基于多光谱法的激发温度和辐射温度瞬态测试技术

近些年来,随着国内外尖端科技快速发展,温度测量无论是对于国防建设领域还是对于工业制造领域都有着极为重要的指导意义和研究价值。尤其在瞬态超高温测量方面,测温精度要求更为严苛。测温方法多种多样,多光谱法由于其精度较高且适用性强,被国内外专家广泛运用。基于多光谱测温法,提出一种新的能够同时高精度测量目标的瞬态激发温度和辐射温度的方法。该方法通过查找可信度更高的目标物理特性数据以及更为精确的多光谱直线拟合方法,精准计算得到目标激发温度。通过建立更加准确的数学模型和算法,减小光谱发射率对整个测温过程的影响实现高精度的辐射温度测量。通过相关测温实验表明,系统测温精度达到3%。     

稠密氦气辐射不透明度的实验研究

用二级氢气炮作为冲击压缩加载工具和多通道瞬态辐射高温计作为主要测量系统,测量了冲击压缩氦气等离子体的光辐亮度历史(初始温度293 K,初始压力为0.6 MPa和1.2 MPa两种).根据实测记录信号波形的有关特征量,计算得到了氦等离子体的光谱吸收系数κ(λ)和冲击压缩铝基板表面的光反射率R.结果发现:受冲击铝基板表面的光反射率～0.4(比其初始反射率0.8约降低一半),与Erskine的数据相同;对于光谱吸收系数的实测数据,本文目前未能给出合理的物理解释.     

多光谱辐射瞬态高温测温计的研制

在现代动力学发射系统中,在强电磁场激发下瞬间产生的等离子体的火焰辐射温度对飞行目标运动状态以及动力系统轨道烧灼情况有着重要的影响。针对该情况下火焰不仅温度极高,而且其产生是一个瞬态过程。因此,传统的接触式测温方法不再使用,而基于光学高温计和CCD成像阵列等非接触式测温方法也无法响应瞬态过程。文章以经典的普朗克黑体辐射定律作为理论基础,结合多波长光谱辐射方法,研制了新型的多光谱辐射瞬态高温测温计。该高温计可以对目标产生的从300～860nm的波段内任意波长光谱的提取,最快响应时间可达到2ns。通过采用高分辨率衍射光栅和光纤连接的方式,保证多光谱提取的准确性。实验结果表明,利用目标发出的多光谱辐射测温与高速响应光电探测器件相结合的方法能够测量得到动力发射目标表面辐射温度分布的同时,也保证了较高的精度,满足了对于发射瞬间物体表面瞬态温度测试的要求。     

超高温FTIR光谱发射率测量系统的线性度分析

为研究航天领域特种材料高温区域的光谱辐射特性,建立了基于傅里叶光谱仪的超高温光谱发射率测量系统。系统线性度是发射率测量精度的保证,通过测量多温度点黑体辐射的光谱信号,采用多温度点线性拟合方法求得每个光谱点的光谱信号值与黑体光谱辐射亮度的函数关系式,并结合仪器线性度测量理论,建立了光谱发射率测量系统的线性度测量方法。实验测量了黑体温度范围1 000～2 000℃和光谱范围3～20μm的光谱辐射信号,求得波长λ=4μm的理论直线与测量光谱值的线性关系。实验表明,仪器在4～18μm光谱范围响应较好,除CO2强吸收光谱区域,仪器的光谱线性度均优于1%。当测量系统线性度一定时,温度越高,光谱误差对发射率的影响越小。评定光谱发射率测量系统的线性度有利于剔除个别温度点光谱扰动带来的误差。     

稠密氦气物态方程研究

用二级氢气炮作为冲击压缩加载工具和多通道瞬态辐射高温计作为主要测量系统,测量了冲击压缩氦气等离子体的光辐亮度历史（初始温度293K,初始压力为1.2MPa）。根据实测记录信号波形的有关特征量,计算得到了氦等离子体的Hugoniot物态方程（含冲击温度）。结果发现：实测Hugoniot物态方程可用Saha方程加Debye-Huckel修正物理模型解释。     

表面波型微波感偶低气压氦等离子体空间分辨光谱诊断

用光学多道分析仪考察了低气压表面波型微波感氦偶等离子体的发射光谱.经过阿贝尔(Abel)反演变换后,得到了在各种气压和微波功率下此等离子体光谱辐射光强和激发温度的空间分布及其变化规律.讨论了此等离子体的激发机理.推算了其中亚稳态原子的空间分布情况.     

万瓦级光纤激光焊接过程中小孔内外等离子体研究

为了进一步深入了解超高功率光纤激光深熔焊接过程中等离子体特征,试验拍摄了深熔小孔内外等离子体形态,并采用光谱仪检测分析了光纤激光致等离子体光谱信号.利用检测得到的等离子体光谱信号,计算研究了等离子体的电子温度、电子密度、电离度以及等离子体压力特征,并分析了在小孔内不同深度处及孔外等离子体的变化规律.结果表明,孔内等离子体呈现不均匀分布特征,孔外金属蒸气远多于等离子体.等离子体光谱分析显示,光纤激光致等离子体辐射出的谱线较少,即电离程度较低.进一步的计算结果同样证实了光纤激光致等离子体处于弱电离状态,但等离子体电子密度仍然处于较高水平,且等离子体瞬态压力可达到数百个大气压.     

低气压微波感耦氩等离子体空间分布特性光谱诊断

用二维光学多道分析仪研究了低气压表面波型微波感耦氬等离子体的光谱辐射特性?鼳bel反演后,得到了在各种气压和微波功率下等离子体辐射光强和激发温度的空间分布及其变化规律。讨论了此等离子体的激发机理。     

SrSO4:Eu磷光体的光释光特性

研究了通过掺杂得到的SrSO4:Eu(0.1mol%)的粉末样品的光释光(OSL)特性.用90Sr的β射线辐照0.116-1.16kGy后,测定了恒定光源激发的光释光发光曲线(CW-OSL)和线性光源激发的光释光发光曲线(LW-OSL),对发光曲线分析均得到了四种陷阱成分.采用复合作用响应函数得到SrSO4:Eu辐射剂量响应为线性-亚线性.测量了温度对OSL信号的影响,结果表明OSL信号的温度稳定性很好,最灵敏读出温度约为180℃,说明这时OSL信号来自热激发和光激发的共同作用.用60Coγ辐照100Gy后,测量了热释光(TL)三维光谱,确定了发光波长主要位于375nm,可以确定这是来自于Eu2+能级跃迁的发光.     

高灵敏度瞬态辐射高温计

 新研制了一台瞬态辐射高温计。它在设计上做了以下改进，采用：（1）双向色性分光镜作为分光器件，将各个通道波长的分光率提高到85%以上；（2）低输入阻抗宽频高增益（50 dB）信号放大技术做为高温计的后续电路，大大提高了高温计的探测灵敏度，同时也保证了测量系统的快速响应；（3）光谱辐照度方法做零前标定，使零前标定工作方便和可靠。以氯化钠单晶作为实例，测量了它在36.0~60.0 GPa冲击压力下的热辐射历史，获得了1 500~3 600 K冲击温度范围内的瞬态光谱辐射，高温计的响应时间优于5 ns。