消光材料的物理特性及消光系数的测试方法

维普资讯 http://www.cqvip.com 光电对抗与无源干扰　２ｏ０２年第３期　消光材料的物理特性及消光系数的测试方法＊　白　林　辛宇天　锦州　１２１０００）　（信息产业部电子第五十三研究所摘要叙述了消光材料的应用和研究现状及存在的问题。对消光材料的物理特性进行了分析，　提出了干扰不同波段时消光材料的粒子直径分布范围指标。根据辐射在介质中的传输是按指数规律衰　减的波盖耳定律和实际测试情况，提出了规范的消光系数测试步骤和计算方法。　关键词　消光材料物理特性消光系数　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｕｌｌｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａ１．　Ａｎｄ　ｉｎｖｏｌｖｅｄ　ｓｏｍｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｆｒｏｍ　ｉｔ．Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｕｌｌｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉｆｉａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｄｉａｒｎｅｔｒｅ　ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ　ｒａｎｇｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｕｌｌｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｗｈｅｎ　ｉｔ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｄ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｗａｖｅ　ｂａｎｄ．Ｉｎ　ｔｅｒｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ａｔ　ｔｈｅ　ｍｅｄｉｕｍｓ，ｗｈｉｃｈ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｂｏｕｇｖｅｒ　ｌａｗｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｄｅｘ　ｒｕｌｅｓ　ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅａｌｉｓｔｉｃ　ｔ，ｔｏ　ｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｔｅｐｓ　ａｎｄ　ｃａｉａｃｕｌａｔｉｏｎ　ｗａｙｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｕｌｌｉｎｇ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｕｌｌｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ；Ｐｈｙｓｉａｃｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ；Ｄｕｌｌｉｎｇ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　１　概述　点。消光材料以其对激光和热红外波段良好的遮　蔽效果，日益受到各国军方的重视。材料性能的　消光材料是指对光波能量具有较强的吸收、　测试，对消光材料的筛选有很大影响。也直接影　散射或反射作用的粉末物质。可遮蔽激光、可见　响对材料的选型使用。因此有必要对消光材料的　光、近红外、中远红外辐射。它是防激光或防红外　性能指标及各项性能指标的测试方法等进行研　发烟弹的核心装药，也是机械发烟机的最基本发　究，准确评价消光材料的性能。　烟材料，主要利用炸药或燃气轮机等动力源形成　的高温或高压气体源将消光材料分散到空中，形　２　消光材料的物理特性分析　成对激光或中远红外辐射的遮蔽。消光材料的遮　消光材料的物理特性，主要是粒子的形状和　蔽机理同常规烟剂一样，也是利用粒子的散射和　大小。