气动加热下高温陶瓷材料的红外辐射机理与特性

从分析材料内部热辐射与导热耦合传热温度场、表面反射及折射之间的内在关系出发,建立了气动加热下高温陶瓷材料的红外辐射模型.采用控制容积法结合蒙特卡罗法和谱带模型,数值模拟了红外辐射能在材料内部的传递及出射过程.引入介质影响因子,分析了材料的红外辐射机理和外部气动热流对材料红外辐射特性的影响.结果表明,高温陶瓷材料内部热辐射的光谱选择性与温度场的耦合,导致高温陶瓷材料的红外发射率随气动热流变化而变化.由于陶瓷材料在紫外和中远红外谱带范围对辐射的吸收非常强,而在近红外和可见光谱带范围对辐射吸收较弱,随气动热流密度增大,对陶瓷材料表面红外辐射产生贡献的内部热辐射区域增大,但材料的红外发射率降低.     

红外成像光学系统近场辐射噪声建模与仿真分析

在红外探测系统中,当目标信号比较弱时,少量的杂散光引起的噪声就会大大降低系统的输出信噪比,从而降低系统的探测能力。对于高灵敏红外成像探测系统和低冷辐射环境模拟系统,系统自身热辐射将成为杂光的最大来源。文中分析说明了系统自身热辐射杂光的确定性和近场性,提出了一种新的基于光线光学的计算模型,讨论了计算模型中的一些关键问题和解决方法,并编程实现了对近场物体杂散辐射的精确数值模拟与仿真。得到了杂光在探测器上的辐照度分布图,并分析了温度、物距和辐射系数等参数对系统杂光水平的影响。对如何合理高效地降低系统自身热辐射噪声具有指导意义。     

长波红外高光谱成像系统的设计与实现

针对长波红外高光谱系统背景辐射强以及信噪比低的特点,设计了能有效抑制背景辐射的长波红外精细分光光谱成像系统.利用杂散辐射分析软件,对系统进行了背景辐射分析,包括全波段各辐射面源对背景辐射的贡献分量、各光学通道的背景辐射、机械内壁吸收率对背景辐射的影响、以及光机内壁温度对背景辐射的影响.主要通过制冷光机系统的温度、抛光亮...     

多光谱制冷型红外系统杂散辐射抑制技术研究

对采用制冷型中波红外探测器的光学系统,设计了一个多光谱中波红外汇聚系统,针对分色滤光片引入外界杂散辐射的问题,设计了一个热辐射抑制光阑,对其形状及位置不断地迭代优化,达到抑制系统外界杂散辐射的目的.经TracePro仿真验证表明,运用此热辐射抑制光阑后,总的杂散辐射降为之前总杂散辐射的8.8％,对改善成像质量有明显的效...     

弱小目标红外探测系统的杂散辐射分析

杂散辐射是指到达红外探测系统靶面的非目标成像的辐射能量。杂散辐射经过光电器件后增加了系统的噪声,降低了系统的输出信噪比,影响到红外探测系统对目标的探测能力。为了提高红外探测系统对空间弱小目标的探测能力,分析了红外探测系统的杂散辐射来源;推导了不同地理纬度、不同时刻下的红外探测系统太阳辐射入射角计算公式;分别计算了红外探测系统的太阳辐射、天空背景、热辐射噪声等效电子数;比较了杂散辐射噪声和探测器的固有噪声,分析了红外探测系统的最小噪声极限,得出地基红外探测系统的背景噪声决定了系统的探测极限。     

红外探测器内部颗粒物对图像的影响

在高灵敏度的红外光学系统中,来自系统内部的热辐射是影响系统探测性能的重要因素之一。污染颗粒物通常是杂散辐射的主要来源,除了光学元件的表面污染,探测器内部也会存在污染颗粒物。文中主要研究探测器内部颗粒物对焦平面光场分布产生的影响。根据红外辐射及散射原理建立了相应的理论模型,对探测器内部不同温度、不同位置的颗粒物在焦平面上形成的光场分布进行了仿真计算和对比分析,并进行了实验验证。结果表明,探测器内部如有颗粒杂质,在一定的使用环境下,可在探测器焦面上产生黑斑、白斑、黑点白斑等异常现象,而这些异常光场分布会对场景中的红外目标物产生干扰,造成误判,从而影响对目标的准确识别。因此应采用措施以保证探测器内部的洁净度,防止颗粒物的产生。     

凝视红外成像系统温度变化对其性能的影响

在过去的凝视红外成像系统设计中,很少考虑成像系统自身组成部分的背景热辐射对其性能的影响,然而这些热辐射在某些成像系统中却是一个不可忽略的重要因素,尤其是采用非制冷探测器的成像系统。因为在大多数实际的应用中,成像系统的温度是不可能保持不变的。通过建立系统热辐射对其影响的模型,分析了系统自身组成部分温度变化对其性能的影响,表明了温度变化对系统性能有很大影响,同时提出了一种解决思路。     

