基于脈沖激光輻照的半透明介質(zhì)輻射特性測(cè)量方法
【專利摘要】基于脈沖激光輻照的半透明介質(zhì)輻射特性測(cè)量方法，本發(fā)明涉及基于脈沖激光輻照的半透明介質(zhì)輻射特性測(cè)量方法。它為了解決現(xiàn)有的基于透射、反射輻射信號(hào)測(cè)量的半透明介質(zhì)輻射參數(shù)測(cè)量方法中測(cè)量方法復(fù)雜、速度慢、準(zhǔn)確性差的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)將激光光源照射在待測(cè)半透明介質(zhì)制的一側(cè)表面，待測(cè)半透明介質(zhì)制兩側(cè)均勻涂敷黑體涂層，均涂敷有黑體涂層的半透明介質(zhì)的一側(cè)表面，采用熱電偶測(cè)溫儀測(cè)量并記錄介質(zhì)兩表面溫度隨時(shí)間的變化。根據(jù)兩表面隨時(shí)間變化的溫度，通過(guò)逆問(wèn)題算法獲得待測(cè)半透明介質(zhì)的吸收系數(shù)和散射系數(shù)。本發(fā)明適用于航空航天、軍事、能源、化工、生物醫(yī)療及大氣科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】基于脈沖激光輻照的半透明介質(zhì)輻射特性測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半透明介質(zhì)光學(xué)參數(shù)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]—種介質(zhì)，若在某個(gè)或若干個(gè)波段范圍內(nèi)，其光譜光學(xué)厚度幾為有限值，則稱其為半透明介質(zhì)。半透明介質(zhì)在航空航天、軍事、能源、化工、生物醫(yī)療及大氣科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其典型應(yīng)用包括:航空器和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的陶瓷零件制造、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的陶瓷隔熱防護(hù)層、空間光學(xué)系統(tǒng)的絕熱、光學(xué)纖維和光學(xué)組件的制造和半透明塑料的點(diǎn)燃等。
[0003]吸收系數(shù)和散射系數(shù)是表征半透明介質(zhì)輻射傳輸特性的重要參數(shù)。對(duì)半透明介質(zhì)吸收系數(shù)和散射系數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法的研究可為半透明介質(zhì)輻射導(dǎo)熱耦合作用下的熱性能的仿真提供重要的輻射特性參數(shù)數(shù)據(jù)，并且對(duì)于各種半透明介質(zhì)吸收系數(shù)和散射系數(shù)數(shù)據(jù)的掌握對(duì)于上述半透明介質(zhì)應(yīng)用領(lǐng)域的研究具有重要的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的基于透射、反射輻射信號(hào)測(cè)量的半透明介質(zhì)輻射參數(shù)測(cè)量方法中測(cè)量方法復(fù)雜、速度慢、準(zhǔn)確性差的問(wèn)題，從而提出了基于脈沖激光輻照的半透明介質(zhì)輻射特性測(cè)量方法。
[0005]基于脈沖激光輻照的半透明介質(zhì)輻射特性測(cè)量方法包括下述步驟:
[0006]步驟一、將待測(cè)半透明介質(zhì)制作成厚度為L(zhǎng)的扁平試件，并在試件厚度方向的兩側(cè)均勻涂敷黑體涂層，將脈沖激光光源對(duì)準(zhǔn)試件的左側(cè)中心，所述的激光光源方向垂直于試件的表面，將兩只熱電偶探頭分別固定于試件左右兩側(cè)，所述的兩只熱電偶探頭均連接熱電偶測(cè)溫儀；
