激光毁伤中多光谱测温技术的研究

发布时间：2020-06-02 00:19

【摘要】：为了对激光武器毁伤目标过程中的毁伤效能进行评估,必须需对毁伤区域的温度变化进行研究。一般情况下,激光武器对目标区域的毁伤过程约几秒钟时间,毁伤区域会发生剧烈的温度变化,毁伤区域对温度变化的研究不仅可以对物体毁伤效能进行分析,还能够对激光武器系统的设计提出要求,并且对于辐射光谱的研究还可以用于分析目标材料的性质、分辨材料的种类。为研究激光毁伤中目标区域的精确温度变化,需考虑研究测量区域的不同温度及不同大气环境下光谱透过率对测量光谱的影响。不同温度光谱的叠加会使反演温度低于真实温度,经过一定距离大气传输得到的测量光谱也会增大温度反演的误差。减少其它因素对温度反演的影响,提高目标区域温度反演的精度,可以反馈到目标区域的较准确温度分布测量上,从而为激光毁伤目标的效能评估研究提供有力支撑,为区域温度分布的测量提供了一种思路。本文以具有规则温度分布的毁伤区域为例,对不同距离下的多光谱测温技术进行了分析研究,对低温区域及大气传输对光谱测量的影响进行了模拟。研究提出了一种对多光谱拟合测温技术的改进方法,极大地减小了多光谱拟合测温技术的测温误差。论文工作主要包括:(1)详述了多光谱拟合测温技术的测温原理、适用范围,对测温精度产生影响的因素进行了分析。模拟了在0.4~0.9μm波段范围内影响因素对光谱测量产生的影响,并且论证使用该波段进行温度反演的优势。(2)详述了温度反演中所采用的光谱平滑、插值、滤波方法,并提出一种改进的多光谱测温技术。对目标区域中不同温度的辐射光谱进行叠加处理,利用多光谱测温技术对目标区域的叠加光谱进行温度反演,并与比色测温法及未改进的多光谱测温法比较在相同情况下的测温精度。(3)分析辐射光谱经过大气传输后,大气对辐射光谱的影响。利用ModTran软件模拟经过不同环境、一定距离传输后的大气透过率。再对大气透过率对辐射光谱的影响进行模拟,从而减少大气传输对温度反演精度的影响。(4)进行激光毁伤实验,以钢板、碳纤维为毁伤材料,对材料的毁伤效果进行观测、分析,从实验方面验证多光谱测温技术在激光毁伤过程中进行多光谱测温的可行性。
【图文】：

辐射曲线,黑体,波长,普朗克黑体辐射公式

常用 L 表示，单位为 W/(m sr)。出射度：在某个波长下单位时间的辐射能量称为光谱辐射出射单位为2W ( m m )。发射率：在相同温度下的物体的辐射出射度与黑体的辐射出射谱发射率，常用ε表示。谱测温法是基于黑体三大定律的一种测温方法[38]，其中普朗克的表示了辐射强度会随着波长发生变化，普朗克公式为21b5( 1)cTcMe b 表示黑体在不同温度T 、不同波长下的光谱辐射强度。1c 为2 16 21c 2πh c3.74 10 W m 。2c 为第 2 辐射21.43 10 m K ，h 为普朗克常数，34h6.63 10 J s ，c m s，kB为玻尔兹曼常数，23Bk1.38 10 J / K 。普朗克黑体辐射公式，在三种不同温度下黑体辐射强度与波长示。

维恩位移定律,峰值波长,普朗克公式

电子科技大学硕士学位论文2 2 2b 6 1 1 27 215 ( 1) ( 1)c c cT T TM c cc e e eT 式为零，即为维恩位移定律，通过数值解法可以解得在某个温强度峰值的关系3m T 2.897 10m k 式（2-3）可以看出随着温度升高，峰值波长向短波方向移动，系与图 2-1 放在同一个图 2-2 中。维恩位移定律是由普朗克公式对普朗克公式中的波长进行积分，，可以得到斯蒂芬-玻尔兹曼定4bM T 为玻尔兹曼常数，-8 2 4 =5.6697 10 W / (m K )。（2-4）中可知，在给定的积分波段范围内，总的辐射量度随着，这与实际在不同温度的热源附近感受到的温度变化是一致的
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TJ95

【参考文献】