[发明专利]基于锁相热波与光学层析相结合的半透明材料光热特性分布测量方法

说明书

基于锁相热波与光学层析相结合的半透明材料光热特性分布测量方法，涉及半透明材料光热物性测量技术领域。本发明为了解决目前无法准确的测量半透明材料光热特性分布的问题。本发明首先利用LIT技术识别材料中内含物位置，然后将背景材料光学和热物性赋给内含物，作为内含物的光学和热物性初始值，通过SQP算法反演初步确定的内含物的吸收系数、散射系数和导热系数；基于重建半透明材料光热特性分布的LIT‑SQP算法最终确定半透明材料光热特性分布。本发明结合了锁相技术快速定位内含物位置的优点和SQP算法准确重建材料光热特性的优点。本发明适用于半透明材料光热特性分布的测量。

技术领域

本发明涉及半透明材料光热物性测量技术领域。

背景技术

半透明材料在工业生产、生物医学、信息通讯等科学领域有着广泛的应用。日常生活中最常见的半透明材料就是空气、水、玻璃，塑料，镜片(聚酯树脂)；在民用工业领域，如汽车发动机的陶瓷组分零件；航空航天领域中，航天器极端环境下的热防护陶瓷隔热防护层，涡轮发动机的耐高温组件；生物医学研究领域中的生物组织体，如脑组织、皮肤等等材料都属于半透明材料的范畴。

吸收系数、散射系数和导热系数是表征半透明材料辐射传输和导热特性的重要参数，材料光热物性的准确获取在目标特性研究、炉膛火焰温度在线监控、生物医学光学成像和激光无损探伤等领域中具有重要的应用价值。所以通过半透明材料内部参数重构获得辐射和导热特性参数数据对于上述半透明材料在各种工业和医疗领域的研究具有重要的意义。但是目前无法准确的测量半透明材料光热特性分布。

发明内容

本发明为了解决目前无法准确的测量半透明材料光热特性分布的问题。

基于锁相热波与光学层析相结合的半透明材料光热特性分布测量方法，包括以下步骤：

步骤一：利用LIT技术识别材料中内含物位置；LIT技术即锁相热成像技术；

步骤二：将背景材料光学和热物性赋给内含物，作为内含物的光学和热物性初始值；光学物性包括吸收系数、散射系数，热物性为导热系数；

步骤三：通过SQP算法反演步骤一初步确定的内含物的吸收系数、散射系数和导热系数；SQP算法即序列二次规划算法；

步骤四：读取步骤三中获得的结果，使用步骤三中得到的光热物性的初始分布作为下一步计算光热物性的初始值；

步骤五：通过SQP算法反演内含物位置的光热参数；

步骤六：重复步骤五中的计算过程，直到目标函数值达到指定的计算精度或者迭代步数达到最大值时停止计算得到材料光热特性分布。

进一步地，利用LIT技术识别材料中内含物位置的具体过程如下：

用正弦波型辐射源照射材料，能够在材料表面获得正弦波热信号，根据测量信号确定材料的热物性和光学物性，红外正弦波形激光热流用下式表示：

q_laser＝q_amsin(2πf_et) (1)

式中，q_am和f_e分别表示入射激光峰值热流和频率，t表示时间；

用离散相关算法来提取热波信号的幅值和相位信息，这个过程可以通过边界热波信号和相关谐波信号的同步关联来实现：

LIT技术的关联输出用下式表示：