一种纤维织物的毫米波辐射特性测量装置及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及纤维织物辐射特性测试技术，特别是一种纤维织物的毫米波辐射特性 测量装置及测量方法。
【背景技术】
[0002] 自然界的所有物质，只要在绝对零度以上，在整个电磁波谱上都会向外辐射电磁 能量。自然界中实际物体的辐射特性较为复杂，它不仅跟物体表面或内部的几何特性有关， 还与物体内部媒质的介电常数分布有关，因此难以像描述理想黑体那样精确地描述实际物 体。物体的辐射特性主要用发射率参数进行描述，一般来说介电常数或导电率越高的物体， 其发射率越低，反射率则越高。
[0003] "毫米波对人体隐匿物品辐射成像研宄"（肖泽龙，南京理工大学博士学位论文， 2007)介绍了利用电波暗室中天线测试系统AV3635的收发组件及矢量网络分析仪等设备 对羊毛衫、涤纶布、棉外套、雨披、深蓝布以及浅蓝布等六种不同材质、不同厚度的衣物进行 毫米波透射率测试，获取上述衣物在Ka波段及W波段的部分实验数据。但是该测量方法仅 仅测量了不同材质、不同厚度衣物的透射率，并未实现衣物的毫米波发射率的测量，且该方 法需在电波暗室中进行，存在测试环境要求严格、成本高、操作复杂、繁琐等问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种纤维织物的毫米波辐射特性测量装置及测量方法，解 决目前纤维织物材料辐射特性测量存在的方法复杂、测量设备及环境要求高、精度较低的 问题。
[0005] 实现本发明目的的技术方案为：一种纤维织物毫米波辐射特性的测量装置，包括 圆筒、毫米波辐射计、支撑架、长方形框架、转台、支杆、伺服控制器、数据采集卡、温度计和 计算机；
[0006] 所述圆筒和转台设置在第一平面上，圆筒母线与第一平面垂直，圆筒顶部开口，侧 面内壁铺满吸波材料；所述转台顶部与支杆的一端活动连接，支杆的另一端与框架的中心 固定连接，所述长方形框架由边长与圆筒直径相等的三个正方形框架组成，三个正方形框 架均位于第二平面，所述第二平面与第一平面平行，且第二平面高于圆筒顶部平面，两侧的 正方形框架分别设置有吸波材料和纤维织物；所述伺服控制器的输入端与计算机相连，输 出端与转台相连，用于控制长方形框架转动，两侧正方形框架的中心点在第二平面转动构 成圆形轨迹，所述圆筒中心在第二平面的投影位于该圆形轨迹上；
[0007] 所述支撑架设置在圆筒内部，毫米波辐射计设置在支撑架上，毫米波辐射计的天 线正对圆筒顶部开口，且天线顶部不高于圆筒顶部开口所在平面；所述温度计设置在毫米 波辐射计表面，用于测量圆筒内部环境温度；
[0008] 所述毫米波辐射计与数据采集卡的输入端相连，数据采集卡的输出端与计算机相 连，将采集的电压信号发送给计算机。
[0009] 一种纤维织物毫米波辐射特性的测量方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤1、数据采集卡采集毫米波辐射计直流通道输出电压及交流通道输出电压， 得到纤维织物、吸波材料和天空分别处于圆筒的正上方时对应的直流通道与交流通道电压 比，温度计测得环境物理温度；
[0011] 步骤2、根据毫米波辐射计定标方程确定天空亮温及单层纤维织物亮温；
[0012] 步骤3、根据能量守恒定理得到纤维织物的透射率；
[0013] 步骤4、单层纤维织物上增加材质相同的一层纤维物，重复步骤1和步骤2,得到双 层纤维织物辐射亮温；
[0014] 步骤5、根据单层纤维织物亮温和双层纤维织物辐射亮温确定纤维织物的反射率 和辐射率。
[0015] 本发明与现有技术相比，其显著效果为：
[0016] (1)本发明的测量装置和测量方法无需在暗室中进行测量，显著降低了测量设备 和环境要求，操作简单方便，同时具有成本低、效率高的优点；
[0017] (2)本发明的测量装置和测量方法不仅可实现纤维织物的辐射特性测量，还可实 现纤维织物的反射、透射特性的测量；
[0018] (3)本发明的测量装置和测量方法通过测量两层纤维织物使得测量误差分摊到每 一层，进而提高了纤维织物辐射特性的测量精度。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明纤维织物毫米波辐射特性测量装置一实施方式的结构示意图。
[0020] 图2是图1实施例中长方形框架的结构示意图。
[0021] 图3是图1实施例中毫米波辐射计结构框图。
[0022] 图4是本发明实施例中的辐射计系统输出测量数据波形图。
【具体实施方式】
[0023] 当电磁波照射纤维织物时，一部分电磁波被反射，一部分被吸收，另一部分被透 射，根据能量守恒定理，入射功率Wi的平衡条件是：
