一种薄膜热电堆热流传感器灵敏度系数的实验研究

为应对长时间、高频响、高热流密度条件下的热流密度测试要求,通过热沉体设计发展了一种新型热阻式薄膜热电堆热流传感器,并利用对比标定的方法、采用辐射标定方式确定各个此类型传感器的灵敏度系数。标定实验数据表明:该类型热流传感器的灵敏度系数与感应面温度相关,且在高于一定温度之上校正关系式不同于以往的线性关系而呈现出二次非线性关系。通过分析可知:呈现出二次非线性校正关系式的原因主要是依赖于温度的热阻层导热系数以及薄膜热电偶Seebeck系数。实验数据以及分析结果为该类型热流传感器的标定和优化设计提供了参考,同时确保了该类型热流传感器在使用过程中获得准确、可靠的热流测试数据。     

基于薄膜热电堆的新型高温瞬态热流密度传感器的研制

目前针对国内薄膜瞬态热流传感器一致性较差、制备工艺不成熟等问题，提出了一种基于光刻工艺和离子束溅射镀膜工艺的制备方法，200对T型金属薄膜热电偶沉积在10mm×10mm的水冷块上，测量1μm的氧化铝热阻层温差，从而得到瞬态热流密度值。对新型高温瞬态热流密度传感器进行比对法标定，一致性误差为0.211%，即工艺的一致性约为99.79%。实验表明，研制的新型高温瞬态热流密度传感器的一致性好,制备工艺具备良好重复性和可移植性，能够满足高温瞬态热流检测需要，为热流传感器的推广应用及标准化、批量化生产提供了良好的技术支撑。     

基于薄膜热电堆的新型高温瞬态热流密度传感器的研制

目前针对国内薄膜瞬态热流传感器一致性较差、制备工艺不成熟等问题，提出了一种基于光刻工艺和离子束溅射镀膜工艺的制备方法，200对T型金属薄膜热电偶沉积在10mm×10mm的水冷块上，测量1μm的氧化铝热阻层温差，从而得到瞬态热流密度值。对新型高温瞬态热流密度传感器进行比对法标定，一致性误差为0.211%，即工艺的一致性约为99.79%。实验表明，研制的新型高温瞬态热流密度传感器的一致性好,制备工艺具备良好重复性和可移植性，能够满足高温瞬态热流检测需要，为热流传感器的推广应用及标准化、批量化生产提供了良好的技术支撑。     

用不均匀钢带法测量对流换热系数的测量技术研究

对用不均匀钢带进行换热测量做了研究。制作了贴有14块扇形不均匀加热钢带作为测量面的换热盘。推导了计算不均匀加热钢带热流密度的三种不同的关系式,并对他们做了比较验证。计算了造成主要测温误差的热阻,方法是采用热电偶和热像仪相结合来比较他们的测温结果。对换热盘进行测试验证的结果表明其可以进行旋转盘的换热测量。通过换热实验,采用不均匀钢带加热、热电偶测温和遥测仪采集数据的方法,由测量出的盘面温度分布计算换热系数。     

碳纳米管薄膜传感器及其应变传感特性

碳纳米管薄膜可作为应变传感器用于结构损伤的健康监测。采用机械搅拌、超声处理和高速离心等分散工艺将多壁碳纳米管单分散后,通过真空吸滤法制备碳纳米管薄膜。对碳纳米管薄膜传感器进行了深入的研究,设计了一种高灵敏度的碳纳管薄膜应变传感器,与结构基体一体成型。弯曲应变传感实验表明碳纳米管薄膜传感器在不同的应变范围、不同的循环次数、不同的温度范围等条件下都具有良好的应变传感特性。结果表明碳纳米管薄膜传感器灵敏度较高,灵敏度系数为188.31(0~22 500 με),且具有较好的应变传感可逆性和可重复性。      

对流换热系数的瞬态测量技术

使用等热流法瞬态实验测量对流换热系数:基于流动稳定及热平衡条件下对测量表面突加一稳定热流,测出测量表面高低两种窄幅热色液晶的显色时间,根据窄幅液晶的显色温度及其时间通过求解一维半无限大平板非稳态导热方程得到对流换热系数.推导出此方法的误差传递公式,在此基础上分析如何得到准确的对流换热系数.最后给出热流法测对流换热系数的实验流程,并通过自由盘实验验证热流法测对流换热系数的可行性.     

