针对紫外、可见、红外等激光器输出功率测试需求, 提出一种由传热体、吸收层、绝缘层和热电偶构成的热电堆型激光功率计。结合热效应和塞贝克效应理论, 采用 Solidworks三维设计软件构建不同关键结构尺寸的模型, 通过 ANSYS Workbench仿真软件建立了热电耦合仿真分析模型, 分析关键结构尺寸参数对输出电压以及温度分布的影响关系。采用机械加工、镀膜和喷砂工艺设计热电堆型激光功率计, 设计封装结构和电路补偿对输出电压进行放大和校准, 结果表明, 传热体厚度、热偶条对数和长度都是影响激光功率计输出电压的关键性因素。

为了给热电偶时间常数测试中提供更加准确的阶跃温升信号, 优化控制效果, 提高热电偶时间常数测量的准确性, 采用Tornambe控制器来反馈控制半导体激光器的输出功率, 在MATLAB下的Simulink模块中实现整个系统的搭建, 并对系统进行同一输入信号下的仿真研究, 通过实验来比较2阶Tornambe控制器与比例-积分-微分(PID)控制在系统运行过程中的控制效果。结果表明, 采用PID控制器测得CO1-K型热电偶的时间常数为456.2ms, 而采用Tornambe控制器测得的热电偶时间常数为284.6ms。2阶Tornambe控制器能够有效缩短热电偶达到平衡温度的时间, 且在控制器结构参量整定上也更加简便, 具有较强的实用价值。

为了研究高斯脉冲激光激励下的热电偶时间常数测试方法, 构建以半导体激光器为加热源的热电偶动态性能测试系统, 采用负阶跃信号法分析不同温度下结点裸露式K型热电偶的动态响应曲线。实验首先通过调整激光器输出功率, 为热电偶提供目标温度。然后立即停止激光加热, 使热电偶产生负阶跃形式的动态测温过程。最后通过负阶跃信号法分析热电偶动态响应曲线计算得出时间常数。以目标温度为812.8 ℃和666.7 ℃为例分析其动态响应曲线中负阶跃部分, 计算得出对应的时间常数值分别为0.357 6 s和0.316 9 s。同时, 基于ANSYS有限元仿真软件平台进行高斯脉冲激光加热热电偶结点的瞬态传热分析研究。设定球形结点半径为1 mm, 导热系数为20 W/(m·K), 激光光斑半径为4 mm。通过仿真分析得到结点温度由957 ℃降至负阶跃温差的63.2%时所对应的时间为0.59 s, 这为热电偶时间常数值的精准测试提供一定的理论依据和测试方法。

研究了一种直接沉积在镍基高温合金上的薄膜热电偶传感器。针对航空发动机高温恶劣环境, 设计了传感器的膜层结构, 采用磁控溅射技术沉积 NiCrAlY薄膜过渡层, 以电子束蒸发和射频磁控溅射技术相结合的方法沉积 Al2O3薄膜绝缘层和保护层, 采用直流磁控溅射技术制备 Pt10Rh/Pt薄膜敏感层。测试结果表明, 薄膜热电偶传感器最高工作温度达 1100℃, 塞贝克系数 8.26μV/℃, 最大温度误差小于 1%, 使用寿命大于 20h。该薄膜热电偶能够承受恶劣的航空发动机试验环境, 显著地提高局部温度测量的精度, 对涡轮叶栅的寿命预期和冷却结构设计提供了参考依据。

为了解决热电偶时间常数测试中阶跃温度问题, 采用模糊控制算法反馈控制激光器的输出功率, 设计了一种新的参量自适应模糊比例-积分-微分控制算法的闭环控制系统, 并进行了理论分析和实验验证, 测得某K型热电偶的时间常数为421.1ms。结果表明, 该算法能有效缩短平衡时间和增强控温系统的抗干扰能力。该结果对热电偶的校准研究是有帮助的, 具有一定的工程参考及应用价值。

在对红外光电探测器及焦平面封装结构中常用的三大类若干种温度传感器的特点及关键参数等进行整理的基础上，分析了不同种类传感器的测控精度及误差特点，并对不同温区封装结构中选用温度传感器需要考虑的因素以及使用时需要注意的问题进行了详细讨论。

以通过热传导流入肋片热量与通过空气与肋片间的对流所散出的热量相等作为条件, 分别讨论翅片串接与翅片并接两种情形, 以热流传递的连续性作为关联条件, 并通过结构基座的温差及翅片顶端的热流为零这一求解条件, 推导出了整个散热结构的温度计算求解方程。并以某型铝制散热结构作为分析对象, 通过实验与仿真得到了该型散热结构关键节点的温度数值, 并与计算值进行了对比, 验证了所构建的计算模型的正确性。

针对热电偶时间常数的测试，采用上升时间为0.6 μs、功率为500 W的半导体激光器取代CO2激光器作为激励源，通过对激光光束的整形优化，在20 V工作电压和20 A工作电流条件下，利用半导体激光器在热电偶测温端形成1050 ℃阶跃温度。对测量结果进行小波降噪处理，建立测量模型。分析测量结果的不确定度来源，评定测量结果不确定度。实验测得时间常数为1.3268 s，扩展不确定度为1.12 ms。通过提高激光器输出功率，可在热电偶测温端产生更高的阶跃温度，以实现大量程热电偶时间常数的测试。

中性束注入(NBI )是托卡马克装置四种辅助加热手段(中性束注入、低杂波、离子回旋段波、电子回旋段波)中加热效率最高、物理机制最清楚的一种等离子体加热技术，是国际聚变界公认的最有效的辅助加热手段之一。为了探究EAST-NBI的穿透损失，通过对穿透损失率产生原理的理论分析，设计了具体硬件电路框图和实验方案，并通过实验验证了理论推导的正确性。具体做法首先通过对离子源束斑内中心点热电偶进行定量标定的方法作为穿透损失计算的标准。通过石墨瓦上热电偶单位能量下的温升与标定热电偶的温升之比来对穿透损失率进行计算。实验结果表明在一定的束能范围内,穿透损失率随着注入束能的增加而线性增长,穿透损失率随着等离子体密度增长呈指数衰减。