為a，對(duì)單層纖維織物 測(cè)量時(shí)，毫米波輻射計(jì)測(cè)量得到的亮溫Tts包括纖維織物自身的輻射亮溫a T ^與天空輻射 經(jīng)纖維織物透射后的亮溫tTs以及圓筒內(nèi)部環(huán)境輻射經(jīng)纖維織物反射后的亮溫，即：
[0046] Tts= a T 〇+tTs+ p T〇 (2)
[0047] 根據(jù)能量守恒定理，纖維織物透射率、反射率及輻射率滿足：
[0048] a +p +t= 1 (3)
[0049] 由公式（2)、⑶得到纖維織物透射率t:
[0051] 步驟4、在單層纖維織物上再增加材質(zhì)相同的一層纖維物，并重復(fù)步驟1和步驟2， 得到的雙層纖維織物輻射亮溫為T td;
[0052] 步驟5、由于雙層纖維織物的材質(zhì)相同，因此兩者的透射率、吸收率及反射率相等； 對(duì)雙層纖維織物進(jìn)行測(cè)量時(shí)，毫米波輻射計(jì)的測(cè)量亮溫包括天空輻射、雙層纖維織物輻射 及圓筒內(nèi)部輻射；其中，天空輻射的亮溫包括天空經(jīng)過兩層纖維織物透射后的亮溫及在兩 層纖維織物之間經(jīng)過多次反射透射的亮溫，具體表達(dá)式如下：
[0054] 其中，n為反射次數(shù)；
[0055] 上層纖維織物的輻射亮溫包括自身輻射經(jīng)過下層纖維織物透射后的亮溫，以及上 層纖維織物輻射在兩層纖維織物之間經(jīng)過多次反射透射的亮溫，其表達(dá)式為
[0057] 下層纖維織物的輻射亮溫包括纖維織物自身輻射亮溫，以及其在兩層纖維織物之 間經(jīng)過多次反射透射的亮溫，具體表達(dá)式為：
[0059] 圓筒內(nèi)部輻射亮溫包括內(nèi)部輻射經(jīng)過下層纖維織物的反射亮溫以及在兩層纖維 織物之間經(jīng)過多次反射透射的亮溫，其表達(dá)式可寫為：
[0061] 由公式（5)-(8)得到毫米波輻射計(jì)對(duì)雙層纖維織物的觀測(cè)亮溫Ttd:
[0063] 由公式（3)_⑷及公式（9)可得：
[0066] a=1- p - t
[0067] 得到待測(cè)纖維織物的透射率t，反射率p和輻射率a。
[0068] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0069] 實(shí)施例
[0070] 本實(shí)施例所使用輻射計(jì)的天線為卡塞格倫天線，口徑為130mm，主波束寬度為 3. 9°，增益為30dB，工作頻率為32~36GHz ;輻射計(jì)系統(tǒng)中心頻率為34. 5GHz，系統(tǒng)帶寬 為2GHz，積分時(shí)間為0. ls，靈敏度為0. 3K ;圓筒直徑為200mm，高度為100cm，內(nèi)表面粘貼尖 劈狀的吸波材料；為確保長方形框架的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免長方形框架與圓筒造成摩擦，第一平 面與第二平面之間存在l〇mm的間隙。轉(zhuǎn)臺(tái)所使用電機(jī)為兩相四線的步進(jìn)電機(jī)，步距角為 1. 8°。數(shù)據(jù)采集卡具有2個(gè)采集通道，量程為0~10V，采樣頻率為200Hz，分辨率為16位。
[0071] 伺服系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)并帶動(dòng)支桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，使得纖維織物、吸波材料、天空分別 處于圓筒的正上方，利用雙通道數(shù)據(jù)采集卡采集毫米波輻射計(jì)直流通道輸出電壓及交流通 道輸出電壓并得到對(duì)應(yīng)的直流通道與交流通道電壓比數(shù)據(jù)如圖4所示。溫度計(jì)測(cè)量得的環(huán) 境溫度為28°C ;根據(jù)輻射計(jì)定標(biāo)方程，得到纖維織物的反射率為0. 47、輻射率為0. 17、透射 率為0. 36。