基于稳态方法的对流换热系数传感器研制

基于稳态方法研制出一种对流换热系数传感器.在研究中引入一个标定端,并分析其精度,与经典的经验公式进行了对比.通过标定实验验证了此传感器的可行性,得到修正系数值 K ,修正后传感器测量值与标准值的相对误差范围为0.4%~1.7%,不同传感器的K值不同.     

标准辐射热源

本文介绍一种为热流量值传递而研制的“标准辐射热源”。简述了“标准辐射热源”的原理和结构,给出了它的技术指标。误差分析表明该“标准辐射热源”输出的热流值误差不大于±3％。“热流”是个物理量,表示在单位时间内通过单位面积的能量,单位是KW/M~2(或W/CM~2),用以描述研究对象的热状态。它广泛用于能源、燃烧、宇航等领域。为了测量热流的大小,我国各科研生产部门都根据各自的需要研制了各种类型的热流传感器供测量时使用。但是,计量部门没有热流量值的传递系统,不可能对各种热流传感器进行分度和检定,因而热流量值也不统一。为了解决各种热流传感器在量值上的统一问题,研制了一套“热流测量系统”,对各种热流传感器进行分度和检定以实现热流量值的统一。“标准辐射热源”是“热流测量系统”中热流标准值的输出装置,所达到的主要技术指标为: 1.温度范围:900℃～2000℃(若石墨发热体经热解涂层处理后,最高温度可达3000℃); 2.控温精度:≤±2℃/10分钟;3.“靶子”两侧温度对称性:≤±2℃;4.黑度系数ε:0.99±0.005。测定技术指标的实验数据由表(1)和表(2)给出。黑度系数ε为计算值。     

高超声速飞行器热流密度/分层温度/碳化层研究

受试验设备能力限制,地面风洞无法完全模拟高超声速飞行器临近空间热环境。文章采用在飞行器表面开孔安装长时耐高温热流传感器直接测量热流密度的方法,国内首次获得Ma12以上高超声速飞行器表面热流密度时变数据和边界层转捩特征。实测热流值与理论预示值规律相同,两者偏差小于20%。针对树脂基材料导热微分方程中虽考虑了热解吸热项,但未考虑导热系数随温度变化情况,采用在树脂基材料导热微分方程中加入物性参数随温度变化项的方法,计算了飞行器热防护结构内部分层温度和碳化层厚度,并与实测结果进行了比较,不考虑树脂热解特性和材料物性参数随温度变化,理论值高于实测值,最大偏差275~320℃;考虑热解特性和物性参数随温度变化情况,计算值与实测值最大偏差小于70℃。     

基于平行直线的摄像机标定方法

针对视觉测量中摄像机镜头畸变对精度的影响问题,提出一种基于平行直线求解镜头畸变系数及摄像机标定的方法.考虑到空间直线在理想摄像机模型下的成像仍然是直线的特点,根据畸变对直线的影响,利用径向畸变的数学模型和参数分解的方法对径向畸变系数进行线性求解;仅存在切向畸变的点和理想点到主点距离相等,采用非线性拟合直线确定理想点的方法求解出切向畸变系数.对标靶点进行畸变校正,计算出摄像机内外方位参数.实验结果表明,该方法得到了准确可靠的标定参数.     

利用青海湖对FY—1C、FY—2B气象卫星热红外通道进行在轨辐射定标

介绍利用青海湖辐射校正场对FY－1C、FY2B气象卫星热红外通道进行在轨辐射定标，先用CE312野外热红外辐射计在水面测量水表辐亮度，再经大气订正传递到卫星入瞳处，大气订正包括大气吸收削弱和大气产生热发射影响，这两部分对卫星信号的贡献通过辐射传输模式MODTRAN37计算出来，同时进行CE312与卫星通道光谱响应匹配，最终得到卫星入瞳处的表观辐亮度，这个辐亮度与卫星通道的计数值得到该通道绝对定标系数。我们对两颗卫星进行了多次定标，结果表明利用青海湖进行的在轨定标与星上定标系数相差5％左右，相当于3K的亮温差。     

星载电子器件用空气射流散热特性

在前期设计卫星大功率电子设备地面测试用通风散热系统的基础上,对系统散热性能进行了优化设计,对不同结构参数下电子器件的空气射流强化散热开展了数值仿真.研究结果表明系统中喷嘴出口直径、喷嘴出口至换热面距离、射流倾斜角以及喷嘴出口风速等参数对散热性能均有直接影响,并给出了定量的无量纲参数优化设计结果.该结论也可应用于表面热流密度为1 kW/m2级电子器件散热的优化设计,并为星载大功率电子设备对流式热控系统设计和地面测试提供技术参考.      

