基于多光谱测温优化的材料光谱发射率测量

针对高温材料红外光谱发射率测量中样品表面温度难以准确测量的问题,提出了直接使用光谱仪测量得出样品表面的光谱辐射能量信息,选取其中合适的光谱波段利用多光谱测温方法得到样品表面温度,进而计算出材料的光谱发射率.分析了多光谱测温中发射率模型的阶次和测量波段选取对测温准确度的影响,给出了温度计算的稳健算法,并对其主要不确定度的来源进行了评定.在1 100 K左右温度下以不锈钢材料进行实验验证,得出温度引起的光谱发射率相对不确定度在2～20 μm范围内低于2%,满足红外隐身和辐射测温等领域的要求,适合于导热性能差的材料或涂层材料的高温光谱发射率测量.     

太阳同步轨道卫星光学特性

为了分析太阳同步轨道卫星的光学特性,对FY-1卫星的可见光和红外波段光学信号进行了仿真计算和模拟试验验证.通过对外部辐射及内部热源的分析,计算了卫星的温度场,采用随机起伏表面算法模拟表面覆盖材料外表面,通过阴影遮挡判断及双向反射分布函数(BRDF, Bi-directional Reflectance Distribution Function)模型计算卫星对外部辐射的反射特性,编程计算得到在可见光0.4~1.0μm和红外8~14 μm,14~16 μm波段下卫星的光学特性.结果表明红外辐射亮度与表面温度相关,8~14 μm最大约90 W/(m²·sr)、14~16 μm最大约20 W/(m²·sr).空间可见光辐射强度具有明显的镜面反射效应,卫星主体峰值2 200 W/sr.通过地面模拟测量空间目标的温度和红外辐射验证了温度及红外辐射仿真计算模型,可见光辐射强度仿真计算结果与地面模型卫星测量结果误差在20%以内.     

微射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响

计算了微射流强化混合喷流在3~5μm波段的红外辐射特性,并与无微射流强化混合的喷流红外辐射特性进行了比较,分析了微射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响.喷流的流场及温度场结果采用有限体积法求解N-S方程得到,采用Tam-Thies湍流模型模拟喷流.红外辐射特性的计算采用有限体积法求解吸收-发射性介质条件下的三维辐射传输方程得到.计算结果表明,在中等亚音速条件下,微射流可以达到较好的强化混合效果,射流流量占主流流量1%时,喷流的红外辐射强度比基准喷流的红外辐射强度降低15%左右,射流流量达到主流流量的3%时,喷流的红外辐射强度可以降低27%左右.     

黑体空腔不等温性对辐射温度计校准结果影响的计算分析

针对常用的圆柱型无盖黑体空腔,分别计算了在对工作波长为单波长(1μm,1.6μm)、波段(3~5)μm、(8~14)μm的辐射温度计进行校准时,由于空腔的不等温性引起的积分发射率变化对校准结果造成的辐射温度偏差。计算结果表明,黑体空腔实际存在的不等温性引起的辐射光谱偏离理想黑体辐射对校准结果造成的偏差是不容忽略的,对于每一个具体的黑体辐射空腔,都要对其不等温对校准结果的影响予以考虑。     

非晶态NiSiB薄膜电阻的弛豫

用射频溅射制备了一组厚度不同的NiSiB非晶态薄膜.在不同温度下,用不同时间对薄膜进行了循环退火.实验测量了循环退火后的薄膜电阻随温度的变化,得到可逆和不可逆两组曲线.厚度较大(>1 000)的薄膜,电阻随温度的增加而增大,厚度较小(<400)的薄膜,电阻随温度的增加而减小.电阻温度系数有正有负.从非晶态材料的结构弛豫出发,应用激活能谱模型和推广的Ziman理论讨论了实验所得的结果.     

原子氧对红外干扰材料消光性能的影响研究

为探索大气中的红外干扰材料可否应用于外层空间, 利用原子氧效应地面模拟装置对铜粉和石墨粉两种红外干扰材料样品进行了原子氧暴露实验, 并对样品进行了质量分析、XRD分析和红外透过率测试. 结果表明, 原子氧累积通量达到5.0×1019cm-2时, 铜粉样品质量增加0.004mg•cm-2,石墨粉样品质量损失0.117mg•cm-2; 原子氧暴露后, 铜粉对3~5μm与8~12μm红外质量消光系数由3.64 m2•g-1与2.74 m2•g-1变为3.14 m2•g-1与2.65 m2•g-1, 消光能力降低; 石墨粉对3~5μm和8~12μm红外的质量消光系数由6.54 m2•g-1和5.78 m2•g-1减小为2.38 m2•g-1和2.27 m2•g-1, 消光能力明显减弱.      