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種纖維織物毫米波福射特性的測(cè)量裝置，其特征在于，包括圓筒、毫米波福射計(jì)、 支撐架、長方形框架、轉(zhuǎn)臺(tái)、支桿、伺服控制器、數(shù)據(jù)采集卡、溫度計(jì)和計(jì)算機(jī)； 所述圓筒和轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)置在第一平面上，圓筒母線與第一平面垂直，圓筒頂部開口，側(cè)面內(nèi) 壁鋪滿吸波材料；所述轉(zhuǎn)臺(tái)頂部與支桿的一端活動(dòng)連接，支桿的另一端與框架的中屯、固定 連接，所述長方形框架由邊長與圓筒直徑相等的=個(gè)正方形框架組成，=個(gè)正方形框架均 位于第二平面，所述第二平面與第一平面平行，且第二平面高于圓筒頂部平面，兩側(cè)的正方 形框架分別設(shè)置有吸波材料和纖維織物；所述伺服控制器的輸入端與計(jì)算機(jī)相連，輸出端 與轉(zhuǎn)臺(tái)相連，用于控制長方形框架轉(zhuǎn)動(dòng)，兩側(cè)正方形框架的中屯、點(diǎn)在第二平面轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)成圓 形軌跡，所述圓筒中屯、在第二平面的投影位于該圓形軌跡上； 所述支撐架設(shè)置在圓筒內(nèi)部，毫米波福射計(jì)設(shè)置在支撐架上，毫米波福射計(jì)的天線正 對(duì)圓筒頂部開口，且天線頂部不高于圓筒頂部開口所在平面；所述溫度計(jì)設(shè)置在毫米波福 射計(jì)表面，用于測(cè)量圓筒內(nèi)部環(huán)境溫度； 所述毫米波福射計(jì)與數(shù)據(jù)采集卡的輸入端相連，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與計(jì)算機(jī)相連， 將采集的電壓信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維織物毫米波福射特性的測(cè)量裝置，其特征在于，所述毫 米波福射計(jì)包括天線、定向禪合器、噪聲源、噪聲源調(diào)制器、低噪聲放大器、帶通濾波器、平 方律檢波器、視頻放大器、隔直電容、同步檢波器、第一積分器和第二積分器； 所述定向禪合器的第一輸入端與天線相連，第二輸入端與噪聲源的輸出端連接，定向 禪合器的輸出端與低噪聲放大器的輸入端相連，低噪聲放大器的輸出端經(jīng)帶通濾波器后與 平方律檢波器的輸入端相連，平方律檢波器的輸出端分為直流、交流兩個(gè)通道，其中直流通 道經(jīng)視頻放大器將視頻信號(hào)放大后再通過第一積分器輸出直流通道信號(hào)；交流通道經(jīng)隔直 電容實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔直并輸入到同步檢波器，同步檢波器的輸出端與視頻放大器連接，放大后 的視頻信號(hào)經(jīng)第二積分器輸出交流通道信號(hào)；噪聲源調(diào)制器用于產(chǎn)生噪聲調(diào)制信號(hào)，分別 與噪聲源、同步檢波器的輸入端相連。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維織物毫米波福射特性的測(cè)量裝置，其特征在于，所述 纖維織物為單層或雙層纖維織物，且纖維織物層之間的高度通過墊片厚度進(jìn)行調(diào)整。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維織物毫米波福射特性的測(cè)量裝置，其特征在于，所述 長方形框架上的吸波材料為尖劈形吸波材料，且尖劈方向朝下。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維織物毫米波福射特性的測(cè)量裝置，其特征在于，所述 支撐架為高度可手動(dòng)調(diào)整的=腳架。6. -種基于權(quán)利要求1或2所述纖維織物毫米波福射特性的測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其 特征在于，包括W下步驟： 步驟1、數(shù)據(jù)采集卡采集毫米波福射計(jì)直流通道輸出電壓及交流通道輸出電壓，得到纖 維織物、吸波材料和天空分別處于圓筒的正上方時(shí)對(duì)應(yīng)的直流通道與交流通道電壓比，溫 度計(jì)測(cè)得環(huán)境物理溫度； 步驟2、根據(jù)毫米波福射計(jì)定標(biāo)方程確定天空亮溫及單層纖維織物亮溫； 步驟3、根據(jù)能量守恒定理得到纖維織物的透射率； 步驟4、單層纖維織物上增加材質(zhì)相同的一層纖維物，重復(fù)步驟1和步驟2,得到雙層纖 維織物福射亮溫； 步驟5、根據(jù)單層纖維織物亮溫和雙層纖維織物福射亮溫確定纖維織物的反射率和福 射率。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的纖維織物毫米波福射特性的測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在 于，步驟2所述的毫米波福射計(jì)定標(biāo)方程為： Tx=a化x_k〇)+T。 （1) 式中，a為毫米波福射計(jì)定標(biāo)常數(shù)，k,、k。分別為待測(cè)纖維織物、吸波材料的直流通道與 交流通道輸出電壓比，L為待測(cè)目標(biāo)亮溫； 將天空和纖維織物的直流通道與交流通道輸出電壓比ks、kt代入上式，得到天空亮溫Ts及單層纖維織物亮溫Tb。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的纖維織物毫米波福射特性的測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在 于，步驟3所述的根據(jù)能量守恒定理得到纖維織物透射率，具體為： 設(shè)待測(cè)纖維織物透射率為T，反射率為P，福射率為a，毫米波福射計(jì)測(cè)量得到的單 層纖維織物亮溫Tb包括纖維織物自身的福射亮溫aT。、天空福射經(jīng)纖維織物透射后的亮 溫tTsW及圓筒內(nèi)部環(huán)境福射經(jīng)纖維織物反射后的亮溫PT。，即： Tts=aT〇+TTs+PT〇 似 其中，T。為溫度計(jì)測(cè)量的環(huán)境物理溫度； 根據(jù)能量守恒定理，纖維織物透射率、反射率及福射率滿足： 曰+ P+T= 1 (3) 由公式（2)、（3)得到纖維織物透射率T;(4)9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的纖維織物毫米波福射特性的測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在 于，步驟5所述的根據(jù)單層纖維織物亮溫和雙層纖維織物福射亮溫確定待測(cè)纖維織物的透 射率、反射率和福射率，具體為； 雙層纖維織物的材質(zhì)相同，兩者的透射率、吸收率及反射率相同，對(duì)雙層纖維織物進(jìn)行 測(cè)量時(shí)，毫米波福射計(jì)的測(cè)量亮溫包括天空福射、雙層纖維織物福射及圓筒內(nèi)部福射； 其中，天空福射的亮溫包括天空經(jīng)過兩層纖維織物透射后的亮溫及在兩層纖維織物之 間經(jīng)過多次反射透射的亮溫，具體表達(dá)式為：上層纖維織物的福射亮溫包括自身福射經(jīng)過下層纖維織物透射后的亮溫，W及上層纖 維織物福射在兩層纖維織物之間經(jīng)過多次反射透射的亮溫，其表達(dá)式為下層纖維織物的福射亮溫包括纖維織物自身福射亮溫，W及在兩層纖維織物之間經(jīng)過 多次反射透射的亮溫，具體表達(dá)式為：圓筒內(nèi)部福射亮溫包括內(nèi)部福射經(jīng)過下層纖維織物的反射亮溫w及在兩層纖維織物 之間經(jīng)過多次反射透射的亮溫，其表達(dá)式為：由公式巧)-(8)得到毫米波福射計(jì)對(duì)雙層纖維織物的觀測(cè)亮溫Ttd;即得到待測(cè)纖維織物的透射率T，反射率P和福射率a。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種纖維織物毫米波輻射特性的測(cè)量裝置及測(cè)量方法，該裝置包括圓筒、毫米波輻射計(jì)、支撐架、長方形框架、轉(zhuǎn)臺(tái)、支桿、伺服控制器、數(shù)據(jù)采集卡、溫度計(jì)和計(jì)算機(jī)；測(cè)量時(shí)，伺服控制器控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)使毫米波輻射計(jì)天線分別對(duì)準(zhǔn)吸波材料、纖維織物和天空進(jìn)行測(cè)量，由數(shù)據(jù)采集卡采集對(duì)應(yīng)的毫米波輻射計(jì)輸出信號(hào)，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)纖維織物的毫米波輻射特性測(cè)量。本發(fā)明無需在暗室中進(jìn)行測(cè)量，顯著降低了測(cè)量環(huán)境和測(cè)量設(shè)備要求，成本低，操作簡(jiǎn)單方便，提高了纖維織物輻射特性的測(cè)量精度。
【IPC分類】G01R31/00
【公開號(hào)】CN104931816
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510290191
【發(fā)明人】吳禮, 謝蓬丹, 蔣張濤, 王磊, 徐峰, 彭樹生, 肖澤龍, 許建中
【申請(qǐng)人】南京理工大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年5月31日