目前，在航空航天、武器装备、工农业生产等领域中，实时分析物体间热辐射具有重要的意义。例如在飞机结构和强度设计时，为了保证其安全性能，需重点分析发动机热辐射对周边机体影响，然后对周边机体进行特殊热设计，或者改变发动机表面抗热辐射强度，研究发动机热辐射时其表面发射率是一个研究的重要参数，然而物体表面发射率受众多因素的影响，因此对其在线测量有着重要的意义。国内外已经有大量的人从事发射率测量研究工作，并在实验室测量中取得可观的成果，但发射率在线测量技术仍处于起步阶段。本文在辐射能量法测量发射率的基础上，深入研究半球吸收罩热辐射模型，根据测量系统实际需求研制了一种全新的单罩比值法发射率在线测量系统。主要介绍了单半球罩比值法在线测量发射率的基本理论研究以及误差模型分析；详细介绍了该测量系统的总体方案设计，探测器设计，硬件电路设计，下位机软件设计和上位机软件设计；根据测量系统理论研究中误差模型分析，设计了试验辅助器材，对测量系统的误差模型进行了大量的试验，验证了误差补偿模型的正确性，然后通过标准样板和黑体对测量系统进行标定，最后利用此测量系统在实验室条件下在线测量了一些物体表面发射率，试验结果表明，此发射率在线测量系统在实验室测量条件下，精度能达到±0.05，并且能在强振动和发热物体表面进行长时间在线测量。本文的研究成果为今后发射率在线测量系统研制奠定了基础。