基于有限体积法和SNBCK模型的红外辐射特性计算

耦合求解流场、组分浓度场、基于SNBCK模型的气体辐射传输/能量方程以求准确模拟飞行器排气系统气动热力及红外特性.窄带模型参数由HITEMP逐线计算数据库计算得到.通过CO₂4.3μm波段吸收率计算,圆柱炉膛辐射换热特性计算两个算例验证了所采用程序求解辐射传输/能量方程的准确性.最后计算了两种二元喷管的红外特性,结果表明大宽高比二元喷管地面和空中状态红外辐射特性差异巨大.     

组合材料芯片技术应用及Zn-Al合金镀层材料优选

基于组合材料芯片技术原理,通过离子束溅射方法,在低碳钢基片上快速制备了全组份范围的二元Zn-Al薄膜材料样品库,研究了不同热处理条件对薄膜组份互扩散过程的影响.使用XRD及EDS等手段表征薄膜的成分和结构,并采用原子力显微镜和透射电了显微镜观察形貌;使用纳米压痕仪测试材料芯片样品的压痕硬度和弹性模量;使用电化学方法测试平衡电位和极化电阻.在获得薄膜材料样品组成-结构-性能(力学性能和耐腐蚀性能)关联特性的基础上,对具有良好力学性能和耐腐蚀性能的二元Zn-A1合金镀层材料提出了成分设计和优化方案,即选择兼具良好力学性能和耐蚀性能的Al-Zn镀层材料,成分配比应控制为约30at%Zn含量.     

红外窗口材料的热辐射特性测量方法

飞行器在大气层内高超声速飞行时,高温窗口迅速成为气动热辐射效应的主要因素,气动热辐射效应会降低甚至破坏红外(IR)探测系统的性能.通过分析红外探测窗口热辐射传输特性,提出一种红外窗口材料的热辐射特性测量方法,并测量了应用于中波红外(MWIR)探测系统的某蓝宝石红外窗口材料在高温状态下的透过率和自身辐射等热辐射数据.结果表明:在100~350℃范围内,0.1mm厚蓝宝石材料薄层在中波红外3.7~4.8μm波段的热辐射特性与温度近似呈3次方关系,温度越高,蓝宝石透过率越小,自身辐射越大.强烈的自身辐射极易导致红外探测器局部饱和现象,对探测系统造成的影响比透过率引起的信噪比(SNR)下降要大得多.      

巡航导弹红外辐射及大气衰减计算模型

对巡航导弹3个主要辐射源:蒙皮、尾喷管及羽流进行了深入分析,建立了巡航导弹红外辐射计算模型.此外,在红外辐射的大气传输理论基础上,综合考虑高度、倾斜及气象条件等各种因素,分析了大气衰减对红外辐射的影响,建立了大气透过率的理论模型与计算方法.最后,以某型号巡航导弹为例,利用此模型计算了3~5μm和8~12μm两个波段的红外辐射强度、大气光谱透过率和平均透过率,以及经过大气衰减后的红外辐射强度,并对计算结果进行了分析.结果表明,这是一种计算巡航导弹红外辐射的简单方法.      

透明导电氧化物薄膜的抗伽马辐照性能研究

利用射频磁控溅射法制备出具有良好光电性能的In₂O₃: W（IWO）薄膜,与购置的In₂O₃: Sn（ITO）薄膜一起,在伽马射线地面加速模拟试验设备中进行辐照试验。对辐照前后两种薄膜样品的微观结构、表面形貌、光电性能和元素价态进行对比分析,并用正电子湮没方法研究辐照前后的缺陷情况。结果表明,伽马射线辐照可引起ITO及IWO薄膜样品中氧空位缺陷的少量增加,且缺陷主要产生于薄膜表层及薄膜与基底界面结合处。高能伽马光子作用于透明导电氧化物薄膜,主要通过破坏其内部结合能较低的化学键,并实现薄膜系统中元素之间的选择性重组。ITO与IWO具有良好的抗伽马辐照性能,IWO相比ITO更适合于抗伽马辐照相关应用。     

VO2热致变色薄膜的结构与光电性能研究

研究了用磁控溅射制备的ＶＯ２热致变色薄膜,用Ｘ射线衍射,Ｘ射线光电子谱和原子力显微镜对薄膜的结构进行了分析,对薄膜的光学和电学特性也进行了研究。     

微颗粒表面磁控溅射镀金属膜实验

采用磁控溅射方法,成功地在微颗粒表面沉积了金属铜膜和金属镍膜.利用光学显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能谱仪(EDS)、多功能扫描探针显微镜(SPM)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)和光电子能谱仪(XPS)等测试仪器对其表面形貌、膜厚和组份进行了表征.重点讨论了不同的沉积条件对薄膜结晶的影响,并用X射线衍射仪(XRD)对其进行了表征.结果表明,溅射镀膜时,通过控制微颗粒的运动方式,可以在微颗粒表面镀上均匀性好、附着力强和致密性好的金属膜.溅射时间越长或溅射功率越大或装载量越少,都有利于薄膜结晶.      

