近红外波段动态发射率与辐射亮度同时测量关键技术研究

发布时间：2020-07-16 03:10

【摘要】：温度是描述完全热力学物态方程的重要参数之一,它的精确测量是检验各种物理模型和构建各类物态方程的前提和关键。基于灰体模型假设的Planck辐射法冲击测温技术在冲击波实验物理中得到了非常广泛的应用,但是,利用该方法在2500 K以下的低温区开展冲击温度测量时却面临了极大的挑战。主要原因一是在2500 K以下的温度区间,近红外、红外高温计的波长覆盖范围(1～3μm,甚至更宽)比可见光高温计的波长覆盖范围(～0.5 μm)更宽,在如此宽泛的波长范围内,有关发射率的灰体模型假设已经不再成立;二是材料的动态发射率是与实验压力、温度以及其表面状态等紧密相关的。因此,在2500 K以下的近红外、红外波段开展冲击温度测量时,必须在单发次实验中实现动态发射率与辐射亮度的同时测量。针对近红外波段动态发射率与辐射亮度同时测量的关键技术问题,对动态发射率与辐射亮度同时测量的基本原理、实验系统设计、数据处理与不确定度分析、实验考核与验证等方面进行了系统研究,主要开展了以下三方面的研究工作:(1)提出了一种动态发射率与辐射亮度同时测量的新方法。该方法采用经积分球充分均匀化的序列矩形激光脉冲照明冲击前后的样品/窗口界面,通过时序的精确控制,将用于动态发射率测量的信号叠加在样品/窗口界面自身的热辐射信号之上,从而解决了动态发射率测量方法的适用性问题和精确测量问题,以及动态发射率与辐射亮度的同时测量问题。采用该方法在单发次实验中、利用单一波长就可以实现样品/窗口界面冲击温度的精确测量,完全回避了传统辐射测温方法中有关动态发射率的灰体模型假设,解决了长期以来由于动态发射率不确定性而带来的冲击温度精确测量难题。(2)建立了动态发射率与辐射亮度同时测量实验技术。通过电光调制法和声光调制法,解决了高稳定度照明序列矩形激光脉冲的产生问题:通过对动态实验中的时序关系进行精细分析,解决了冲击波和照明激光脉冲到达样品/窗口界面时刻的精确同步问题;设计了三波长动态发射率与辐射亮度同时测量实验系统,对每一个子系统的功能、设计原则、采取的技术路线、达到的性能指标等进行了详细介绍,并对实验数据的处理方法以及测量不确定度进行了初步的理论分析。通过对以上问题的解决,建立了动态发射率与辐射亮度同时测量实验技术,具备了高精度测量1500～2500 K冲击温度的实验能力。(3)利用本文建立的动态发射率与辐射亮度同时测量技术,设计了物理实验,对A1和Sn两种典型结构的金属材料在2000 K左右的冲击温度进行了实验测量。实验结果表明,采用本文建立的动态发射率与辐射亮度同时测量技术获得的温度与最新的理论计算结果吻合的非常好,揭示了采用传统灰体模型假设得到的温度明显偏高300～500 K的原因,即A1和Sn在可见-近红外波段有关发射率的灰体模型假设不再成立以及辐射测温方法在长波长处对发射率的不确定性更加敏感。Al的冲击测温实验结果澄清了以往Al在2500 K以下温度区间测量得到的温度偏高的原因,Sn的冲击测温实验结果则证实了最近有关Sn的多固相理论状态方程的计算结果。
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN219
【图文】：

图１．５邋ＴＲＲ实验光路示意图逡逑法国原子能研究所（ＣｏｍｍｉｓｓａｒｉａｔＭ邋Ｅｎｅｒｇｉｅ邋Ａｔｏｍｉｑｕ，ＣＥＡ）的Ｓｅｂｂａｎ等人［２４］逡逑，合用了高温计、动态发射率以及逡逑

图２．１二级轻气炮工作原理示意图逡逑

图２．３光与物质之间三种相互作用的示意图逡逑

【参考文献】

相关期刊论文 前6条

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本文编号：2757435