温度变化对铝材料的BRDF影响研究

发布时间：2017-10-25 09:35

  本文关键词：温度变化对铝材料的BRDF影响研究

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【摘要】：双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF)是描述各类材质表面空间反射特性的重要物理参量,目前被广泛应用于目标表面散射特性研究、航天遥感、计算机图像处理等领域。近几年,基于BRDF理论的材料表面散射特性研究主要是在室温环境下完成。然而,现实生活中向外太空发射的空间飞行器在发射或返回的过程中,温度变化使得表面BRDF与室温状态下相比发生变化给成像跟踪等带来困难。综上所述,本文开展温度变化对铝材质表面BRDF影响的研究实验,结合双向反射分布函数的原理及散射光谱分析方法,本论文主要完成的研究内容如下:1.深入研究双向反射分布函数测量原理,在BRDF公式定义的基础上,建立了基于光谱仪、太阳光模拟器、光纤、探测器、数据处理系统等设备的样品表面散射光谱测量系统。通过散射光谱分析方法,对一定条件下影响材料表面散射光谱的因素进行实验和分析。选取表面粗糙度分别为0.8和50的两块铝板作为实验对象,结果表明表面粗糙度对散射光谱值存在影响;通过飞秒激光加工得到表面具有光栅结构的铝片及紫铜片,经过分析得出微观结构影响材料表面散射光谱。2.采用BRDF分析方法,采集铝板表面从室温25℃加热至500℃的升温过程及将材料表面从500℃自然冷却至室温的降温过程散射光谱数据,采用相对测量方法并选取聚四氟乙烯标准白板作为标准板,得到间隔100℃的BRDF值随温度变化曲线。通过对比分析得出温度变化对材料表面BRDF存在影响,温度升高,表面BRDF值随之升高,温度降低,表面BRDF值降低。研究结果对目标的探测具有重要的现实作用。3.分析了影响实验准确性的误差,误差主要来源为测量温度与实际温度的误差和加热过程中应力应变对铝板表面的影响。通过光谱法进行温度拟合得到材质表面的温度值,并与接触式测量的温度值进行对比,误差结果为6.4%。应用COMSOL模拟软件模拟应力应变对材料表面的影响,得出本论文中涉及的加热温度条件下的应力应变不足以对实验结果产生影响。
【关键词】：温度变化 双向反射分布函数 温度拟合 应力应变
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.21;TG115.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究的背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-13
• 1.2.1 目标的散射特性及散射光谱分析方法9-10
• 1.2.2 温度测量方法及测量装置研究现状10-11
• 1.2.3 双向反射分布函数（BRDF）研究现状11-13
• 1.3 论文主要研究内容13-14
• 第二章 铝材料表面BRDF随温度变化的实验系统建立14-26
• 2.1 双向反射分布函数原理14-15
• 2.2 普朗克黑体辐射理论及温度反演理论15-19
• 2.2.1 普朗克黑体辐射理论15-18
• 2.2.2 基于主成分分析法（PCA）的温度反演研究18-19
• 2.3 散射光谱采集实验与实验装置19-22
• 2.3.1 实验装置19-21
• 2.3.2 温度变化对铝材料表面影响散射光谱采集实验方法21-22
• 2.4 数据预处理方法22-26
• 2.4.1 平滑22-23
• 2.4.2 微分23
• 2.4.3 标准归一化处理23
• 2.4.4 小波变换23-26
• 第三章 温度变化对铝材料BRDF影响研究26-40
• 3.1 材料表面结构对散射光谱的影响26-31
• 3.1.1 粗糙度对材料表面散射光谱影响26-28
• 3.1.2 微观结构对材料表面散射光谱影响28-31
• 3.2 温度变化对铝材料表面BRDF影响实验31-36
• 3.3 实验中不确定度分析36-40
• 3.3.1 光谱法温度拟合36-38
• 3.3.2 材质表面在实验过成中应力应变的变化38-40
• 第四章 结论40-41
• 致谢41-42
• 参考文献42-46
• 硕士期间发表论文与研究成果清单46

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本文编号：1093143