材料微粒，一般认为是近似球形的。我们　吸收作用衰减电磁波辐射能量。消光材料的散开　通常引进散射效率，它是粒子的散射能量除以粒　速度快，分散过程一般不起化学反应，基本保持原　子的几何截面积所截获的能量。吸收效率是粒子　有材料的物理化学性质及粒子的几何形态。　每单位截面积所吸收入射光的能量。入射光消耗　在国外，消光材料主要采用爆炸布撒和机械　的总能量称为消光能量，它是散射能量和吸收能　喷洒两种成烟形式。目前越来越多地采用燃烧成　量的总和，即：消光效率口消＝口散＋口吸。　烟形式，选用的材料主要是对激光和中远红外有　如果粒子尺寸和光波波长量级相同，我们就可　强散射、反射、吸收的无机盐粉末、有机化合物粉　以应用米氏散射理论处理均匀介质球对平面波散射　末、金属粉、合金粉、镀金属空心微球等。随着光　和吸收的问题。利用边界条件解球体内部和外部的　电无源干扰技术的发展，以消光材料为基本组成　麦克斯韦方程，可求得吸收和散射公式，得出效率因　部分的“冷”烟幕已成为烟幕干扰技术的发展重　数　和折射系数ｍ的函数。其中，　＝ｒａ￣＇／Ａ，式中　＊　收稿１３期：２００２—０５—２０　ｌ７　维普资讯 http://www.cqvip.com 消光材料的物理特性及消光系数的测试方法　为粒子直径。图１给出碳粒消光效率。　消光系数测试步骤：　ａ）按图２所示布置测试。　图２　消光系数测试布置示意图　２　ｂ）　将激光器与功率计／能量计分别置于烟幕箱　的两侧，调整激光器的方向．使入射光斑照在功率　计／能量计的探测元件上．测试前应将功率计／｛ｊ皂　量计指示归零；　Ｃ）开动激光器，测试无消光材料时的能量ｒ　ｄ）抛撒重量为ｍ的消光材料，使其均匀散布在烟　图　Ｊ　ｍ：２．００（Ｉ一０．３３；）碳粒的消光效率…　幕箱中，测量不同时刻功率计／能量计的读数，（，）；　ｅ）重复ｂ）、ｃ）、ｄ）ｎ次。　按通常的习惯，将测量功率值改为能量值。按式　（１）计算消光材料的消光系数：　，．、从图１可以看出，当　＝　／Ａ＝２时，。消有　一个极大值：口消＝口散＋。吸＝３。　这就有：ｄ＝　／丌＝２Ａ／丌≈０．６４Ａ。即当　消光材料粒子的直径是干扰波长的０．６４倍时，效　果最好。由于考虑到获得单一直径粒子是不可能　ｌｎＩＩｌ—ｌｎＩ（ｔ）　——　一………………………　，ｌ、　，　。　的，所以通过计算取粒子直径在０，５Ａ～１，ＯＡ的　范围就能保证ａ消≥２．９。　这样，要干扰３Ｆｒｏ～５Ｆｒｏ波段，就要求消光　材料粒子直径在ｌ，５１２ｍ～５Ｆｒｏ的范围内；干扰　Ｃ＝ｍ／Ｖ……………………………………（２）　式中：ａ（ｔ）——对应ｔ时刻单位距离、单位质量浓　度的消光系数，ｍ２／ｇ；　１０——无消光材料时接受的光辐射能量（功　率）值（或功率计／能量计响应值），Ｊ；　Ｉ（ｔ）——对应ｔ时刻透过消光材料时接受的光　辐射能量（功率）值（或功率计／能量计响应值）　Ｉ　Ｃ——消光材料的质量浓度，ｇ／ｍ３；　ｒｎ——抛撒消光材料的重量，ｇ；　８Ｆｒｏ～１４Ｆｒｏ波段，就要求消光材料粒子直径在　４Ｆｒｏ～１４Ｆｒｏ。同时，考虑到材料加工等方面，　要求有５０％的粒子在此范围就可以了。　３消光材料的消光特性及消光系数的测试方法　消光材料的消光特性用消光系数表征。消光　系数是表征消光材料衰减光波能力的参数。消光　Ｖ——烟幕箱体积，　的长度），ｒｎ。　５　”　；　Ｌ——光波通过消光材料的长度（即烟幕箱　系数是消光材料最重要的一个性能指标。消光系　数的大小决定装备的性能，因此对消光系数的测　试一定要准确。根据波盖耳定律，辐射在介质中　传输是按指数规律衰减，即：，＝，。ｅ　【　。式　中，　是输入能量，Ｉ是输出能量，Ｌ为光通过消光　材料的距离，Ｃ为消光材料的质量浓度。ａ即为消　光材料的消光系数。　口　ｌ　ｌ　——————　—————一∑　∑ａ（—　一　、　ｔ）　　按式（３）计算消光材料的平均消光系数ａ：　参考文献　１辛庆章．悬浮微粒对１．０６／，ｍ激光的遮蔽　效应．中国电子学会第四届年会论文集，１９８７　２李世祥编著．光电对抗技术．国防科技大　学出版社，２０００　３潘功配，杨硕编著．烟火学．北京理工大学　出版社．１９９７　由于消光材料主要用于红外波段。为了简化　测量，一般使用激光器测量。测试系统包括烟幕　箱、激光器、能量功率计，消光系数也可用辐射计、　热像仪等仪器进行测试。需对测试的消光系数进　行归一化处理，求出单位距离和单位质量浓度的　消光系数来评价消光材料的消光性能。　１８