采用多頻調(diào)制激光加熱與光熱信息重建技術(shù)的半透明材料輻射特性測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】采用多頻調(diào)制激光加熱與光熱信息重建技術(shù)的半透明材料輻射特性測(cè)量方法，涉及一種測(cè)量半透明材料輻射特性參數(shù)的方法。其步驟為：分別采用不同頻率的激光照射半透明材料的一側(cè)表面，使用光電探測(cè)器分別測(cè)量在該入射激光頻率下材料激光入射側(cè)的頻域半球反射輻射信號(hào)和激光出射側(cè)的頻域半球透射輻射信號(hào)，同時(shí)利用熱電偶測(cè)溫儀測(cè)量并記錄材料兩表面溫度隨時(shí)間的變化。根據(jù)頻域半球反射輻射信號(hào)、頻域半球透射輻射信號(hào)以及兩表面隨時(shí)間變化的溫度，通過(guò)逆問(wèn)題求解技術(shù)獲得半透明材料的衰減系數(shù)和反照率。本發(fā)明通過(guò)建立測(cè)量半透明材料衰減系數(shù)和反照率的正、逆問(wèn)題模型，能簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確的利用逆問(wèn)題求解技術(shù)同時(shí)測(cè)量半透明材料衰減系數(shù)和反照率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】采用多頻調(diào)制激光加熱與光熱信息重建技術(shù)的半透明材料輻射特性測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用多頻調(diào)制激光加熱與光熱信息重建技術(shù)的半透明材料衰減系數(shù)和反照率測(cè)量方法，屬于半透明材料輻射特性參數(shù)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]半透明材料是指在某個(gè)或若干個(gè)波段范圍內(nèi)其光譜光學(xué)厚度為有限值的材料。其在航天、軍事、能源、化工以及生物醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域中有重要應(yīng)用。
[0003]衰減系數(shù)和反照率是表征半透明材料輻射傳輸特性的重要輻射特性參數(shù)，其在導(dǎo)彈預(yù)警、激光通信、海洋探測(cè)、大氣遙感、目標(biāo)特性研究，爐膛火焰溫度在線監(jiān)控、生物醫(yī)學(xué)光學(xué)成像、激光無(wú)損探傷等領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。所以通過(guò)對(duì)半透明材料衰減系數(shù)和反照率同時(shí)測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方法的研究積累各種半透明材料的輻射特性參數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)于上述半透明材料應(yīng)用領(lǐng)域的研究具有重要的意義。現(xiàn)有半透明材料衰減系數(shù)和反照率測(cè)量方法中，測(cè)量系統(tǒng)復(fù)雜，測(cè)量精度低等問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有半透明材料衰減系數(shù)和反照率測(cè)量方法中，測(cè)量系統(tǒng)復(fù)雜，測(cè)量精度低等問(wèn)題，提出了一種采用多頻調(diào)制激光加熱與光熱信息重建技術(shù)的半透明材料輻射特性測(cè)量方法。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明所述采用采用多頻調(diào)制激光加熱與光熱信息重建技術(shù)的半透明材料輻射特性(半透明材料輻射特性包括衰減系數(shù)和反照率測(cè)量方法)測(cè)量方法，該方法的具體步驟為:
[0007]步驟一、將待測(cè)半透明材料制作成厚度為L(zhǎng)的扁平試件，調(diào)節(jié)激光器位置，使其對(duì)準(zhǔn)試件左側(cè)中心位置，并且激光入射方向垂直于試件左側(cè)表面，同時(shí)分別將兩只熱電偶探頭固定在試件左右兩側(cè)表面上；
