一种透明材料冲击温度的不确定度分析与计算方法技术

本发明专利技术涉及一种透明材料冲击温度的不确定度分析与计算方法。该方法根据激光加载透明材料冲击温度实验的特点，按照《中华人民共和国国家军用标准》GJB3756A‑2015的规定，全面考虑了各种物理因素或实验环境因素对冲击温度计算精度的影响。该方法以单通道光辐射诊断透明材料冲击温度的实验为例，对实验中所涉及的物理量的不确定度进行了全面分析与计算，并根据这套不确定度分析计算方法给出了透明材料冲击温度的不确定度计算结果实例。该方法所得的不确定分析计算结果与国外同类实验给出的不确定度结果一致，能够有效给出合理的激光加载下透明材料雨贡钮冲击温度的不确定度结果。

Uncertainty analysis and calculation method for impact temperature of transparent material

The invention relates to an uncertainty analysis and calculation method for impact temperature of transparent materials. According to the characteristics of laser loading transparent material impact temperature test, the influence of various physical factors or experimental environment factors on the accuracy of the impact temperature calculation is considered in accordance with the provisions of \People's Republic of China national military standard\ GJB3756A 2015. In this method, the experiment of single channel light radiation to diagnose the impact temperature of transparent material is taken as an example. The uncertainty of the physical quantity involved in the experiment is analyzed and calculated. An example of the calculation results of the uncertainty of the impact temperature of the transparent material is given according to the method of uncertainty analysis and calculation. The results of the uncertainty analysis obtained by this method are in agreement with the results given by the similar experiments abroad, and can effectively give the results of the uncertainty of the impact temperature of the rain tribute button of transparent material under the laser loading.

