[發明專利]基于鎖相熱波與光學層析相結合的半透明材料光熱特性分布測量方法

有效

• 申請號: 201810143017.0
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN108362733B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 齊宏;王申領;于曉瀅;孫雙成;任亞濤;阮立明;趙春暉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N25/00;G01N21/47;G01N21/31
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

基于鎖相熱波與光學層析相結合的半透明材料光熱特性分布測量方法，涉及半透明材料光熱物性測量技術領域。本發明為了解決目前無法準確的測量半透明材料光熱特性分布的問題。本發明首先利用LIT技術識別材料中內含物位置，然后將背景材料光學和熱物性賦給內含物，作為內含物的光學和熱物性初始值，通過SQP算法反演初步確定的內含物的吸收系數、散射系數和導熱系數；基于重建半透明材料光熱特性分布的LIT?SQP算法最終確定半透明材料光熱特性分布。本發明結合了鎖相技術快速定位內含物位置的優點和SQP算法準確重建材料光熱特性的優點。本發明適用于半透明材料光熱特性分布的測量。

技術領域

本發明涉及半透明材料光熱物性測量技術領域。

背景技術

半透明材料在工業生產、生物醫學、信息通訊等科學領域有著廣泛的應用。日常生活中最常見的半透明材料就是空氣、水、玻璃，塑料，鏡片(聚酯樹脂)；在民用工業領域，如汽車發動機的陶瓷組分零件；航空航天領域中，航天器極端環境下的熱防護陶瓷隔熱防護層，渦輪發動機的耐高溫組件；生物醫學研究領域中的生物組織體，如腦組織、皮膚等等材料都屬于半透明材料的范疇。

吸收系數、散射系數和導熱系數是表征半透明材料輻射傳輸和導熱特性的重要參數，材料光熱物性的準確獲取在目標特性研究、爐膛火焰溫度在線監控、生物醫學光學成像和激光無損探傷等領域中具有重要的應用價值。所以通過半透明材料內部參數重構獲得輻射和導熱特性參數數據對于上述半透明材料在各種工業和醫療領域的研究具有重要的意義。但是目前無法準確的測量半透明材料光熱特性分布。

發明內容

本發明為了解決目前無法準確的測量半透明材料光熱特性分布的問題。

基于鎖相熱波與光學層析相結合的半透明材料光熱特性分布測量方法，包括以下步驟：

步驟一：利用LIT技術識別材料中內含物位置；LIT技術即鎖相熱成像技術；

步驟二：將背景材料光學和熱物性賦給內含物，作為內含物的光學和熱物性初始值；光學物性包括吸收系數、散射系數，熱物性為導熱系數；

步驟三：通過SQP算法反演步驟一初步確定的內含物的吸收系數、散射系數和導熱系數；SQP算法即序列二次規劃算法；

步驟四：讀取步驟三中獲得的結果，使用步驟三中得到的光熱物性的初始分布作為下一步計算光熱物性的初始值；

步驟五：通過SQP算法反演內含物位置的光熱參數；

步驟六：重復步驟五中的計算過程，直到目標函數值達到指定的計算精度或者迭代步數達到最大值時停止計算得到材料光熱特性分布。

進一步地，利用LIT技術識別材料中內含物位置的具體過程如下：

用正弦波型輻射源照射材料，能夠在材料表面獲得正弦波熱信號，根據測量信號確定材料的熱物性和光學物性，紅外正弦波形激光熱流用下式表示：

q_laser＝q_amsin(2πf_et) (1)

式中，q_am和f_e分別表示入射激光峰值熱流和頻率，t表示時間；

用離散相關算法來提取熱波信號的幅值和相位信息，這個過程可以通過邊界熱波信號和相關諧波信號的同步關聯來實現：

LIT技術的關聯輸出用下式表示：