河南师范大学红外光谱测量与应用河南省重点实验室, 河南 新乡 453007
多光谱辐射测温技术获取真实温度时, 目标发射率信息是温度求解的关键。 一般解决的方法是基于发射率与波长或温度之间的函数关系建立发射率假设模型。 然而, 当假设模型与实际情况存在偏差时, 会造成较大的温度测量误差。 因此, 消除目标未知发射率的干扰, 减少对发射率模型的依赖, 增加测温算法的通用性, 是多光谱辐射测温技术亟需解决的难题。 提出了改进的粒子群与遗传混合优化算法（HPSOGA）, 算法的核心思想是将多波长辐射测温问题转化为约束优化问题。 首先根据约束条件所设置的范围, 在可行域内生成若干个群, 每个种群对应一组满足条件的光谱发射率, 然后通过HPSOGA算法不断地进化、 迭代操作, 最终寻得最优适应度值的对应解。 该算法实现了在不需要假设发射率模型的情况下, 同时反演出目标的光谱发射率和真实温度。 通过对六种典型的发射率模型进行仿真, 验证了新算法对不同分布趋势的光谱发射率反演的适应性。 结果表明, 在真温800和900 K的情况下, 反演温度的平均相对误差小于0.73%。 最后, 将该算法应用于火箭发动机羽焰温度测量数据的处理。 结果表明, 当设计温度为2 490 K时, 反演温度的相对误差均小于0.65%。 仿真与实验均表明, 新算法可求解出满足一定精度要求的发射率和真温。 因此, 提出的HPSOGA算法是可靠的、 有效的, 为多光谱辐射测温技术测量目标真实温度提供了一种新的思路。
多光谱辐射测温 发射率 粒子群算法 遗传算法 Multispectral radiometric thermometry Emissivity PSO GA 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3659
常州市建筑科学研究院集团股份有限公司，常州 213000
为研究受阻酚对沥青路面灌缝胶体系的抗老化改性效果，采用受阻酚1076、受阻酚二叔丁基对甲酚(BHT）以及受阻酚1010对制备的普通型灌缝胶进行改性，模拟现场施工情况进行老化试验，对比老化前后灌缝胶性能及黏弹性特征变化，并进行结构表征分析。结果表明，受阻酚1076可以在老化12 h内持续改善灌缝胶的抗老化性能；受阻酚BHT在老化6 h内可以有效遏制极性基团的生成，抑制灌缝胶模量的升高，但在长时间老化下其抗老化效果衰退明显；受阻酚1010在老化6 h内抗老化效果并不理想，但在老化12 h后可以有效抑制羰基的生成。受阻酚对灌缝胶体系的抗老化改性效果受到受阻酚分子结构、迁移性及其与灌缝胶体系相容性的影响。高相容性、低位阻效应以及低迁移性有助于受阻酚稳定、高效地提升灌缝胶的抗老化性。异佛尔酮二异氰酸酯可以有效改善受阻酚在灌缝胶中的分散性，从而进一步提升抗老化效果。
灌缝胶 受阻酚 抗氧剂 老化 改性 相容性 crack sealant hindered phenol antioxidant aging modification compatibility
随着科技的发展, 工业领域对白铜产品质量的要求日益提升; 利用辐射测温技术对白铜在冶炼和加工时的温度进行精确测量, 是决定产品质量的重要手段, 因此研究白铜的光谱发射率特性就显得尤为重要。 基于傅里叶红外光谱仪搭建的光谱发射率测量装置, 测量了白铜在四个温度点(673, 773, 873和973 K), 波长范围2~22 μm内的光谱发射率, 分别研究了波长、 温度、 加热时间和氧化对白铜光谱发射率的影响。 研究发现, 在氮气环境下白铜的光谱发射率随温度的升高而增加, 随波长的增加而减少。 当白铜暴露在空气环境中, 随着温度的升高, 其光谱发射率迅速增加。 673 K时, 白铜表面生成一层细微的氧化物颗粒, 阻止白铜进一步氧化, 这些氧化物颗粒的光谱发射率大于白铜基底, 所以此温度下短波处的光谱发射率略微增加。 773 K时, 白铜表面氧化物的主要成分是Cu2O, 在实验过程中也观察到白铜表面逐渐变红的现象, 这也是白铜在773 K温度下其光谱发射率迅速增加的原因。 873 K时, 白铜表面氧化物的种类和含量明显增多, 氧化膜的厚度满足干涉效应条件, 在白铜的光谱发射率曲线中可以明显地观察到干涉极值的演变, 随着加热时间的增加, 干涉极值逐渐向长波移动。 随着温度的升高, 白铜的抗氧化能力下降。 973 K时, 白铜表面的氧化程度最深, 在XRD图中氧化物的峰值也最大, 因此氧化1 h后由于干涉效应产生的干涉极值数最多。 综上所述, 波长、 温度和氧化对白铜的光谱发射率有重要的影响, 在运用辐射测温技术测量白铜温度时应充分考虑上述因素的影响。 该研究丰富了白铜的光谱发射率数据, 为辐射测温提供了真实可靠的数据支撑。
