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辐射测温法及其在落管测温中的应用研究

作　者: 唐韬
导　师: 李恩普
学　校: 西北工业大学
专　业: 光学
关键词: 落管 辐射测温 双波长 多光谱辐射测温 发射率 过冷度
分类号: O432.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


落管是地面模拟空间环境的一种设施,它能在地面上产生短暂的微重力环境并提供无容器处理条件,主要用于金属和合金在空间环境下的深过冷和快速凝固过程研究。其中,温度测量系统是落管的重要组成部分,用于测量样品下落过程中的温度。由于样品体积小且运动速度快,这给温度测量带来了困难。辐射测温法以其许多优点在诸多领域得到了广泛应用,它能够对快速移动目标的温度进行非接触测量,因而成为落管测温的唯一选择。本文从理论上研究了辐射测温的意义、原理和方法,并探讨了辐射测温方法在落管中测温的应用。主要内容如下: 详细的阐述了辐射测温的基本原理,其中包括辐射度量学的基本理论和黑体辐射定律,引入物体发射率的物理量并建立起辐射测温的物理基础。对不同辐射测温方法如,全辐射测温法、亮度测温法、双波长测温法以及多光谱测温法等原理和特性加以介绍,重点讨论了多光谱测温方法的理论基础,分析了多光谱测温方法的数学模型,阐述了基于插值法和最小二乘法的固定发射率假设模型的数据处理方法,并指出了其局限性和改进方法。 落管测温系统包括光触发电路、定点测温和动态测温三个部分,其中动态测温是整个测温系统的关键。本文设计了一种能在被测物体发射率未知的情况下进行测温的红外温度计,用于定点测温,其测温范围为900～1800K,响应时间小于1ms,精度可达1%。根据液滴传热模型和经典形核理论,推导了实验中样品冷却速率和过冷度的计算方法,进而得出冷却速率和过冷度与液滴体积之间的关系。最后研究并确定出落管中双波长动态测温方案。对动态测温系统的工作波长及其带宽进行了优化设计,确定工作波长分别为0.8μm和0.95μm,带宽均为0.03μm。根据实际情况选择了硅PIN光电(?)极管作为系统的探测器。并针对动态测温的特点设计了相应的测量电路和软件,使系统达到落管环境中工作的要求,并通过实验验证了双波长测温法在落管中应用的可性。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-6
第1章 绪论  6-13
  1．1 引言  6-7
  1．2 辐射测温技术的发展概况  7-9
  1．3 落管中温度测量的意义和现状  9-11
    1．3．1 落管中测温系统简介  9-10
    1．3．2 落管中测温的研究现状  10-11
  1．4 本论文的主要工作  11-13
第2章 辐射测温的理论基础  13-22
  2．1 引言  13
  2．2 辐射度量学基础  13-18
    2．2．1 常用辐射量及其基本规律  13-15
    2．2．2 角系数的基本概念  15-16
    2．2．3 测温系统中探测器光敏面的辐射通量分析  16-18
  2．3 辐射测温原理的有关定律  18-21
  2．4 本章小结  21-22
第3章 辐射测温方法研究  22-35
  3．1 引言  22
  3．2 全辐射测温法  22-23
  3．3 亮度测温法  23-24
  3．4 双波长测温法  24-26
  3．5 多光谱测温法  26-34
    3．5．1 多光谱测温方法的数学模型  26-28
    3．5．2 多光谱测温方法的数据处理方法  28-34
  3．6 本章小结  34-35
第4章 光触发电路和定点测温  35-43
  4．1 引言  35
  4．2 光触发电路  35-37
    4．2．1 光触发电路的作用及要求  35
    4．2．2 光触发电路的设计  35-37
  4．3 定点测温  37-42
    4．3．1 引言  37-38
    4．3．2 定点测温计的原理设计  38-39
    4．3．3 定点测温计的标定  39-41
    4．3．4 定点测温计的使用及误差  41-42
  4．4 本章小结  42-43
第5章 动态测温系统的研究  43-61
  5．1 引言  43
  5．2 过冷度和冷却速率的计算  43-46
    5．2．1 液滴下落过程中的散热过程  43-44
    5．2．2 冷却速率和过冷度的估算  44-46
  5．3 双波长测温系统方案设计  46-59
    5．3．1 测温系统简介  46
    5．3．2 工作波长的选择  46-50
    5．3．3 探测器的选择  50-54
    5．3．4 检测电路的设计  54-59
  5．4 本章总结  59-61
第6章 结论与展望  61-63
参考文献  63-67
攻读硕士期间发表的论文  67-68
致谢  68-69

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 光辐射、光度学、色度学 > 光辐射
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