[0007]步驟二、打開(kāi)激光器，使脈沖激光光源對(duì)試件左側(cè)表面進(jìn)行一個(gè)脈沖的照射，然后關(guān)閉激光器；同時(shí)，采用熱電偶測(cè)溫儀同步測(cè)量試件左右兩側(cè)隨時(shí)間變化的溫度，測(cè)量左側(cè)激光入射表面隨時(shí)間變化的溫度函數(shù)為T(mén)wl (t)，右側(cè)表面隨時(shí)間變化的溫度函數(shù)為T(mén)w2 (t)，測(cè)量時(shí)間間隔為dt，總測(cè)量時(shí)間為N倍激光脈沖寬度；
[0008]步驟三、根據(jù)逆問(wèn)題算法設(shè)待測(cè)半透明介質(zhì)的吸收系數(shù)為K a，待測(cè)半透明介質(zhì)的散射系數(shù)為K s，通過(guò)對(duì)穩(wěn)態(tài)輻射傳輸方程和瞬態(tài)導(dǎo)熱微分方程的耦合求解，得到在待測(cè)半透明介質(zhì)的吸收系數(shù)為Ka和待測(cè)半透明介質(zhì)的散射系數(shù)為Ks條件下的待測(cè)半透明介質(zhì)的兩側(cè)面邊界溫度隨時(shí)間分布估計(jì)值T' wl(t)和T' w2(t)；
[0009]步驟四、將步驟二得到的左右兩側(cè)的測(cè)量溫度函數(shù)Twl (t)、Tw2(t)和步驟三得到的左右兩側(cè)的測(cè)量溫度函數(shù)T' wl(t)、T' w2(t)代入如下目標(biāo)函數(shù)計(jì)算公式，計(jì)算得到目標(biāo)
函數(shù)值
【權(quán)利要求】
1.基于脈沖激光輻照的半透明介質(zhì)輻射特性測(cè)量方法，其特征在于:它包括下述步驟: 步驟一、將待測(cè)半透明介質(zhì)制作成厚度為L(zhǎng)的扁平試件，并在試件厚度方向的兩側(cè)均勻涂敷黑體涂層，將脈沖激光光源對(duì)準(zhǔn)試件的左側(cè)中心，所述的激光光源方向垂直于試件的表面，將兩只熱電偶探頭(2)分別固定于試件左右兩側(cè)，所述的兩只熱電偶探頭(2)均連接熱電偶測(cè)溫儀(3); 步驟二、打開(kāi)激光器，使脈沖激光光源對(duì)試件左側(cè)表面進(jìn)行一個(gè)脈沖的照射，然后關(guān)閉激光器；同時(shí)，采用熱電偶測(cè)溫儀(3)同步測(cè)量試件左右兩側(cè)隨時(shí)間變化的溫度，測(cè)量左側(cè)激光入射表面隨時(shí)間變化的溫度函數(shù)為T(mén)wl (t)，右側(cè)表面隨時(shí)間變化的溫度函數(shù)為T(mén)w2 (t)，測(cè)量時(shí)間間隔為dt，總測(cè)量時(shí)間為N倍激光脈沖寬度； 步驟三、根據(jù)逆問(wèn)題算法設(shè)待測(cè)半透明介質(zhì)的吸收系數(shù)為K a，待測(cè)半透明介質(zhì)的散射系數(shù)為K s，通過(guò)對(duì)穩(wěn)態(tài)輻射傳輸方程和瞬態(tài)導(dǎo)熱微分方程的耦合求解，得到在待測(cè)半透明介質(zhì)的吸收系數(shù)為Ka和待測(cè)半透明介質(zhì)的散射系數(shù)為K3條件下的待測(cè)半透明介質(zhì)的兩側(cè)面邊界溫度隨時(shí)間分布估計(jì)值T' wl(t)和T' w2(t)； 步驟四、將步驟二得到的左右兩側(cè)的測(cè)量溫度函數(shù)Twl(t)、Tw2(t)和步驟三得到的左右兩側(cè)的測(cè)量溫度函數(shù)T' wl(t)、T' w2(t)代入如下目標(biāo)函數(shù)計(jì)算公式，計(jì)算得到目標(biāo)函數(shù)值Lj:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脈沖激光輻照的半透明介質(zhì)輻射特性測(cè)量方法，其特征在于，步驟三中所述的逆問(wèn)題算法采用單純形一骨干微粒群混合算法實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】G01N21/59GK103472036SQ201310455615
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】齊宏, 牛春洋, 任亞濤, 阮立明 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)
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