基于脉冲激光辐照的半透明介质辐射特性测量方法

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。

主权项

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T_w1(κ_a,κ_s,t_i)，右侧表面随时间变化的温度函数为T_w2(κ_a,κ_s,t_i)，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κ_a，待测半透明介质的散射系数为κ_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κ_a和待测半透明介质的散射系数为κ_s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′_w1(κ_a,κ_s,t_i)和T′_w2(κ_a,κ_s,t_i)；步骤四、将步骤二得到的左右两侧的测量温度函数T_w1(κ_a,κ_s,t_i)、T_w2(κ_a,κ_s,t_i)和步骤三得到的左右两侧面边界温度随时间分布估计值T′_w1(κ_a,κ_s,t_i)和T′_w2(κ_a,κ_s,t_i)代入如下目标函数计算公式，计算得到目标函数值F_obj：$F_{\mathrm{obj}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\{{\left[\frac{T_{w1}^{\prime }({\kappa }_a,{\kappa }_s,t_i)-T_{w1}({\kappa }_a,{\kappa }_s,t_i)}{T_{w1}({\kappa }_a,{\kappa }_s,t_i)}\right]}^2+{\left[\frac{T_{w2}^{\prime }({\kappa }_a,{\kappa }_s,t_i)-T_{w2}({\kappa }_a,{\kappa }_s,t_i)}{T_{w2}({\kappa }_a,{\kappa }_s,t_i)}\right]}^2\},$其中，i表示时间步数，t_i表示第i步时间，步骤五、判断步骤四中的目标函数值F_obj是否小于设定阈值ξ，若是，则步骤三中所设定的待测半透明介质的吸收系数为κ_a和待测半透明介质的散射系数为κ_s，即为该待测半透明介质的真实吸收系数和散射系数，将该待测半透明介质的真实吸收系数和散射系数作为测量结果，完成基于脉冲激光辐照的半透明介质辐射特性的测量；若否，则返回执行步骤三。