基于脉冲激光辐照的半透明介质辐射特性测量方法
【专利摘要】基于脉冲激光辐照的半透明介质辐射特性测量方法，本发明涉及基于脉冲激光辐照的半透明介质辐射特性测量方法。它为了解决现有的基于透射、反射辐射信号测量的半透明介质辐射参数测量方法中测量方法复杂、速度慢、准确性差的问题。本发明通过将激光光源照射在待测半透明介质制的一侧表面，待测半透明介质制两侧均匀涂敷黑体涂层，均涂敷有黑体涂层的半透明介质的一侧表面，采用热电偶测温仪测量并记录介质两表面温度随时间的变化。根据两表面随时间变化的温度，通过逆问题算法获得待测半透明介质的吸收系数和散射系数。本发明适用于航空航天、军事、能源、化工、生物医疗及大气科学等多个领域。
【专利说明】基于脉冲激光辐照的半透明介质辐射特性测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半透明介质光学参数测量【技术领域】。
【背景技术】
[0002]—种介质，若在某个或若干个波段范围内，其光谱光学厚度几为有限值，则称其为半透明介质。半透明介质在航空航天、军事、能源、化工、生物医疗及大气科学等多个领域有着广泛的应用，其典型应用包括:航空器和汽车发动机的陶瓷零件制造、涡轮发动机的陶瓷隔热防护层、空间光学系统的绝热、光学纤维和光学组件的制造和半透明塑料的点燃等。
[0003]吸收系数和散射系数是表征半透明介质辐射传输特性的重要参数。对半透明介质吸收系数和散射系数实验测量方法的研究可为半透明介质辐射导热耦合作用下的热性能的仿真提供重要的辐射特性参数数据，并且对于各种半透明介质吸收系数和散射系数数据的掌握对于上述半透明介质应用领域的研究具有重要的意义。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有的基于透射、反射辐射信号测量的半透明介质辐射参数测量方法中测量方法复杂、速度慢、准确性差的问题，从而提出了基于脉冲激光辐照的半透明介质辐射特性测量方法。
[0005]基于脉冲激光辐照的半透明介质辐射特性测量方法包括下述步骤:
[0006]步骤一、将待测半透明介质制作成厚度为L的扁平试件，并在试件厚度方向的两侧均匀涂敷黑体涂层，将脉冲激光光源对准试件的左侧中心，所述的激光光源方向垂直于试件的表面，将两只热电偶探头分别固定于试件左右两侧，所述的两只热电偶探头均连接热电偶测温仪；
[0007]步骤二、打开激光器，使脉冲激光光源对试件左侧表面进行一个脉冲的照射，然后关闭激光器；同时，采用热电偶测温仪同步测量试件左右两侧随时间变化的温度，测量左侧激光入射表面随时间变化的温度函数为Twl (t)，右侧表面随时间变化的温度函数为Tw2 (t)，测量时间间隔为dt，总测量时间为N倍激光脉冲宽度；
[0008]步骤三、根据逆问题算法设待测半透明介质的吸收系数为K a，待测半透明介质的散射系数为K s，通过对稳态辐射传输方程和瞬态导热微分方程的耦合求解，得到在待测半透明介质的吸收系数为Ka和待测半透明介质的散射系数为Ks条件下的待测半透明介质的两侧面边界温度随时间分布估计值T' wl(t)和T' w2(t)；
[0009]步骤四、将步骤二得到的左右两侧的测量温度函数Twl (t)、Tw2(t)和步骤三得到的左右两侧的测量温度函数T' wl(t)、T' w2(t)代入如下目标函数计算公式，计算得到目标
函数值
【权利要求】
1.基于脉冲激光辐照的半透明介质辐射特性测量方法，其特征在于:它包括下述步骤: 步骤一、将待测半透明介质制作成厚度为L的扁平试件，并在试件厚度方向的两侧均匀涂敷黑体涂层，将脉冲激光光源对准试件的左侧中心，所述的激光光源方向垂直于试件的表面，将两只热电偶探头(2)分别固定于试件左右两侧，所述的两只热电偶探头(2)均连接热电偶测温仪(3); 步骤二、打开激光器，使脉冲激光光源对试件左侧表面进行一个脉冲的照射，然后关闭激光器；同时，采用热电偶测温仪(3)同步测量试件左右两侧随时间变化的温度，测量左侧激光入射表面随时间变化的温度函数为Twl (t)，右侧表面随时间变化的温度函数为Tw2 (t)，测量时间间隔为dt，总测量时间为N倍激光脉冲宽度； 步骤三、根据逆问题算法设待测半透明介质的吸收系数为K a，待测半透明介质的散射系数为K s，通过对稳态辐射传输方程和瞬态导热微分方程的耦合求解，得到在待测半透明介质的吸收系数为Ka和待测半透明介质的散射系数为K3条件下的待测半透明介质的两侧面边界温度随时间分布估计值T' wl(t)和T' w2(t)； 步骤四、将步骤二得到的左右两侧的测量温度函数Twl(t)、Tw2(t)和步骤三得到的左右两侧的测量温度函数T' wl(t)、T' w2(t)代入如下目标函数计算公式，计算得到目标函数值Lj:
2.根据权利要求1所述的基于脉冲激光辐照的半透明介质辐射特性测量方法，其特征在于，步骤三中所述的逆问题算法采用单纯形一骨干微粒群混合算法实现。
【文档编号】G01N21/59GK103472036SQ201310455615
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】齐宏, 牛春洋, 任亚涛, 阮立明 申请人:哈尔滨工业大学