[0024] Wi=WP+Wa+ffT
[0025] 式中，Wp、Wa、WT分别表示反射功率、吸收功率和透射功率；
[0026] 将化归一化可得：
[0029] 由基尔霍夫定律可知，物体的吸收率等于发射率，即a=e，因此在测量得到反 射率、透射率的基础上可以由下式得到目标的发射率：
[0030] ￡ = 1-P-t
[0031] 结合图1，一种纤维织物毫米波辐射特性的测量装置，包括长方形框架1，吸波材 料2、5,纤维织物3,圆筒4,毫米波辐射计6,支撑架7,数据采集卡8,计算机9,支杆10,转 台11，伺服控制器12以及温度计13 ;其中，支撑架采用高度可手动调整的三脚架；
[0032]圆筒4和转台11均置于第一平面上，圆筒母线与第一平面垂直，圆筒顶部开口，侧 面内壁铺满吸波材料5 ;所述转台11顶部与支杆10的一端活动连接，支杆10的另一端与 长方形框架1的中心固定连接；
[0033] 结合图2,长方形框架2由边长与圆筒4直径相等的第一正方形框架1. 1、第二正 方形框架1. 2及第三正方形框架1. 3依次拼接而成，三个正方形框架均位于第二平面，第二 平面与第一平面平行，且第二平面高于圆筒顶部平面；其中第一正方形框架1. 1的四角各 装有长螺钉并配置垫片，实现单层或双层纤维织物的固定，并可通过调节垫片厚度以调整 纤维织物各层之间的高度；第二正方形框架1. 2中心装有一横条1. 4,且长方形框架1通过 横条1. 4的中心定位孔使用螺钉实现与转台支杆之间的固定；第三正方形框架1. 3用于安 装吸波材料2,安装时吸波材料尖劈方向朝下。
[0034] 伺服控制器12的输入端与计算机相连，输出端与转台相连，用于控制长方形框架 转动，两侧正方形框架的中心点在第二平面转动构成圆形轨迹，所述圆筒中心在第二平面 的投影位于该圆形轨迹上；
[0035] 支撑架7设置在圆筒内部，毫米波辐射计6设置在支撑架上，毫米波辐射计6的天 线正对圆筒顶部开口，且天线顶部不高于圆筒顶部开口所在平面；所述温度计设置在毫米 波辐射计表面，用于测量圆筒内部环境温度；
[0036] 毫米波福射计6与数据采集卡8的输入端相连，数据采集卡8的输出端与计算机 9相连，将采集的电压信号发送给计算机9。
[0037] 结合图3,毫米波辐射计6包括天线6.1、定向耦合器6.2、噪声源6.3、噪声源调制 器6.4、低噪声放大器6.5、带通滤波器6.6、平方律检波器6.7、视频放大器6.8、隔直电容 6. 9、同步检波器6.10、第一积分器6.11和第二积分器6.12 ;
[0038] 定向親合器6. 2的第一输入端与天线6. 1相连，第二输入端与噪声源6. 3的输出 端连接，定向親合器6. 2的输出端与低噪声放大器6. 5的输入端相连，低噪声放大器6. 5的 输出端经带通滤波器6. 6后与平方律检波器6. 7的输入端相连，平方律检波器6. 7的输出 端分为直流、交流两个通道，其中直流通道经视频放大器6. 8将视频信号放大后再通过第 一积分器6. 11输出直流通道信号；交流通道经隔直电容6. 9实现信号隔直并输入到同步 检波器6. 10,同步检波器6. 10的输出端与视频放大器6. 8连接，放大后的视频信号经第二 积分器6. 12输出交流通道信号；噪声源调制器6. 4用于产生噪声调制信号，分别与噪声源 6. 3、同步检波器6. 10的输入端相连。
[0039] 毫米波辐射计系统工作时，天线接收目标的热辐射信号通过定向耦合器6. 2实现 与受调制器调制的固态噪声源注入噪声的叠加。低噪声放大器6. 5将叠加后的信号进行放 大，其噪声系数决定了整个辐射计的系统噪声及系统灵敏度。带通滤波器6. 6的带宽决定 了辐射计系统带宽。直流通道、交流通道信号由数据采集卡8完成模数转换后，交由计算机 9实现纤维织物的辐射特性测量反演。
[0040] 基于该辐射特性测量装置的纤维织物辐射特性测量方法，包括下述步骤：
[0041] 步骤1、伺服控制器控制转台运转并带动支杆进行转动，使得长方形框架上的纤维 织物、吸波材料和天空分别处于圆筒的正上方，利用数据采集卡采集毫米波辐射计直流通 道输出电压及交流通道输出电压，并得到纤维织物、吸波材料和天空三种情况下对应的直 流通道与交流通道电压比分别为kt、&和k s;温度计测量得到的环境物理温度为T ^
[0042] 步骤2、根据毫米波辐射计定标方程
[0043] Tx= a(kx-k〇)+T〇 (1)
[0044] 式中，a为毫米波辐射计定标常数，分别为待测目标、吸波材料的直流通道与 交流通道输出电压比，1；为待测目标亮温，将k s、kt代入上式得到天空亮温T s及单层纤维织 物亮温Tts;
[0045] 步骤3、设待测纤维织物透射率为t，反射率为p，辐射率