【技术实现步骤摘要】
一种透明材料冲击温度的不确定度分析与计算方法
本专利技术属于测量
，具体涉及一种透明材料冲击温度的不确定度分析与计算方法。该方法适用于单通道光辐射诊断透明材料冲击温度实验，对实验中所涉及的物理量的不确定度进行了全面分析与计算。
技术介绍
高温高压下材料状态方程的研究对天体物理与地球物理、惯性约束聚变(ICF)、高温高压等离子体物理、高能量密度物理及材料在极端条件下特性的研究有着重要意义。而冲击温度的测量是构成完全物态方程、高压熔化等高压物性研究的基本途径。目前的状态方程实验研究主要集中于冲击波速度等力学量的测量与其不确定分析，对于温度等热力学参量的精确测量与分析还非常困难。然而当材料被冲击压缩时，材料温度急剧升高，从而导致材料的熵增，以发生分裂、离化或相变等变化，这些变化在热学性质上的改变较之在力学性质上的改变要显著得多。因此材料冲击温度的精确测量将为材料状态方程与物性研究提供非常重要的信息，是构建及校验材料完全物态方程的重要数据。对于瞬态发生的冲击温度测量实验，目前广泛采用光辐射法进行测量。该方法通过测量冲击波阵面处高密度压缩层的辐射光谱，利用普朗克黑体辐射公式计算压缩层的温度。对于透明材料，测量时冲击压缩层的辐射可以通过未受冲击的材料透射出来而被探测到，通常采用时间分辨与空间分辨的光学高温计(streakedopticalpyrometry——SOP)测量，该方法实验数据的精度研究影响了该数据的实际应用。为了提高冲击测温实验精度，必须要对影响实验精度的所有误差来源做全面可靠的分析，给出准确的实验误差值，并进一步找到提高冲击测温实验测量精度的方法。因此，有必要明确精度概念，并采用合适的计算方法对冲击温度不确定度进行分析与计算。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种透明材料冲击温度的不确定度分析与计算方法，该方法适用于单通道光辐射诊断透明材料冲击温度实验，对实验中所涉及的物理量的不确定度进行了全面分析与计算。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种透明材料冲击温度的不确定度分析与计算方法，该方法包括以下步骤：步骤1，光路的建立：该光路包括待测靶、二分之一波片、第一成像系统、第一透镜、探针光、任意反射面速度干涉仪、SOP系统、分光分束镜、第二透镜、第二成像系统、单通道滤光片和条纹相机，高功率驱动激光加载待测靶，其自发辐射发光经二分之一波片后，再经第一成像系统成放大的实像，该实像由第一透镜、第二透镜组合传递，并经第二成像系统成像于条纹相机的狭缝处，所述条纹相机的狭缝前放置有单通道滤光片用以透过可见光中某单个波长光，任意反射面速度干涉仪利用探针光测得待测靶在高功率驱动激光加载下的冲击波阵面速度及反射率信息后，由任意反射面速度干涉仪系统中的条纹相机记录，所述分光分束镜用以反射探针光到任意反射面速度干涉仪系统中，同时令自发辐射进入到SOP系统；步骤2，根据普朗克公式得到待测靶的冲击温度根据不确定度的评定标准，得到待测靶的冲击温度T的不确定度δT的计算公式由于δT的计算公式复杂，现分别计算该公式中根号下的分量，将上述计算公式中根号下的分量代入δT的计算公式，得到待测靶的冲击温度T的不确定度为：则其相对不确定度为：步骤3，根据所述步骤2中得到的待测靶的冲击温度T的不确定度计算公式可知，需要分别计算出待测靶光谱辐射亮度的不确定度δLT、单通道滤光片波长的不确定度δλ、以及发射率的不确定度δε；步骤4，将所述步骤3中计算得到的待测靶光谱辐射亮度的不确定度δLT、单通道滤光片波长的不确定度δλ、以及发射率的不确定度δε代入待测靶的冲击温度T的不确定度δT的计算公式中，得到待测靶的冲击温度T的不确定度δT。所述步骤3中光谱辐射亮度LT及其不确定度计算：所述的透明材料雨贡纽冲击温度的不确定度分析与计算方法选用绝对标定的方法来获得待测靶材料的光辐射亮度。具体是将已知光谱辐射亮度的标准光源置于待测靶位，使实验待测靶与标准光源经过相同的光路系统，然后分别被时间分辨的条纹相机记录下来，已知条纹相机获得的数字信号与靶位发光的光学信号间可由下面的计算公式建立起关系：其中，下标S代表标准光源，下标T代表待测靶，C为单个像素的自发辐射强度计数，t为有效发光时间，η为一个与收集立体角、发光面积、条纹相机增益和辐射特性相关的常数，Φ(λ)为系统谱响应函数。由于在单像素内经历的波长范围很小，且标准光源的发光方式与冲击波热辐射发光方式相同，即光学传递函数相同，则Φ(λ)T＝Φ(λ)s，ηT＝ηS。将CS与CT相除，可得到光谱辐射亮度LT的标定公式为：由于标定与实验中记录数据时采用的都是条纹相机的动态扫描模式，每个像素点的有效发光时间由给出，实验与标定中采用的相机扫描档程SM和档程所对应的像素个数P是已知的，可知tS与tT是常数，LT通过LT的标定公式计算得到，由光谱辐射亮度LT的不确定度计算公式：其相对不确定度为：可知，光谱辐射亮度LT的不确定度与待测靶自发辐射强度CT、标定时的CS及标准光源光谱辐射亮度LS的相对不确定度及有关，将上述三个物理量代入光谱辐射亮度LT的不确定度计算公式后，得到光谱辐射亮度LT的不确定度δLT和其相对不确定度。所述和的计算：对于某一时刻中心位置附近的待测靶自发辐射强度，其计数的不确定度根据强度计数上下浮动的绝对值与平均计数之比来确定，由实验数据收集系统中的条纹相机读取辐射强度计数后，得到待测靶自发辐射强度CT随时间变化曲线及标定时的CS值，因此，得到相对不确定度与所述的计算：采用绝对标定法对SOP系统进行标定：令已知光谱辐射亮度的标准光源置于待测靶位，使实验待测靶与标准光源经过相同的光路系统，其光谱辐射亮度曲线已知，该标准光源需满足普朗克公式，其色温TS和不确定度δTS已知，则得到相对不确定度根据《JJG383-2002光谱辐射亮度标准灯检定规程》规定的波长范围在350～1020nm区间的，包含因子k＝2的光谱辐射亮度值LS的不确定度2δLS与标准不确定度δLS，LS属于标准物理量，则计算得到其相对不确定度所述步骤3中λ为单通道滤光片的波长，所述波长的不确定度δλ等于1/2的带通宽度，得到单通道滤光片的波长的不确定度δλ。所述步骤3中δε的计算：根据基尔霍夫定律，在热力学平衡状态下，发射率ε(λ)＝1-R(λ)-T(λ)，在强冲击加载下凝聚介质中形成冲击高温发光，其发光面是光性厚的，发光面的透射率视为零，则反射率和发射率的关系就简化为ε(λ)＝1-R(λ)，通过测量材料的反射率来求得其发射率，所述待测靶的反射率由探针光测得。所述待测靶的反射率由探针光测得的过程为：所测的反射率波长是探针光波长，与单通道滤光片波长对应的反射率Rλ间需修正一个常数m，由菲涅尔反射率模型和实验可得此修正常数m关于RV的曲线关系式：在确定实验中探针光波长和单通道滤波片波长后，此修正常数m是一个常数，探针光反射率强度计数CV与基底强度计数Cbase直接由条纹相机读出，采用连续采集固定位置宽度数据平均值的方式，并考虑去除本底计数，对于某一时刻中心位置附近的自发辐射强度，与可由条纹相机的条件给出(例如：对于某一时刻中心位置附近的自发辐射强度，其固定位置宽度的平均计数约为1000时，强度计数的上下浮动约50，则)，基底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透明材料冲击温度的不确定度分析与计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，光路的建立：该光路包括待测靶(2)、二分之一波片(3)、第一成像系统(4)、第一透镜(5)、探针光(6)、任意反射面速度干涉仪(7)、SOP系统(8)、分光分束镜(9)、第二透镜(10)、第二成像系统(11)、单通道滤光片(12)和条纹相机(13)，高功率驱动激光(1)加载待测靶(2)，其自发辐射发光经二分之一波片(3)后，再经第一成像系统(4)成放大的实像，该实像由第一透镜(5)、第二透镜(10)组合传递，并经第二成像系统(11)成像于条纹相机(13)的狭缝处，所述条纹相机(13)的狭缝前放置有单通道滤光片(12)，任意反射面速度干涉仪(7)利用探针光(6)测得待测靶(2)在高功率驱动激光(1)加载下的冲击波阵面速度及反射率信息后，由任意反射面速度干涉仪系统中的条纹相机记录，所述分光分束镜(9)用以反射探针光(6)到任意反射面速度干涉仪(7)系统中，同时令自发辐射进入到SOP系统(8)；步骤2，根据普朗克公式