钇稳定二氧化锆火焰传感器的静态响应特性

以钇稳定二氧化锆（YSZ）火焰传感器为研究对象，利用马弗炉，在873~1 523 K的温度范围内，测量了YSZ火焰传感器对温度的静态响应，获得并分析了传感器的静态校准曲线与静态响应特性。结果表明，YSZ火焰传感器的线性度为12.88%，24 V激励电压下的平均灵敏度为10.02 mV/K，迟滞与重复性指标分别为2.13%和2.22%，传感器间的互换度为1.22%。采用Boltzmann函数能够较为准确地拟合YSZ火焰传感器的静态校准曲线，误差小于±3.5%。YSZ火焰传感器的非线性特征明显，精密度与互换性良好，灵敏度较高，总体性能良好。相较于火焰检测中常用的热电偶和离子火焰传感器，YSZ火焰传感器对火焰温度的响应信号更为稳健，能够有效提高火焰检测的准确度与可靠性。      

激光通信终端主体热设计与热分析

激光通信终端主体作为一种新兴的信号传输载体,工作时光学器件发热量大,对温度均匀性和稳定性要求高,给热设计带来挑战.针对载荷的工作特性和外部空间环境规律,对单机产品进行热设计:针对大功率发热元器件散热采用导热板+热管的途径进行散热,并对关键部件实现高精度控温措施.通过Thermal Desktop热分析软件对极端工况进行数值模拟,计算结果表明,激光通信终端主体温度场满足设计要求,热设计方案合理可行.     

热阻式热流传感器校准装置研究

介绍了热流传感器的主要应用场合，说明了建立热阻式热流传感器校准装置的重要意义，论述了热阻式热流传感器的测量原理及其校准方法，对保护热板法的国内外研究现状进行了总结。设计了保护热板法校准装置，实现热阻式热流传感器量值的准确溯源。     

星敏感器姿态测量相对基准偏差在轨标校方法研究

摘要： 对航天器星敏感间姿态测量基准偏差在轨标校及性能评估问题进行研究.建立包含敏感器安装误差与测量误差的星敏感器模型,针对两种不同形式的安装误差模型,推导出相应的观测方程,基于卡尔曼滤波方法设计相对基准偏差估计器,并比较分析两种估计器实际应用特点.然后针对在轨实际应用,给出一种基于敏感器光轴夹角的标校性能评估方法,通过数学仿真验证星敏感器相对基准偏差的标校的有效性,并基于在轨数据的标校应用获取相对基准偏差在轨特性.     

Sensor calibration impacts on dust detection based on MODIS and VIIRS thermal emissive bands

Dust detection using remotely sensed measurements has been one of the challenging problems encountered by atmospheric scientists. MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) on the Terra (T) and Aqua (A) platforms have been a versatile sensor for well over 21 and 18 years respectively, and have been extremely useful in the retrieval of aerosol information over the entire globe. The MODIS radiances from the Level 1B in general are expected to be within 5% accuracy in the reflective wavelengths and within 1% in the thermal emissive wavelengths. In this paper, we evaluate the sensitivity of previously developed dust detection technique based on thermal emissive wavelengths, which correspond to MODIS bands 20, 29, 31, and 32 respectively. The Thermal Emissive Dust Index (TEDI) performed very comparably to the traditional Aerosol Optical Thickness (AOT) retrievals by MODIS reflective channels. Since the MODIS Thermal Emissive Bands (TEB) are well calibrated on-orbit using a BlackBody (BB) source, the calibration of these long wave infrared bands is quite robust. As A-MODIS continues to perform well beyond its designed lifetime of 6 years, the instrument has undergone various levels of degradation during its mission time. As a consequence, it is imperative to check the impacts of calibration on the higher-level retrievals. In this paper, we rigorously analyze the sensitivity of TEDI due to the impact of calibration by the afore-mentioned TEB. The perturbation of the dominant (linear) calibration term demonstrated the following: first, there was a correlation in the sensitivity of the TEDI due to the uncertainty in the linear calibration term. Based on a perturbation in the linear calibration term for all aforementioned bands over a range of ±5% yielded the TEDI sensitivity to vary from approximately ?3.2% to about ?3.6%. When considering the uncertainty in each individual band significant changes were observed. The least change was observed for the perturbation in the calibration of band 20 with the TEDI sensitivity and the largest sensitivity in TEDI was observed in the perturbation of band 31 calibration. Thus, in the case of TEDI, noticeable sensitivity due to calibration uncertainty was observed in bands 29, 31, and 32, reiterating the importance of the TEB calibration in these bands. Also, the dust detection scheme based on A-MODIS was successfully transferred to the follow-on sensors such as Suomi (SNPP) and NOAA 20 (N20) VIIRS. The results presented in this paper would be extremely helpful in understanding impacts of calibration on the higher-level products for both current and future missions based on the MODIS heritage. Finally, the work also identifies the importance of radiometric fidelity in maintaining the accuracy of the dust detection. Results presented will show drastic improvement of the Saharan dust detection after the reduction of the electronic crosstalk in the 8.5 µm channel of T-MODIS.     

