法有多次反射法、积分方程法、有限元分析法和 Monte-Carlo法。
早年间就有相关研究人员开展对于黑体腔有效发射率的计算，1996~1997年，张宏和黄东涛都采用Monte-Carlo 法建立了黑体空腔发射率的数学模型，分别解决了黑体空
收稿日期：2016-06-21
*基金项目：河北省自然科学基金资助项目（E2014203182）
腔发射率数学建模求解困难和环境辐射对于腔体发射影响的问题(3.4)。2010年，蔡璐璐设计了基于黑腔体特性的光纤高温测试系统，建立了黑腔体传感器积分发射率和表面有效发射率的数学模型，分析了黑体腔几何尺寸对腔表面各点有效发射率分布的影响[5]。2013年，徐赛锋设计了开口式高温黑体辐射源，完成了黑体辐射源空腔有效发射率计算["]。2015年，吴飞等人采用积分方程理论对黑体腔的几何参数进行研究，同时应用有限元热分析方法模拟黑体腔动态测温过程，分析了各个参数对黑体腔有效发射率。接收器稳态温度、动态响应时间的影响[7.8]。