平行光管杂散辐射对红外辐射定标影响的分析

利用黑体与平行光管组合是红外辐射定标的重要手段之一。然而,由于平行光管自身存在热辐射,会在系统探测器上形成杂散辐射噪声,如果不进行处理,将产生定标误差,影响定标精度。建立了平行光管杂散辐射理论模型,定量分析不同工作温度、不同表面发射率下镜面的杂散辐射,确定杂散辐射对红外辐射定标的影响。同时提出杂散辐射修正措施,消除平行光管杂散辐射对红外辐射定标的影响,提高红外辐射定标的精度。     

海天背景红外成像仿真系统

设计了海天背景红外成像仿真系统:利用大气传输软件Modtran计算天空背景和太阳的红外辐射;基于JONSWAP海谱模型构建二维海面;基于热辐射理论和粗糙面散射理论分别计算海面和目标的红外辐射及对背景辐射的散射;最终可获得海天背景红外仿真图像.对于海天背景辐射特性和目标识别算法研究具有重要实际意义.     

中红外平面光栅光谱仪系统杂散光分析

为了抑制杂散光对中红外平面光栅光谱仪系统成像质量的影响,首先探讨了系统杂散光的来源,设计了遮光罩、挡光环和里奥光阑;然后针对用挡光板消除光栅衍射杂散光能力有限的问题,提出利用百叶挡光板和杂散光收集器组合来抑制杂散光的影响,并结合三维建模软件Solidworks和杂散光分析软件Tracrpro对系统进行了建模、分析和对比;最后针对某一型号红外热电堆阵列探测器并运用黑体辐射理论对其进行计算和分析,最终结果表明:光谱仪系统地气杂光抑制水平PST可以达到10-11,内部杂散辐射抑制能力有效发射率为1.3%,满足中红外平面光栅光谱仪系统杂散辐射的抑制要求.     

高功率全固态激光器腔内倍频晶体KTP温度场的解析分析

在激光二极管泵浦的全固态激光器系统中谐振腔内有较高的基频光功率密度 ,非线性晶体采用腔内倍频方式可提高晶体的谐波转换效率。但是非线性晶体吸收基频光辐射也会引起内部非均匀的温升 ,导致晶体内部各点的折射率的改变 ,破坏晶体本征的位相匹配条件 ,从而影响了晶体的谐波转换效率。通过对谐振腔内非线性晶体工作状态的分析 ,利用解析的方法得出了全固态激光器中非线性晶体KTP内部温度场的精确计算方法 ,并分析了影响KTP晶体内部温度场变化的各种因素。所得出的结果具有一定的普适性 ,可以应用到具有轴对称形式内热源的其它热模型温度场的计算分析中 ,对连续波腔内倍频激光系统的设计将起到指导作用     

装甲车辆与地面背景的热交互作用及红外仿真

为了全面揭示装甲车辆与地面背景之间热交互作用对地面背景温度以及红外辐射特性的影响,建立了装甲车辆和地面背景的温度和红外辐射特性的模型,重点考虑了装甲车辆与地面之间的传热。通过对地面和履带相关力学关系的引入,建立运动车辆和地面之间热学以及力学的模型,采用了动网格方法对车辆目标在运动后对地面所产生的沉陷现象及在地面上留下的热痕迹进行模拟仿真。基于红外辐射理论,综合考虑自身辐射、反射辐射以及大气传输特性,计算了车辆在3种不同状态下与地面背景之间的热交互作用及红外辐射特征分布,并比较了模拟温度与实验测量温度的误差,验证了模型的精度。仿真结果表明:该方法对地面目标的隐身设计和隐身技术评估具有十分重要的意义。     

双基高比立体测绘相机热分析与热设计

大基高比测绘相机斜视利于进行地面高程测量,小基高比测绘相机近正视利于进行平面高精度定位,并有利于降低畸变和减小遮挡。双基高比测绘是结合了大小基高比测绘优点的新型测绘手段,但需要对大功率设备进行高效散热,同时需为大尺寸镜面提供高精度温度梯度,这对双基高比立体测绘相机热控系统设计提出较高要求。文中采用耦合散热面、在大尺寸镜面背部设计铝合金热罩减小温度梯度、布置多路控温回路、利用高性能热管增强导热相结合的方式,对双基高比相机的热控系统进行详细设计。通过对相机外热流的分析,确定了=17,焦面组件、电子学器件、控制器同时工作的高温工况;=27,相机待机的低温工况。结合相机内热源及接口信息,制定了详细的热控方案,通过仿真分析验证了热控方案的正确性,各温控指标达到设计要求。文中可为我国双基高比立体测绘相机的研制提供热控方面技术支持。     

