一种相变材料光谱光学特性参数的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种相变材料光谱光学特性参数的测量方法及系统，该方法包括：采用多波长脉冲激光器辐照相变材料；记录相变材料表面的反射光信号；获得相变材料不同波长下的光谱光学特性参数。该系统用来实施上述方法。本发明专利技术具有原理简单、操作简便、能够提高测量系统的抗误差干扰能力、提高测量精度等优点。提高测量精度等优点。提高测量精度等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种相变材料光谱光学特性参数的测量方法


[0001]本专利技术主要涉及到材料物性测量
，特指一种相变材料光谱光学特性参数的测量方法及系统，这是一种基于多波长激光辐照的相变材料光谱光学特性参数测量方法及系统。

技术介绍

[0002]相变材料具有较高的潜热，可以将暂时不用的能量储存其中，在需要能量时再将其释放，从而有效解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾，因而广泛地应用于太阳能储能、建筑节能等多种领域。
[0003]光学特性参数是相变材料内部光热传输与转换的基础物性参数，是评价相变材料储能效果的重要指标。相变材料光学特性参数具有明显的光谱选择特性，准确测量相变材料的光谱光学特性参数，对于太阳能储能、节能降耗等具有重要意义。
[0004]相变材料的光谱光学特性参数难以直接测量，需要利用数值优化方法反演获得。传统的测量方法仅能获得某个特定波长的相变材料光学特性参数，而且优化方法容易陷入局部最优，受测量误差干扰较大，测量精度较低。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种原理简单、操作简便、能够提高测量系统的抗误差干扰能力、提高测量精度的相变材料光谱光学特性参数的测量方法及系统。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种相变材料光谱光学特性参数的测量方法，其包括：
[0008]采用多波长脉冲激光器辐照相变材料；
[0009]记录相变材料表面的反射光信号；
[0010]获得相变材料不同波长下的光谱光学特性参数。
[0011]作为本专利技术方法的进一步改进：建立激光辐照下相变材料内部瞬态辐射传输模型，在相变材料的表面选择M个反射光信息测点，利用探测光纤获取M个取样点的瞬态出射辐射信号
[0012]作为本专利技术方法的进一步改进：基于相变材料内部瞬态辐射传输模型，计算M个测点位置的反射光辐射强度
[0013]作为本专利技术方法的进一步改进：根据M个测点辐射信号的测量值和计算值，建立相变材料光谱光学特性参数测量的目标泛函；基于序列二次规划方案，对相变材料光谱光学特性参数向量E进行迭代修正。
[0014]作为本专利技术方法的进一步改进：完成迭代之后，记录此时的激光器波长及相应的光学特性参数向量E。
[0015]作为本专利技术方法的进一步改进：所述相变材料光谱光学特性参数向量E的具体表达式为E＝[κ
λ
,σ
λ
]T
，其中的κ
λ
,表示相变材料在波长λ的吸收系数，σ表示相变材料在波长λ的散射系数，吸收系数和散射系数的单位为m
‑1。
[0016]作为本专利技术方法的进一步改进：所述激光辐照下相变材料内部瞬态辐射传输模型，采用如下瞬态辐射传输方程描述：
[0017][0018]其中，c为光速，r为空间位置，Ω为光的传输方向，t为时间，I为辐射强度，λ为入射激光的波长，Ω
′
为激光入射方向，Φ为散射相函数，采用如下H
‑
G相函数描述相变材料的散射特性：
[0019][0020]其中，g为散射不对称因子。
[0021]作为本专利技术方法的进一步改进：所述辐射强度I包含两部分：沿入射光方向传输的平行光和被相变材料散射后改变方向的散射光，表示为：
[0022]I
λ
(r,Ω,t)＝I
c,λ
(r,Ω,t)+I
d,λ
(r,Ω,t)
[0023]其中，I
c
表示平行光部分，满足兰贝特定律：
[0024][0025]I
d
表示散射光部分，由上得散射光I
d
满足：
[0026][0027]其中，S
c,λ
(r,Ω,t)表示平行光I
c
引起的散射源项，表示如下：
[0028][0029]作为本专利技术方法的进一步改进：所述的M个反射光信息测点在激光辐照的相变材料表面上距离入射位置等间距选取。
[0030]作为本专利技术方法的进一步改进：计算M个测点位置的反射光辐射强度是利用离散坐标法求解瞬态辐射传递方程，计算得到
[0031]作为本专利技术方法的进一步改进：所述序列二次规划方案，用来使上述目标泛函最小化，反演得到相变材料的光谱光学特性参数；序列二次规划方案优化问题表示如下：
