[发明专利]基于脉冲激光的半透明介质衰减系数和散射反照率的快速测量方法

说明书

技术领域

本发明属于半透明介质辐射物性测量技术领域。

背景技术

半透明介质热辐射物性参数是衡量材料能否适应具体热过程工作环境需要的基本依据，是对特定热过程进行基础研究、分析计算和工程设计的关键参数，它还是认识、了解和评价物质的最基本的物理性质之一。因此世界各国对材料热辐射物性学的研究给以了极大的重视，进行材料的热辐射物性参数测量研究工作对航天、国防、民用工业具有重要意义，对相关学科的建立和发展及材料性能的研究也起着重要的推动作用。

衰减系数和散射反照率是表征半透明介质辐射物性的一个重要参数，在很多的领域发挥着重要的作用。在国防领域中，是对导弹预警、制导、隐身的关键，在激光通信、海洋探测、大气遥感、目标特性研究中有重要的应用价值。再如在炉膛火焰温度在线监控、生物医学光学成像、激光无损探伤等领域中也具有重要的应用价值。

基于逆问题求解的半透明介质辐射测量方法能够比较准确的测量出介质的衰减系数和散射反照率，但是由于逆问题求解算法本身的特点，需要进行大量的计算，它的测量速度比较缓慢。

发明内容

本发明为了解决基于逆问题求解的半透明介质辐射测量方法测量速度缓慢的问题，提出了基于脉冲激光的半透明介质衰减系数和散射反照率的快速测量方法。

本发明所述基于脉冲激光的半透明介质衰减系数和散射反照率的快速测量方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、向半透明待测试件的一侧表面涂覆上黑度为0.95-1的涂层，利用高斯脉冲激光器产生高斯脉冲激光，高斯脉冲激光光束垂直入射到试件无涂层的一侧表面，采用单光子计数器测量半透明介质无涂层侧的时域半球反射信号，获得试件的时域反射信号曲线及该曲线的峰值R_max；

步骤二、利用得到的时域反射信号曲线的峰值R_max，根据试件的几何厚度L和长度量纲的激光脉冲宽度ct_p的大小关系，获得待测介质的衰减系数β和待测介质的散射反照率ω的关系；

步骤三、利用步骤二中获得的待测介质的衰减系数β和待测介质的散射反照率ω的关系，对逆问题算法进行初始化；

步骤四、利用逆问题算法，设定待测介质的衰减系数β和待测介质的散射反照率ω的值，根据辐射传递方程，获得计算域内的辐射场强度；

步骤五、利用步骤四获得的计算域内的辐射场强度，根据公式：

R(t)=2π∫π/2πI(0,θ,t)I0cosθsinθdθ---(1)]]>

获得时域半球反射信号的估计值R(t)；式中I₀是高斯脉冲激光的辐射强度峰值；I(0,θ,t)为t时刻θ方向x=0处的的辐射强度，x=0处为待测试件无涂层的一侧表面，θ为辐射方向；

步骤六、利用步骤五获得的时域半球反射信号的估计值R(t)与步骤一中采用单光子计数器测量半透明介质无涂层侧的时域半球反射信号做最小二乘差值；

步骤七、判断步骤六的最小二乘差值是否小于阈值ε，若是，将步骤四中设定待测介质的衰减系数β和待测介质的散射反照率ω的值作为测量结果，完成基于脉冲激光的半透明介质衰减系数和散射反照率的快速测量，否则返回步骤四。