光学 精密工程
2023, 31(20): 2943
1 江苏省特种设备安全监督检验研究院，江苏南京 210036
2 南京农业大学工学院，江苏南京 210031
3 东南大学机械工程学院，江苏南京 211189
红外热成像是具有非接触、检测面积大、检测结果直观等突出优势的新兴无损检测技术，近年来被广泛应用于金属、非金属、纤维增强复合材料（Fiber reinforced polymer，FRP）以及热障涂层等的无损检测与评价。本文首先简要介绍了红外热成像技术的基本原理和检测系统构成，特别是对光学、超声以及电磁等主要热激励形式的特点和优劣势进行了对比。然后，根据热激励形式的发展历程，详细介绍了光激励红外热成像技术在 FRP复合材料和热障涂层无损检测与评价方面的研究现状与进展，重点关注了 FRP复合材料/热障涂层热成像无损检测中的热难点问题。最后总结并展望了 FRP复合材料/热障涂层红外热成像无损检测技术的未来发展趋势。
无损检测 红外热成像 热障涂层 FRP复合材料 红外图像处理 nondestructive testing, infrared thermography, TBC
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京100049
3 北京航天计量测试技术研究所, 北京100076
为满足实验室条件下长时间、高精度的热流密度测量要求，基于电替代测量原理研制了一种新型辐射热流计，该型辐射热流计可通过自校准的方式溯源至国际单位制单位。本文简述了辐射热流计的系统构成，结合辐射热流计的测量原理，分析并计算了辐射热流计自校准过程中9项影响量的测量不确定度和合成标准不确定度。通过与中国计量科学院所标定的标准探测器比对，计算了辐射热流计的不确定度，最后根据实验数据及分析结果为该型热流计的优化设计提供了参考。实验结果表明：辐射热流计的相对标准不确定度优于0.26%，与标准探测器的归一化偏差为0.60，验证了不确定度评估结果。实验结果将为辐射热流计下一阶段的研制提供有效参考。
辐射热流 热流计 自校准 不确定度 比对 radiation heat flux heat-flux meter self-calibration uncertainty comparison
1 中国空间技术研究院 通信卫星事业部, 北京 100094
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
3 哈尔滨工业大学 可调谐激光技术国家级重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
星载光机电设备兼有光学系统和运动机构的特点, 前者温度指标要求高, 后者构型复杂并且相对星体其他部分运动, 这给热设计的验证带来困难。文章以光机电设备激光通信终端为例, 提出了热设计的间接验证方法, 即通过地面试验数据修正热分析模型、再由热分析模型预示在轨温度, 进而验证热设计。设计了热平衡试验, 并根据试验结果修正了模型, 修正后的试验模型计算结果与试验结果基本一致, 81%的测温点偏差小于5 ℃, 模型较好地反映了真实的热物理状态, 其预示的在轨温度可用于验证热设计。对比了轨道计算温度与飞行温度, 81%的测温点偏差小于4 ℃, 证明了间接验证方法的正确和有效, 满足星载激光通信终端的应用要求。所述的验证方法显著降低了热试验的难度, 对多姿态与高温度指标的光机电设备具有借鉴意义。
光机电设备 激光通信 热平衡试验 热模型修正 opto-electro-mechanical instrument optical communication thermal balance test thermal model correction
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
采用蒙特卡罗法建立了各向异性散射介质中高斯脉冲激光的全链路瞬态辐射传输模型，构造并推导了散射方向概率模型及其坐标系变换过程。在此基础上，计算分析了高斯脉冲激光回波特性的时域分布及差异。研究结果表明: 时域回波信号的脉冲增减来自于其他类别信号的转化和自身信号的超前或滞后；随着前向散射的增强，目标回波信号强度增大、峰值时刻前移、时间展宽减弱，散射回波信号响应与其相反且影响程度减弱；目标回波特性与[0°,90°]前向散射区域直接关联，散射回波特性与[90°,180°]后向散射区域直接关联。研究结论可为脉冲激光主动探测系统的性能提升及地物目标的反探测隐身提供理论指导。
激光光学 回波特性 各向异性散射 高斯脉冲激光 蒙特卡罗法 瞬态辐射传输