[0008]步驟二、設(shè)定振幅可調(diào)的正弦激光光源的激光頻率為ω i，打開(kāi)激光光源對(duì)試件左側(cè)表面進(jìn)行加熱，與此同時(shí)使用光電探測(cè)器分別測(cè)量試件激光入射側(cè)的頻域半球反射輻射
信號(hào)為._(?)和激光出射側(cè)的頻域半球透射輻射信號(hào)U?);并且同步使用熱電偶測(cè)
溫儀同步測(cè)量得到左側(cè)激光入射表面溫度隨時(shí)間的變化為T(mén)wl (t)，右側(cè)表面溫度隨時(shí)間的變化為T(mén)w2⑴；
[0009]步驟三、依次改變激光光源頻率為0^(1=2，…，m)，采用步驟二中方法分別測(cè)量得到相應(yīng)入射激光頻率下的試件激光入射側(cè)的頻域半球反射輻射信號(hào)A 和激光出射
側(cè)的頻域半球透射輻射信號(hào)為，.(叫=[0010]步驟四、根據(jù)逆問(wèn)題算法假設(shè)待測(cè)材料的衰減系數(shù)β和反照率供；通過(guò)分別對(duì)頻域輻射傳輸方程(I)和瞬態(tài)導(dǎo)熱輻射耦合方程組(2)的求解，得到在假設(shè)衰減系數(shù)β和
反照率P條件下的材料激光入射側(cè)的頻域半球反射輻射信號(hào)估計(jì)值/\pn;d (?)和激光出射側(cè)的頻域半球透射輻射信號(hào)估計(jì)值r ^ ed H，以及兩側(cè)面邊界溫度信號(hào)估計(jì)值T' wl (t)和
【權(quán)利要求】
1.采用多頻調(diào)制激光加熱與光熱信息重建技術(shù)的半透明材料輻射特性測(cè)量方法，其特征在于，該方法的具體步驟為: 步驟一、將待測(cè)半透明材料制作成厚度為L(zhǎng)的扁平試件，調(diào)節(jié)激光器位置，使其對(duì)準(zhǔn)試件左側(cè)中心位置，并且激光入射方向垂直于試件左側(cè)表面，同時(shí)分別將兩只熱電偶探頭固定在試件左右兩側(cè)表面上； 步驟二、設(shè)定振幅可調(diào)的正弦激光光源的激光頻率為Q1，打開(kāi)激光光源對(duì)試件左側(cè)表面進(jìn)行加熱，與此同時(shí)使用光電探測(cè)器分別測(cè)量試件激光入射側(cè)的頻域半球反射輻射信號(hào)Aanea (鈎和激光出射側(cè)的頻域半球透射輻射信號(hào)\mea (岣；并且同步使用熱電偶測(cè)溫儀同步測(cè)量得到左側(cè)激光入射表面溫度隨時(shí)間的變化為T(mén)wl (t)，右側(cè)表面溫度隨時(shí)間的變化為T(mén)w2⑴; 步驟三、依次改 變激光光源頻率為《i(i=2，…，m)，采用步驟二中方法分別測(cè)量得到相應(yīng)入射激光頻率下的試件激光入射側(cè)的頻域半球反射輻射信號(hào)為mea(?)和激光出射側(cè)的頻域半球透射輻射信號(hào)I., H ; 步驟四、根據(jù)逆問(wèn)題算法假設(shè)待測(cè)材料的衰減系數(shù)β和反照率爐；通過(guò)分別對(duì)頻域輻射傳輸方程(I)和瞬態(tài)導(dǎo)熱輻射耦合方程組(2)的求解，得到在假設(shè)衰減系數(shù)β和反照率P條件下的材料激光入射側(cè)的頻域半球反射輻射信號(hào)估計(jì)值反prcd(?)和激光出射側(cè)的頻域半球透射輻射信號(hào)估計(jì)值^pred (?)，以及兩側(cè)面邊界溫度信號(hào)估計(jì)值T' wl(t)和
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用多頻調(diào)制激光加熱與光熱信息重建技術(shù)的半透明材料輻射特性測(cè)量方法，其特征在于，步驟二和步驟三中所使用的激光光源為振幅可調(diào)的正弦激光光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用多頻調(diào)制激光加熱與光熱信息重建技術(shù)的半透明材料輻射特性測(cè)量方法，其特征在于，步驟四中所述的逆問(wèn)題算法采用改進(jìn)的模擬退火一隨機(jī)微粒群混合算法實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】G01N21/17GK103528963SQ201310533552
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】齊宏, 牛春洋, 宮帥, 阮立明 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)