课题基金 / 基金详情

高温场三维温度分布能量谱探测与多目标迭代成像方法

批准号:
52075504
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
郝晓剑
依托单位:
学科分类:
机械测试与仪器
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
郝晓剑

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
在航空、航天、化爆、核爆等研究领域,瞬态高温场的测量占有重要地位。尽管目前已经有很多适用于不同温度范围和响应速度的测温传感器,但该领域因高温、高压、高冲击的极端环境以及测温传感器感温件的滞后和有限热传导、测温范围受限等原因,存在测不了、测不准、活不了等难题,是目前瞬态高温传感技术突破发展所面临的瓶颈。本项目研究一种高温场瞬时温度分布的三维探测成像技术,为极端环境瞬态高温场温度的精准测试奠定基础。首先使用激光诱导击穿光谱理论研究瞬态高温场内部特征元素热激发光谱特性,实现三维瞬态热-光辐射积分投影的光学信息探测;其次探究元素特征能量谱的高温场节点辐射、衰减和接收特性,构建非准直投影积分光学优化模型;最后基于多路投影全局探测理论与多目标优化原理,解决三维温度场非层析迭代成像关键问题,实现从点温度向面温度到体温度测量的演变,为获取高温场瞬时高精度三维温度分布模型及温度场演变规律提供技术支撑。
英文摘要
In the fields of aviation, aerospace, chemical explosion, nuclear explosion and other fields, the measurement of transient high temperature field occupies an important position. Although there are many temperature sensors suitable for different temperature ranges and response times, the extreme environment with high temperature, high pressure and high impact, as well as the hysteresis and limited thermal conduction and limited temperature range of temperature measurement sensors, there are problems such as inability to measure, inaccurate, and unable to survive, which are the bottlenecks in the breakthrough process of transient high temperature sensing technology. This project studies a 3-D detection imaging technique of the transient temperature distribution in high temperature field, which lays a foundation for accurate testing of high temperature field temperature in extreme environments. First, the thermal excitation spectral characteristics of the internal special elements of the transient high temperature field are studied by laser-induced breakdown spectroscopy theory, and the optical information detection of three-dimensional transient thermal-optical radiation integral projection is realized. In addition, the emission, attenuation and reception characteristics of node elements special energy spectrum in high temperature field are explored, and the integral optical optimization model of non-alignment projection is constructed. Finally, based on the theory of multi-directional projection global detection and multi-objective optimization, the key problem of non-tomographic iterative imaging of 3-D temperature field is realized. It provides a technical support for obtaining the high temperature field transient high-precision 3-D temperature distribution model and the law of temperature field evolution.
针对瞬态高温探测与成像技术在航空发动机燃气轮机高温损伤、高超声速飞行器壳体热载荷监测、爆炸场威力评估等领域存在的测量条件恶劣,技术难度高等难题,本项目利用高温场内禀元素的热激发光谱机理、多路同步探测原理、多目标迭代优化技术,提出了一种高温场瞬时温度分布的三维探测成像方法。. 项目对瞬态高温场内禀元素热激发光谱特性进行了深入的理论研究,利用激光诱导击穿光谱技术对含能材料的本征能量谱进行了探测实验,发现了钾(K)元素768nm峰值附近较大范围内无干扰谱出现,本研究选用768nm作为最优高温信息探测谱线。. 根据高温场实际探测过程内禀元素物理特性和高温黑体辐射机理,建立了瞬态温度场内部特征元素热辐射节点非准直能量谱投影模型,并进一步对非准直能量谱投影模型进行了优化,利用黑体炉标定进一步得到了理想面辐射源温度T与平均响应电信号G的线性函数关系。.根据多路投影全局探测阵列理论与多目标优化原理,构建了同步采集系统触发模块,设计了模拟1500-3000℃准静态火球的测试平台,利用数据接口技术将采集的多路数据传输至上位机处理,利用快速非支配排序遗传算法(NSGA-III)多目标迭代优化非层析成像方法实现了高温场瞬态三维温度分布的精准测试,测温系统整体测温扩展不确定度为9.76%(K=2)。. 本项目突破了极端环境下超高温温度场能量谱非准直探测与非层析三维成像关键技术瓶颈,实现了从点温度向面温度到体温度测量的演变,为获取高温场瞬时高精度三维温度分布模型及温度场演变规律提供了理论和技术支撑,有力地解决了超高温温度场测试关键技术难题。.项目资助共培养博士研究生5名,硕士研究生13名,共申请国家发明专利4项,其中已授权2项,受理2项;共发表学术论文共38篇,其中SCI论文23篇,EI会议论文12篇,中文核心期刊3篇;参加国际学术会议12人次,国内学术会议5人次;发表中文专著1册;项目总经费共68.2万元,支出38.0283万元,各项支出基本与预算相符,结余经费30.1717万元,剩余经费计划用于本项目研究后续支出。
原子发射双谱线测温机理研究
  • 批准号:
    61473267
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    郝晓剑
  • 依托单位:
国内基金
海外基金