干燥裸地红外辐射统计特性：发射率起伏的影响

根据干燥裸露地表的稳态热平衡方程，考虑到地表的感热交换和天空热辐射的作用，用Monte-Carlo方法分析了风场下地表发射率空间起伏对裸露地表红外辐射统计特性的影响。结果表明：由于地表发射率在空间的起伏变化，地表热红外图像的反差将显著增加；地表辐射温度概率密度分布的偏态与峰度也不同程度地发失变化。     

地雷对土壤表面红外辐射的影响

地雷排除一直是较难解决的问题。利用红外系统对地雷进行探测,主要取决于地雷与背景间的红外辐射差异。首先通过热平衡方程分析了影响地表温度的主要因素,以一维热传导方程为模型分析了埋设地雷对地表温度的影响。计算了地雷上方土壤与周围土壤的表面温度在一天中随时间的变化,并且与实际测量值进行了比较。在此基础上,利用高斯模型对实验数据进行了拟合分析,通过拟合模型可得到地表温度随时间的变化关系。结果表明,仿真地雷会使土壤层之间正常的热传导被阻断,造成地雷上方的土壤与周围土壤之间存在一定的温度差异;这种温度差异可以通过红外技术进行分辨。     

A New Apparatus for Measuring Thermal Properties of Soils and Rock in Situ

To interpret the results in thermal remote sensing and to study the problem of heat storage in the ground, it is necessary to be able to determine in situ two independent thermal properties of each layer. A former system, in which heating wire and two probes were inserted into the ground was not convenient for coarse soils containing gravels or pebbles and for rocks. The new apparatus necessitates only to be put in close contact with the surface of the material to measure. The sensor consists of a block of silastene containing heating wire and the two temperature probes. The temperature difference is measured at two or three intervals of time after the beginning of the heating. Master curves are used to deduce the conductivity and the diffusivity of the material. The calculation of the temperature difference is made by the finite element method.     

Increasing the accuracy of structure function based thermal material parameter measurements

The Structure functions based evaluation of the thermal transient measurements is now a broadly accepted way for the characterization of the time dependent behavior of the heat flow path. The usual way of generating structure functions considers one main heat flow path. By using a large mathematical tool set it generates for this path the Rth-Cth map of the structure. This enables easy detection of partial thermal resistances in the heat flow path, with which we can determine the values of, e.g,. interface thermal resistances, local effective thermal conductivity values, etc. The accuracy that we can obtain with this material parameter measuring methodology is in the order of 20%. In this paper, we present a methodology that enhances the accuracy of the structure function based material parameter measuring methods. In this procedure, on one hand, we measure the thermal transients for the system to be characterized and on the other hand we measure the "parasitic" heat flow path, that influences our measurement. The material parameters are calculated by appropriately modifying the measured results with the data of the parasitic heat flow path. In this paper, we present this methodology with mathematical details, and prove it with measured results.     

上海某会议室毛细管辐射空调系统设计

毛细管辐射空调将空调区域的显热负荷和潜热负荷分别处理,可以节省空气处理过程中的大量能耗。对上海某建筑设计一套毛细管辐射空调系统,以其中的某一会议室为例进行说明,系统主要由毛细管辐射末端,热泵式溶液调湿新风机组,地埋管地源热泵机组构成。并简述该系统的负荷计算、风系统和水系统及冷热源的设计计算等内容。     

偏心辐射KTP晶体温度场的解析分析

通过对于谐振腔内倍频晶体实际工作情况的分析,利用解析法得出了倍频晶体KTP晶体在非中心辐射下内部温度场的解析解,并计算了KTP晶体内部温度场分布,为有效解决激光系统热效应问题提供了理论基础研究.     

热红外光谱仪系统的内部杂散辐射定标与测量技术

提出了一种热红外光谱仪系统内部杂散辐射的测量方法,该方法基于探测器和热红外光谱仪系统的辐射定标.通过分别单独标定探测器对黑体辐射能量的全谱段输出响应曲线和光谱仪系统对黑体辐射能量分光后单一光谱通道的输出响应曲线,从而定量得出光谱仪的内部杂散辐射灰度值及辐射通量值且能计算出不同积分时间和光机温度时内部杂散辐射的灰度值及辐射通量.采用该方法对现有光谱仪内部杂散辐射进行了实验测量,并进行了对比实验,结果表明,对比实验值与理论预测值误差偏离小于1%.该方法可操作性高,可用于测量热红外光谱仪内部杂散辐射在总输出DN值中的占比、预测光谱仪制冷对内部杂散辐射的影响、测量其他内部杂散辐射抑制手段的效果等.