[0032]minF(E)
[0033]s.t.r
i
(E)＝0,i∈{1,2,...,m}
[0034]其中，r为约束条件，m为约束条件个数。
[0035]作为本专利技术方法的进一步改进：所述迭代的停止条件是指目标函数值减小到一个预设的正数ε，即：
[0036]F(E)＜ε
[0037]其中，ε为指定的测量精度。
[0038]本专利技术进一步提供一种用来实施上述方法的测量系统，其包括：
[0039]安放组件，用来安放相变材料；
[0040]激光组件，用来产生激光辐照相变材料；
[0041]探测器，用来采集并记录相变材料表面的反射光信号；
[0042]计算机，用来对探测器采集的信号进行分析处理得到相变材料光谱光学特性参数。
[0043]与现有技术相比，本专利技术的优点就在于：
[0044]1、本专利技术的相变材料光谱光学特性参数的测量方法及测量系统，原理简单、操作简便、能够提高测量系统的抗误差干扰能力，同时准确测量多个波长的相变材料光谱光学特性参数。
[0045]2、本专利技术的相变材料光谱光学特性参数的测量方法及测量系统，采用多波长脉冲激光器辐照相变材料，利用序列二次规划模块反演获得相变材料光谱光学特性参数。该方法对相变材料的种类和形态没有限制，可以直接测量得到相变材料不同波长下的光学特性参数，具有较强的工程实用价值。
[0046]3、本专利技术的相变材料光谱光学特性参数的测量方法及测量系统，可以同时测量得到相变材料的多个光学特性参数，对于促进新能源利用、提高太阳能利用效率、降低碳排放等具有重要意义。
附图说明
[0047]图1是多波长激光辐照下相变材料内部光传输示意图。
[0048]图2是本专利技术测量系统的原理示意图。
[0049]图3是本专利技术测量方法的流程示意图。
[0050]图4是在具体应用实例中真实光谱光学特性参数和本专利技术测量结果对应的反射光强度变化曲线示意图。
具体实施方式
[0051]以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0052]如图3所示，本专利技术的相变材料光谱光学特性参数的测量方法，包括：
[0053]采用多波长脉冲激光器辐照相变材料；
[0054]用探测光纤记录相变材料表面的反射光信号；
[0055]获得相变材料不同波长下的光谱光学特性参数。
[0056]在具体应用实例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相变材料光谱光学特性参数的测量方法，其特征在于，包括：采用多波长脉冲激光器辐照相变材料；记录相变材料表面的反射光信号；获得相变材料不同波长下的光谱光学特性参数。2.根据权利要求1所述的相变材料光谱光学特性参数的测量方法，其特征在于，建立激光辐照下相变材料内部瞬态辐射传输模型，在相变材料的表面选择M个反射光信息测点，利用探测光纤获取M个取样点的瞬态出射辐射信号3.根据权利要求2所述的相变材料光谱光学特性参数的测量方法，其特征在于，基于相变材料内部瞬态辐射传输模型，计算M个测点位置的反射光辐射强度4.根据权利要求3所述的相变材料光谱光学特性参数的测量方法，其特征在于，根据M个测点辐射信号的测量值和计算值，建立相变材料光谱光学特性参数测量的目标泛函；基于序列二次规划方案，对相变材料光谱光学特性参数向量E进行迭代修正。5.根据权利要求4所述的相变材料光谱光学特性参数的测量方法，其特征在于，完成迭代之后，记录此时的激光器波长及相应的光学特性参数向量E。6.根据权利要求4所述的相变材料光谱光学特性参数的测量方法，其特征在于，所述相变材料光谱光学特性参数向量E的具体表达式为E＝[κ
λ
,σ
λ
]
T
，其中的κ
λ
,表示相变材料在波长λ的吸收系数，σ
λ
表示相变材料在波长λ的散射系数，吸收系数和散射系数的单位为m
‑1。7.根据权利要求2
‑
6中任意一项所述的相变材料光谱光学特性参数的测量方法，其特征在于，所述激光辐照下相变材料内部瞬态辐射传输模型，采用如下瞬态辐射传输方程描述：其中，c为光速，r为空间位置，Ω为光的传输方向，t为时间，I为辐射强度，λ为入射激光的波长，Ω
′
为激光入射方向，Φ为散射相函数，采用如下H
‑
G相函数描述相变材料的散射特性：其中，g为散射不对称因子。8.根据权利要求7所述的相变材料光谱光学特性参数的测量方法，其特征在于，所述辐射强度I包含两部分：沿入射光方向传输的平行光和被相变材料散射后改变方向的散射光，表示为：I
λ
(r,Ω,t)＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙双成，李林，黄志华，陈杨凡，赵凯，吴生提，
申请(专利权)人：株洲国创轨道科技有限公司，
类型：发明
国别省市：