光谱发射率是描述物体热辐射特性的一个重要参数,被广泛应用于辐射传热计算、光伏材料、航天器隔热、卫星遥感等领域。材料的发射率是一个易变的量,受温度、波长、粗糙度等诸多因素的影响。近年来,随着红外技术的飞速发展,现有的发射率数据在精确度,温度范围以及光谱范围等方面已经不能满足当前科研与实际应用等方面的要求。因此,精确测量宽光谱范围和宽温度范围内的材料发射率是至关重要的。发射率的测量方法分为量热法、能量法、反射法和多波长法。在诸多测量方法中,能量法因为测量精度高而受到人们的广泛关注。根据能量法的测量原理,样品辐射信号与黑体辐射信号在温度、波长、光路、环境等测量条件上应该保持一致,理想的情况应该是利用一个探测器同时测量某一时刻下的黑体辐射和样品辐射。然而,在现实的发射率测量过程中,实现这一目的并不容易。迄今为止报道的基于能量法所搭建的发射率测量设备,基本上都采用了分步骤依次测量样品辐射信号和黑体辐射信号的方式,通过平面镜,抛物面镜以及位移平台间的相互配合来实现信号的切换。然而,这种做法可能会对发射率的测量精度产生影响,因为切换光路会破坏样品与镜面间的传热,移动样品则会影响样品表面与环境之间的热平衡。本文基于一个积分球反射计建立了一套在受控环境下,仅用一个探测器就能同时测量黑体辐射和样品辐射的高精度方向光谱发射率测量装置,并对不同材料的辐射性质做了深入的研究。本文主要工作如下:1、基于能量法了建立了一套方向光谱发射率测量装置,该装置由样品加热炉、黑体、光路系统、信号采集系统四部分组成。其中样品加热炉和黑体属于装置中的辐射信号源;光路系统主要包括由孔径光阑、滤波片、离轴抛物面镜和积分球反射计;样品加热炉自带的旋转模块可实现对待测样品在不同角度下的辐射测量;信号采集系统的硬件部分包括一个探测器,两个斩波器和两台锁相放大器,分别用于辐射信号的采集,辐射信号调制和辐射信号解调放大,软件部分为基于Lab VIEW软件开发的,针对锁相放大器输出信号的采集和存储系统。2、系统地分析了可能影响实验装置测量精度的几个方面:黑体辐射腔内的温度均匀性,样品加热炉内的辐射分布,在极限测量角度条件下样品表面有效测量区域的温度分布,以及光路系统误差的光程差校准系数。3、针对所测量样品性质的不同,提出了两种用于确定样品表面温度的方法,并通过具体实验验证了测温方法的准确性。4、测量了硅、碳化硅、Armco铁以及纯铜等四种不同材质样品的发射率,验证了实验装置的可靠性,并将测量结果与被报导过的发射率测量数据进行对比,分析了实验测量结果,评估了装置测量不确定度。