基于样条曲线插值的压力传感器的温度补偿

提出了基于三次样条曲线插值的温度补偿方法,用这种方法对测压范围为0.013 3×105~3.198 9×105 Pa,温度应用范围为-55~+80℃的高精度谐振筒压力传感器的实验标定结果进行了温度补偿.为加快标定过程,给出了传感器标定点数的减少方案.结果表明,在传感器的标定点数减少2/3的情况下,提出的温度补偿方法的综合误差为0.007 9%,约是基于径向基函数(RBF)神经网络的温度补偿方法的1/2,从而有效减少了传感器的标定成本和工作量.这对于解决高精度压力传感器的温度补偿问题具有一定的理论意义和工程应用价值.      

大气密度模型球谐修正研究

大气模型修正是提高模型精度的一种重要方法.利用CHAMP卫星高精度加速仪反演的密度数据,采用球谐函数的形式对NRLMSISE-00模型进行修正.为了消除轨道高度变化对密度修正结果的影响,将密度数据同化到同一高度处,计算修正之后的密度误差,进而对未来三天的密度进行预报.结果表明,经球谐修正后,修正误差和预报误差均有显著降低.在太阳活动高年,修正误差可降至10%左右,提前1~3天预报精度分别提高31.34%,21.39%和13.75%;太阳低年时修正误差可降至14%左右,提前1~3天预报精度分别提高55.03%,47.79%和43.60%.      

Upwards migration phenomenon on molten lunar regolith: New challenges and prospects for ISRU

As part of our research on the feasibility of producing commodities from lunar regolith by thermal-driven processes with minimal terrestrial precursors we need to characterize, reproduce, and understand thermophysical properties of the molten regolith still unforeseen under the lunar vacuum conditions at a scalable sample size. Two unanticipated phenomena, apparently caused by lunar melt’s surface tension under vacuum, have been revealed in our research work, vacuum void formation and upwards migration. In this paper we present our findings and thinkable explanation on the upwards migration phenomenon experimentally observed and consistently replicated as JSC-1A lunar regolith simulant melted at high vacuum. Upwards migration of molten lunar regolith will make future lunar ISRU’s melting processes both challenging as molten bulk material would migrate upwards along the container’s walls, and also promising on new opportunities for alternative ISRU’s sustainable processes as regolith’s upwards migration takes place in uniformed thin-film pattern. Among the potential ISRU’s processes that might use controlled thermal thin-film-based migration without the necessity of terrestrial precursors are production of feedstock for 3D printing, fractional separation of regolith’s component’s (O₂, metals, and alloys) via pyrolysis, film coating, purification of valuables solid crystals including silicon, and fabrication of key elements for microfluidic, and MEMS devices. Thermal upwards migration phenomenon on JSC-1A’s melt is formulated and explained by the authors as due to thermal Marangoni effect (also known as thermo-capillarity) in which temperature gradients within the melt’s bulk and along the crucible’s wall yield the surface tension large enough to supersede the gravitational force and yield the experimentally observed upwards thin-film migration. As far as the authors know, upwards thermal migration of molten JSC-1A (or other lunar simulant regolith) under vacuum has not been reported in the literature. A thermal mathematical model accounting for thermal Marangoni effect on molten JSC-1A agrees with what experimentally was observed, the formation of the meniscus on the melt-wall surface interface along with an incipient upwards migration in thin-film pattern along the crucible wall that, according to the model, experiences large temperature gradient, an important factor to trigger the thermal Marangoni effect along with the fact that surface tension of the molten lunar regolith material is temperature dependent.