白铜 光谱发射率 氧化 温度 加热时间 Copper-nickel alloy Spectral emissivity Oxidation Temperature Heating time 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2969
1 河南师范大学物理与电子工程学院, 河南 新乡 453007
2 北京理工大学光电学院, 北京 100081
随着科学技术日新月异的发展, 红外测量技术在遥感、 辐射测温、 红外隐身、 农业、 医疗等领域都展现出了重要的应用前景。 在花样众多的辐射测量中, 材料的发射率是重要的参数之一。 为满足材料发射率数据的需求, 根据一套自主研制的光谱发射率测量装置对A3铁、 304钢以及201钢在不同温度下的光谱发射率进行了精确的测量, 并对影响发射率的几个因素做了深入的探究。 结果显示: 这三种钢材的发射率随温度升高而变大, 同等温度下A3铁的发射率要高于304钢和201钢, 且材料中的铬含量会降低材料的发射率值。 采用XRD分析了三种材料表面氧化后的成分, 并探讨了表面成分变化对发射率的影响。 结果表明: A3铁氧化后生成不稳定的四氧化三铁Fe3O4和氧化亚铁FeO, 各种成分的相互转变会导致光谱发射率发生较大的变化, 而304钢和201钢表面氧化后主要生成氧化铬, 因而光谱发射率也相对比较稳定。 另外使用辐射光叠加原理和Christiansen效应成功解释了三种材料的发射率在大约10 μm处出现极大值的现象。 该研究极大地丰富了三种材料的光谱发射率数据, 为辐射测量技术在三种材料中的应用提供了强有力的数据支撑。
光谱发射率 A3铁 201钢 304钢 氧化 温度 Spectral emissivity A3 iron 201 steel 304 steel Oxidation 光谱学与光谱分析
2017, 37(11): 3594
1 河南师范大学物理与电子工程学院, 河南 新乡 453007
2 北京理工大学光电学院, 北京 100081
基于基尔霍夫定律,利用砷化镓(GaAs)半导体激光器作为标准光源研制了一种能够准确实时测量不透明物体光谱发射率的反射式测量装置.利用该装置在300~1 123 K之间对黄铜和紫铜两种样品在波长1.55 μm处的光谱发射率进行了系统的研究,探讨了温度、氧化、加热时间等因素对两种铜样品光谱发射率的影响.实验结果表明:黄铜和紫铜的光谱发射率均随温度的升高而增大,并且紫铜的光谱发射率始终大于黄铜的光谱发射率,两种样品随温度的光谱发射率曲线均出现了峰值和谷值.通过分析有氧化膜时金属表面的反射模型,得到了金属表面氧化膜厚度的计算公式,并利用该公式估算了紫铜发射率出现峰值和谷值时氧化膜的厚度.恒温长时间测量结果表明:光谱发射率随加热时间出现小幅增大,2 h后,由于样品表面氧化达到一定程度,氧化速率开始变缓,样品表面的光谱发射率也随之开始趋于稳定.样品在较高温度处的光谱发射率数值始终大于较低温度处的发射率数值.该研究进一步丰富了铜的光谱发射率数据,并为其光谱发射率的应用提供了实验依据.
铜 光谱发射率 温度 加热时间 Copper Spectral emissivity Temperature Heating time 光谱学与光谱分析
2015, 35(8): 2159
1 河南师范大学物理与电子工程学院, 河南 新乡453007
2 兴义民族师范学院物理与工程技术学院, 贵州 兴义562400
纯铁的光谱发射率受温度的影响很大, 尤其是在大气环境中, 由于温度升高加剧了表面的氧化, 导致其光谱发射率发生了“无规律”变化。 基于基尔霍夫定理, 利用研制的反射法光谱发射率测量装置对纯铁1.55μm波长的光谱发射率进行了系统的研究, 探讨了温度、 加热时间等因素对纯铁光谱发射率的影响。 研究结果表明: 纯铁的光谱发射率随着温度的升高而增大, 并且在一定的温度下出现了峰值和谷值, 通过分析有氧化层时金属的发射率模型, 解释了这种现象的发生。 恒温长时间测量结果表明, 在不同的温度下, 加热时间对光谱发射率的影响不同。 研究结果将进一步丰富纯铁的光谱发射率数据, 并为其光谱发射率在大气环境中的应用提供了实验依据。
纯铁 光谱发射率 温度 加热时间 Pure iron Spectral emissivity Temperature Heating time 光谱学与光谱分析
2014, 34(9): 2529
