1 西安工业大学电子信息工程学院, 陕西 西安 710021
2 西南交通大学高温高压物理研究所, 四川 成都 610031
3 西北机电工程研究所, 陕西 咸阳 712099
冲击物理温度是**弹药性能测试、 极端环境材料状态的重要参量, 温度的精准获取在**建设和工业制造领域有重要意义。 冲击过程由于持续时间短、 较难接触式测量以及温度范围广等特性, 常规测温方法较难满足要求。 利用多光谱辐射测温法, 获取材料辐射强度值, 以普朗克辐射定律为基础建立温度反演模型, 从而获取目标的冲击物理温度值。 实际中, 由于不同目标发射率存在一定随机性, 在模型反演温度时误差较大。 冲击压缩下材料的结构可能发生相变, 发射率随之变化, 因此直接将发射率模型假定用于冲击物理温度求解, 很难准确的获取温度值。 基于约束优化理论, 将多光谱测温实验中温度求解问题转为约束优化问题。 针对每个通道获取到的温度值应该相同, 将物体发射率限制在特定范围, 利用约束优化算法计算获取目标温度和发射率, 克服了未知发射率对于冲击物理温度求解的障碍。 同时, 将平衡优化器算法（EO）与序列二次规划法（SQP）相结合应用于温度模型的求解中, 避免了单一算法求解稳定性差和速度慢的缺点, 提高了温度反演的效率和准确性。 对四种常见的发射率模型在3 000 K时的发射率数据进行了仿真验证, 结果表明温度反演误差均小于1%, 反演时间小于3 s。 最后利用本算法对冲击压缩下金属铜的温度进行了反演, 并与最小二乘法和内点罚函数法进行了对比, 结果表明所提出的方法得到金属铜的冲击物理温度值更接近理论计算结果。 因此, 该方法为其他未知发射率模型目标的冲击物理温度值获取, 提供了一种有效的反演方法。
多光谱测量 冲击物理温度 发射率 反演算法 Multi-spectral measurement Shock temperature Emissivity Inverse algorithm 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3666
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Institute of Laser Plasma, CAEP, Shanghai 201800, China
2 IFSA Collaborative Innovation Center, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
3 Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, Beijing 100094, China
Although the streaked optical pyrometer (SOP) system has been widely adopted in shock temperature measurements, its reliability has always been of concern. Here, two calibrated Planckian radiators with different color temperatures were used to calibrate and verify the SOP system by comparing the two calibration standards using both multi-channel and single-channel methods. A high-color-temperature standard lamp and a multi-channel filter were specifically designed for the measurement system. To verify the reliability of the SOP system, the relative deviation between the measured data and the standard value of less than 5% was calibrated out, which demonstrates the reliability of the SOP system. Furthermore, a method to analyze the uncertainty and sensitivity of the SOP system is proposed. A series of laser-induced shock experiments were conducted at the ‘Shenguang-II’ laser facility to verify the reliability of the SOP system for temperature measurements at tens of thousands of kelvin. The measured temperature of the quartz in our experiments agreed fairly well with previous works, which serves as evidence for the reliability of the SOP system.
laser-induced shock waves shock temperature measurement streaked optical pyrometer High Power Laser Science and Engineering
2019, 7(3): 03000e49
中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所， 上海 201800
利用神光Ⅱ装置上搭建的用于激光冲击波实验的温度诊断系统(该系统包括高时空分辨的扫描高温计和谱时分辨的扫描高温计)，以强激光加载铝材料冲击温度的测量，获得了铝材料冲击高温辐射发光谱的高时空分辨信号图像，结合灰体辐射理论模型，计算得到了冲击波速度19.06 km/s时铝材料的冲击温度达2.95 eV，该温度与SESAME库中冲击温度接近。研究结果表明采用该测温系统能够有效诊断金属材料的冲击温度，为后续进一步获取金属材料冲击温度数据奠定了基础。
冲击温度 状态方程 强激光加载 灰体辐射 发射率 shock temperature equation of state high-power laser-driven gray body radiation emissivity 强激光与粒子束
2016, 28(4): 042002
中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室，四川绵阳621900
动态线性是辐射高温计的一项重要技术指标与对高温计的测量精度、测量结果有重要影响。为了解影响辐射高温计动态线性的因素，采用LED脉冲光源和高线性光电探头发展了一种脉冲线性测量方法，并对一种基于光电倍增管（PMT）的瞬态辐射高温计在不同工作条件下的动态线性响应进行了测量。结果表明，PMT的结构、分压器电路和工作电压对动态线性响应范围有显著的影响。测量和研究结果为研制高性能瞬态辐射高温计及其使用提供了重要的设计和参照依据。
动态线性 瞬态辐射高温计 光电倍增管 冲击温度 dynamic linearity instantaneous radiation pyrometer photomultiplier tube shock temperature
1 四川大学物理科学与技术学院和辐射物理及技术教育部重点实验室,四川,成都,610064
2 中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室,四川,绵阳,621900
用自由电子气模型对自由电子气(费米能为5 eV)的冲击压缩雨贡纽曲线、冲击温度进行了数值计算.冲击压力、内能和冲击温度被计算为压缩度的函数.计算结果表明,自由电子气(费米能为5eV)的冲击压缩极限近似为初始密度的4倍.
自由电子气模型 冲击压缩极限 冲击温度 Free-electron gas model Shock compression limitation Shock temperature