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
对空间相机大功率CCD器件进行了热设计以解决其散热问题，为了验证热设计的合理性进行了CCD焦面组件的热试验。首先，介绍了以传导为主要散热措施的CCD器件热设计方案，CCD器件的热量主要通过热管传递到冷源；然后，针对整个焦面组件进行了试验规划，特别对模拟冷板进行了专门设计；最后，在真空环境下进行了综合试验。试验结果显示，功耗为10 W的CCD器件连续工作70 min，在12 ℃冷源的情况下，能够控制焦平面器件的温度<35 ℃。该试验验证了CCD焦面组件热设计的合理性，并为焦面组件热分析计算模型修正提供了依据。
空间光学 空间相机 热设计 热试验 space optics space camera CCD CCD thermal design thermal test
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
为适应空间光学遥感技术的快速发展及对空间光学遥感器需求的不断增长，在追求高空间分辨率、高光谱分辨率、高辐射分辨率性能及轻量化的同时，必须考虑空间光学遥感器对恶劣的发射运载力学环境及在轨真空热环境的适应性问题。本文概述了国内外空间光学遥感器环境适应性设计的现状与进展，阐述了空间环境因素对空间光学遥感器性能的影响，尤其是在力学及真空热环境作用下的环境效应，探讨了环境效应的作用机理。在对任务需求和环境效应分析的基础上，提出了空间光学遥感器环境适应性设计的要求、准则以及适应性设计要点。提出在空间光学遥感器设计的早期设计阶段，应统筹考虑对未来可能遇到的各种环境的适应性问题，并开展以质量特性、动力学特性及热光学特性为主的适应性设计分析迭代。在实施阶段，需进行相应的特征试验以及环境模拟试验，实地考核空间光学遥感器的力学及热光学特性以及在各种模拟环境条件下功能和性能的有效性和正确性，确保对未来各种恶劣环境条件的适应性。本文对设计分析迭代过程中以及试验过程中对环境适应性的评价方法及其相关的地面试验内容和方法也进行了论述。
光学遥感器 空间环境 环境适应性 热光学 optical remote sensor space environment environment adaptability thermal optics
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
为了解决大功率空间相机电子设备的散热问题,对某空间相机电子设备的热控系统进行了设计。针对需要散热的电子元器件、印制板以及设备机箱采取了加导热片、表面发黑处理、填充导热填料等高可靠性的导热和辐射方式进行散热。然后,以某个器件为例建立了散热通道简化模型,进行了散热效果的估算。最后,根据电子设备的空间环境、结构特点以及采取的热控措施,应用TMG软件建立了热分析模型,对其热控系统进行了仿真分析,同时进行了电子元器件的结温计算。结果显示,电子设备印制板的温度为35.6～45 ℃,电子元器件的结温温度为45.4～88.5 ℃,均低于降额热控温度指标,散热效果明显。表明热控系统设计合理,所采取的热控措施能够满足设计要求。
空间光学 空间相机 电子设备 热控系统 仿真 space optics space camera electronic equipment thermal control system simulation
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 空间光学部,吉林 长春 130033
为了实现大功率焦平面器件(FPA)的热控制,根据焦面组件的结构特点,通过仿真计算与试验相结合的方法,对大功率焦平面的热控设计进行了研究。介绍了大功率焦平面器件的主要热设计要求,分析了大功率焦平面器件、小散热空间并安装在移动构件上的焦面组件热设计的特点。利用I-DEAS有限元分析软件建立了热分析计算模型,并利用TMG模块进行分析计算。进行了试验验证,并根据试验给出了焦平面器件升温拟合曲线。最后,根据热设计实例提出如何合理地选择大功率焦平面器件的热控制方式。结果表明,50 W大功率焦平面器件连续工作2 min时,在有12 ℃冷源的情况下,能够控制焦平面器件＜35 ℃,满足焦平面器件设计要求。
焦平面 焦面组件 热控制 热设计 CCD CCD focal plane focal plane assembly thermal control thermal design 光学 精密工程
2008, 16(11): 2187
