Dmitri LanevskiL’équipe de recherche enScience et technologie de la mesureLe journalHautPublié sous le titre« leDétermination de la forme des échantillons de réflexion pour réflecteurs de surface courbe« etL'étude, qui aborde le problème de l'inadéquation de l'échantillon standard plan dans la mesure de la réflectivité d'un matériau isolant réfléchissant Architectural avec la Feuille de surface réelle, propose une méthode de modélisation de la forme de surface de l'échantillon standard de réflectivité qui peut être préparée par fabrication Additive et complète la validation de la méthode En utilisant la feuille d'aluminium comme exemple.

Résumé

Les feuilles de différents matériaux sont souvent utilisées comme isolant thermique réfléchissant et de nombreux fabricants souhaitent mesurer avec précision leurs propriétés optiques pour évaluer et améliorer les performances du matériau. Mais les échantillons standard de réflectivité planaire utilisés dans les mesures ne peuvent pas caractériser avec précision l'isolant réfléchissant, ce qui entraîne des écarts entre les résultats des différentes techniques de mesure. Cette étude propose une méthode de modélisation de la forme de surface d'un échantillon standard de réflectivité adaptée pouvant être préparé par fabrication Additive, basée sur l'étude des propriétés de distribution de la réflexion d'un isolant thermique réfléchissant, développée à partir d'une feuille d'aluminium comme exemple et dont la validité a été vérifiée par simulation Monte Carlo.

Matériaux et instruments d'utilisation

Matériel expérimental

Feuille d'aluminium plane collée sur support rigide、Feuille d'aluminium renforcée par grille、Paramètres du matériau aluminium pour la simulation (longueur d'onde5 μmLorsque, l'indice de réfractionn=9.1528, coefficient d'extinctionk=47.199) et

Instruments expérimentaux

Angleterre TIR100-2Détermination de l'émissivité infrarougeLe mètreEt,1850KSource de lumière du Corps noir、Filtre interférentiel、Monte - Carlo (MC) Logiciel de simulation optique、Équipement de fabrication additive (Équipement de frittage laser des métaux)

Angleterre TIR100-2Détermination de l'émissivité infrarougeLe mètre

Processus expérimental

Angleterre TIR100-2Instrument de détermination de l'émissivité infrarougeComme commercial typiqueémissivité infrarougeL'équipement de mesure, qui participe à l'essai d'alignement des méthodes de réflectivité des matériaux isolants réfléchissants, dont l'écart de mesure confirme directement que l'échantillon standard plat existant n'est pas applicable aux matériaux réfléchissants incurvés tels que la feuille d'aluminium renforcée par grille, fournit un contexte expérimental important pour le développement d'échantillons standard de réflectivité incurvée dédiés pour cet article.

1. Mesure de la distribution angulaire de réflexion

Feuille d'aluminium plate pour support rigide, adoptée3 à 16 μmLumière infrarouge,11,5°Angle d'incidence,12 mmTaille du spot, mesure de la direction de réflexion spéculaire± 6°Distribution de réflexion dans la gamme, qui se trouve être dominée par la réflexion spéculaire, la dispersion du faisceau est seulement± 2,5°- Oui.

Fonction de répartition de la réflexion mesurée à différentes longueurs d'onde pour une feuille d'aluminium plane sur support rigide

Feuille d'aluminium renforcée contre la grille, utilisez plutôt non filtrée1850KSource de lumière noire,8°Angle d'incidence, mesure de la distribution de réflexion pour différentes positions de SPOT, sa dispersion de faisceau jusqu'à± 40°Et la position du spot affecte la forme de la distribution de réflexion.

Mesuré à différentes positions de spotFeuille d'aluminium renforcée par grilleFonction de distribution de réflexion

2. Détermination de la microstructure

Basé surTorrance-SparrowModèle de réflectivité, mesure de la distribution de réflectivité par simulation Monte Carlo, acquisition de la pente quadratique moyenne des éléments microédriques d'une feuille d'aluminium planeσ = 0,0101, ratio de réflexion diffuseD=0.0807, rapport de réflexion spéculaireS=2.2528, déterminer son paramètre de rugosité microscopique, cette échelle est difficile à atteindre par la fabrication Additive, nécessite un sablage, un polissage et d'autres préparations post - traitement.

Résultats de l'ajustement de la distribution de réflexion de la feuille isolante plane (courbe noire) obtenue par simulation Monte Carlo avec les résultats des mesures du réflectomètre goniométrique (courbe rouge). Coefficient de décision R²= 0995

3. Détermination de la macrostructure

Selon l'optique géométrique, la distribution angulaire de réflexion mesurée est convertie en distribution normale macrofaciale, avec interpolation de Splines tertiaires et amélioration normalisée de la résolution angulaire.

Définissez la distance caractéristique, l'articulation des facettes adjacentes, évitez les contraintes telles que l'auto - ombrage, calculez le profil de forme d'onde continue par formule, construisez une forme d'onde unidimensionnelle et suivezYL'étirement de l'axe génère un modèle de surface tridimensionnel, dimensionné pour s'adapter au processus de fabrication Additive métallique.

Modèle 3D d'échantillon standard de réflectivité structurée face à la feuille d'aluminium

4. Vérification par simulation Monte Carlo

à8°Angle d'incidence,12 mmLe spot,5 μmLongueur d'onde trace la lumière sur le modèle de surface construit, vérifie la cohérence de la distribution de réflexion à différentes positions de SPOT, calcule l'incertitude standard de la réflectivité hémisphérique totaleσ agronome; = 1,11, déviation correspondante4,4%; raccourcir la distance caractéristique ou augmenter la taille du spot peut réduire la déviation0,65%- Oui.

Conclusion de l'expérimentation

1. La différence morphologique entre l'échantillon standard de réflectivité plane et la feuille réfléchissante plissée et non plane réelle est la principale cause de la déviation des résultats de mesure de la réflectivité, l'effet de la macrostructure sur la distribution de l'angle de réflexion est plus important que celui de la microstructure.

2. CombinéTorrance-SparrowModèle avec simulation Monte Carlo pour déterminer avec précision la rugosité microscopique de l'échantillon standard de réflectivité avec la forme de la surface macroscopique, les caractéristiques de réflexion du modèle de surface de forme d'onde construit correspondent à la hauteur de la feuille d'aluminium renforcée par la grille.

3. Ce modèle de surface peut être préparé par la fabrication Additive métallique moderne (frittage laser), combinée au sablage, au post - polissage peut répondre aux exigences de précision; L'optimisation de la distance caractéristique ou de la taille du spot réduit l'incertitude de mesure de la réflectivité hémisphérique totale d'un ordre de grandeur, améliorant considérablement la cohérence de la mesure.

4. Le modèle de surface isotrope (rangée dense de cellules de forme d'onde rotatives, construction par transformée de Fourier) est la direction d'optimisation ultérieure qui résout le problème des écarts d'alignement dus à l'anisotropie de la forme d'onde unidimensionnelle.

Références

Références

1Pour:Jaanson P, Manoocheri F, Mäntynen H, et al. Propriétés gonioreflectométriques de surfaces métalliques [J]. Metrologia, 2014, 51 : S314.

2Pour:Torrance K E, Sparrow E M. Théorie pour la réflexion hors-spéculaire des surfaces rugueuses [J]. Journal de la Société Optique d'Amérique, 1967, 57(9): 1105-1114.