【技术特征摘要】
1.一种透明材料冲击温度的不确定度分析与计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，光路的建立：该光路包括待测靶(2)、二分之一波片(3)、第一成像系统(4)、第一透镜(5)、探针光(6)、任意反射面速度干涉仪(7)、SOP系统(8)、分光分束镜(9)、第二透镜(10)、第二成像系统(11)、单通道滤光片(12)和条纹相机(13)，高功率驱动激光(1)加载待测靶(2)，其自发辐射发光经二分之一波片(3)后，再经第一成像系统(4)成放大的实像，该实像由第一透镜(5)、第二透镜(10)组合传递，并经第二成像系统(11)成像于条纹相机(13)的狭缝处，所述条纹相机(13)的狭缝前放置有单通道滤光片(12)，任意反射面速度干涉仪(7)利用探针光(6)测得待测靶(2)在高功率驱动激光(1)加载下的冲击波阵面速度及反射率信息后，由任意反射面速度干涉仪系统中的条纹相机记录，所述分光分束镜(9)用以反射探针光(6)到任意反射面速度干涉仪(7)系统中，同时令自发辐射进入到SOP系统(8)；步骤2，根据普朗克公式得到待测靶的冲击温度根据不确定度的评定标准，得到待测靶的冲击温度T的不确定度δT的计算公式步骤3，根据所述步骤2中得到的待测靶的冲击温度T的不确定度计算公式，分别计算出待测靶光谱辐射亮度的不确定度δLT、单通道滤光片波长的不确定度δλ、以及发射率的不确定度δε；步骤4，将所述步骤3中计算得到的待测靶光谱辐射亮度的不确定度δLT、单通道滤光片波长的不确定度δλ、以及发射率的不确定度δε代入待测靶的冲击温度T的不确定度δT的计算公式中，得到待测靶的冲击温度T的不确定度δT。2.根据权利要求1所述的透明材料冲击温度的不确定度分析与计算方法，其特征在于，所述步骤3中光谱辐射亮度LT的标定方法为：采用绝对标定法对SOP系统进行标定：令已知光谱辐射亮度的标准光源置于待测靶位，使实验待测靶与标准光源经过相同的光路系统，该标准光源的光谱辐射亮度曲线已知，且需满足普朗克公式，LT的标定公式为由于标定与实验中记录数据时采用的都是条纹相机的动态扫描模式，每个像素点的有效发光时间由给出，实验与标定中采用的相机扫描档程SM和档程所对应的像素个数P是已知的，可知tS与tT是常数，则LT通过标定公式计算得到，由光谱辐射亮度LT的不确定度计算公式可知，光谱辐射亮度LT的不确定度与待测靶自发辐射强度CT、标定时的CS及标准光源光谱辐射亮度LS的相对不确定度及有关，将上述三个物理量代入光谱辐射亮度LT的不确定度计算公式后...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺芝宇，张帆，贾果，黄秀光，谢志勇，曹兆栋，熊俊，方智恒，王琛，舒桦，叶君建，涂昱淳，郭尔夫，安红海，董佳钦，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31