Cu-Zr-Ti块体非晶合金的形成及其力学性能

在Cu-Zr-Ti的三元合金系中发现了具有高非晶合金形成能力的Cu₆₀Zr_40-xTi_x(x=5%~27.5%,x为原子数分数)合金,采用铜模铸造法制备了块体非晶合金,其过冷液体温度区间为38~65?K.在该合金系中具有最高非晶形成能力的成分范围为Cu₆₀Zr_40-xTi_x(x=7.5%~12.5%),其非晶形成临界直径为5?mm,是Cu-Zr-Ti三元非晶合金中迄今为止非晶形成能力最高的合金.Cu₆₀Zr_40-xTix(x=7.5%~12.5%)块体非晶合金的杨氏模量、压缩断裂强度、压缩塑性应变和硬度分别为80~114?GPa,1?730~1?865?MPa,0.3%~1.5%和Hv 693~Hv 824,并随Ti含量的增加而提高.同时具有高非晶形成能力、高强度及显著塑性变形能力的铜基块体非晶合金的发现对非晶合金的基础研究和高性能结构材料的开发具有重要意义.     

掺磷纳米硅薄膜的微结构

采用喇曼(Raman)散射谱、高分辨率电子显微镜(HRTEM)和原子力显微镜(AFM)对掺磷纳米硅薄膜的微结构进行了分析,并对纳米硅薄膜的传导机制进行了探讨.结果表明:掺磷纳米硅薄膜由尺寸为2～4*#nm的晶粒和2～3个原子层厚的非晶界面构成,计算得到薄膜的晶态比为40%～55%.与本征纳米硅薄膜相比,掺磷纳米硅薄膜晶粒尺寸和晶态比没有明显变化,电导率却提高了2个数量级.随着掺磷浓度增加,纳米硅薄膜的晶粒尺寸、晶态比及电导率逐渐增大.AFM观察表明掺磷纳米硅薄膜由尺寸介于15～20*#nm的团簇构成,团簇排列具有带状特征.     

Surface temperature estimation in Singhbhum Shear Zone of India using Landsat-7 ETM+ thermal infrared data

Land surface temperature (LST) is an important factor in global change studies, heat balance and as control for climate change. A comparative study of LST over parts of the Singhbhum Shear Zone in India was undertaken using various emissivity and temperature retrieval algorithms applied on visible and near infrared (VNIR), and thermal infrared (TIR) bands of high resolution Landsat-7 ETM+ imagery. LST results obtained from satellite data of October 26, 2001 and November 2, 2001 through various algorithms were validated with ground measurements collected during satellite overpass. In addition, LST products of MODIS and ASTER were compared with Landsat-7 ETM+ and ground truth data to explore the possibility of using multi-sensor approach in LST monitoring. An image-based dark object subtraction (DOS3) algorithm, which is yet to be tested for LST retrieval, was applied on VNIR bands to obtain atmospheric corrected surface reflectance images. Normalized difference vegetation index (NDVI) was estimated from VNIR reflectance image. Various surface emissivity retrieval algorithms based on NDVI and vegetation proportion were applied to ascertain emissivities of the various land cover categories in the study area in the spectral range of 10.4–12.5 μm. A minimum emissivity value of about 0.95 was observed over the reflective rock body with a maximum of about 0.99 over dense forest. A strong correlation was established between Landsat ETM+ reflectance band 3 and emissivity. Single channel based algorithms were adopted for surface radiance and brightness temperature. Finally, emissivity correction was applied on ‘brightness temperature’ to obtain LST. Estimated LST values obtained from various algorithms were compared with field ground measurements for different land cover categories. LST values obtained after using Valor’s emissivity and single channel equations were best correlated with ground truth temperature. Minimum LST is observed over dense forest as about 26 °C and maximum LST is observed over rock body of about 38 °C. The estimated LST showed that rock bodies, bare soils and built-up areas exhibit higher surface temperatures, while water bodies, agricultural croplands and dense vegetations have lower surface temperatures during the daytime. The accuracy of the estimated LST was within ±2 °C. LST comparison of ASTER and MODIS with Landsat has a maximum difference of 2 °C. Strong correlation was found between LST and spectral radiance of band 6 of Landsat-7 ETM+. Result corroborates the fact that surface temperatures over land use/land cover types are greatly influenced by the amount of vegetation present.     

基于双响应波段工作的红外热像仪测温原理与误差分析

为了提高红外热像仪测温的准确性,根据红外辐射理论,从红外热像仪的测温原理出发,分析了基于双响应工作波段的热像仪的测温原理,得出了目标物体的发射率、物体温度计算公式以及相应误差的估算公式,分析了各影响因素对热像仪测量准确度的影响,提供了一种目标物体发射率的测定方法,对利用红外热像仪准确测量内燃机等热能机械表面温度具有重要的意义。