近红外波段动态发射率与辐射亮度联合测量技术研究

Acquiring the dynamic emissivity and the radiance with high precision are the most important premise and key techniques for the accuracy temperature measurements of shocked metals in the near infrared wavelengths. According to the problems of the existing experimental techniques which are not able to measure the dynamic emissivity and the radiance simultaneous, we will find out the limiting factors and the solving methods by theoretical analysis, and a novel method for the jiont measurements of the dynamic emissivity using integrating sphere with serial rectangular laser pulses illumination and the radiance will be proposed. Then the experimental system will be established, and the dynamic emissivity and the radiance of shocked metals in the near infrared wavelengths will be measured simultaneously in one experiment.

高精度的获取动态发射率与辐射亮度是在近红外波段实现金属冲击温度精确测量的基本前提和关键技术。针对现有实验技术还不能进行动态发射率和辐射亮度同时测量这一难题，开展深入的理论分析，找出其中的关键限制因素和相应的解决方案，提出序列矩形激光脉冲照明的基于积分球的动态发射率与辐射亮度联合测量技术，完成实验系统的设计、优化、搭建与调试，在单发次实验中实现典型金属材料近红外波段动态发射率和辐射亮度的同时测量。

温度是描述完全热力学物态方程的重要参数之一，它的精确测量是检验各种物理模型和构建各类物态方程的前提和关键。基于灰体模型假设的Planck辐射法冲击测温技术在冲击波实验物理中得到了非常广泛的应用，但是，该方法在2500K以下的低温区却面临了极大的挑战，原因就在于材料的灰体模型假设可能已经不再成立。因此，在2500K以下的近红外、红外波段，开展冲击温度精确测量时，必须在单发次实验中实现动态发射率与辐射亮度的同时测量。.针对近红外波段动态发射率与辐射亮度同时测量关键技术，主要开展了以下三方面的研究工作：. （1）提出了一种动态发射率与辐射亮度同时测量的新方法。该方法采用经积分球充分均匀化的序列矩形激光脉冲照明冲击前后的样品/窗口界面，通过时序的精确控制，将用于动态发射率测量的信号叠加在样品/窗口界面自身的热辐射信号之上，解决了动态发射率与辐射亮度的同时测量问题。采用该方法在单发次实验中、利用单一波长就可以实现样品/窗口界面冲击温度的精确测量。. （2）建立了动态发射率与辐射亮度同时测量实验技术。通过电光调制法和声光调制法，解决了高稳定度照明序列矩形激光脉冲的产生问题；通过对动态实验中的时序关系进行精细分析，解决了冲击波和照明激光脉冲到达样品/窗口界面时刻的精确同步问题；设计了三波长动态发射率与辐射亮度同时测量实验系统，并对实验数据的处理方法以及测量不确定度进行了初步的理论分析。通过对以上问题的解决，建立了动态发射率与辐射亮度同时测量实验技术，具备了高精度测量1500～2500K冲击温度的实验能力。. （3）利用本文建立的动态发射率与辐射亮度同时测量技术，设计了物理实验，对Al和Sn两种典型结构的金属材料在2000K左右的冲击温度进行了实验测量。实验结果与最新的理论计算结果吻合的非常好，而采用传统灰体模型假设得到的温度则明显偏高300～500K。