小惯性热电偶动态校准及频域分析

发动机进气温度畸变影响发动机的稳定性,通常使用小惯性热电偶来测量其快速变化的气流温度。为准确全面获取小惯性热电偶的动态特性,提出了一种小惯性热电偶的动态特性校准及评价方法,并阐述了小惯性热电偶动态校准装置的构建、校准试验以及频域分析。采用脉冲激光器与校准风洞相结合的小惯性热电偶动态校准方法,通过幅频特性和相频特性分析,拓展了小惯性热电偶的动态特性评价方法。用该校准方法对小惯性热电偶进行动态校准,结果A类相对不确定度最大值由7.2%减小到2.4%,可应用于30 ms以下量级快响应温度传感器的动态校准,为发动机进气温度畸变等高频动态温度测量提供技术参考。

微秒级温度传感器动态校准研究进展

近年来,应用于航空航天领域极端测温场合的温度传感器响应速度已达到微秒量级,然而,如何实现对其进行微秒级的动态校准仍是一个亟待解决的挑战。激波管法和激光法是两种解决该问题的潜在技术途径,二者均可提供微秒级的温度阶跃响应,但也具有不同的特点。激波管法适用于高温高压环境,但其阶跃信号的上升过程和幅值存在不稳定性。激光法则具备非接触性和高精度的特点,但目前尚未建立统一的评估体系,无法直接比较不同温度传感器的动态响应特性。最后,总结出3个关键研究方向:改进现有校准方法、探索新的校准方法,以及构建新的评估理论,以促进微秒级温度传感器动态校准研究和相关技术应用的发展。

瞬态表面温度传感器的校准技术研究

本文介绍了一个用来对瞬态表面温度传感器进行校准的测试系统 ,其中连续 CO2 激光器和Nd玻璃脉冲激光器作为激励源分别用于对传感器的静态和动态校准。利用本系统对一些快速响应热电偶进行了校准 。

激光在瞬态表面温度传感器的动态校准系统中的应用研究

瞬态表面温度传感器动态校准系统利用脉冲激光使热源表面产生温升，通过被校传感器和红外探测器同时对此热源测量结果的对比来校准温度传感器的动态响应。本文介绍了激光在瞬态表面温度传感器动态核准系统中的应用原理、系统组成和实验结果。实验表明，脉冲激光作为热源用于该校准系统是可行的。

CO_2激光器在表面温度传感器响应时间测量中的应用

提出了一种利用可高频调制的高功率CO2激光作为激励源,用脉冲激光加热被校传感器,表面产生一个快速升温的变化温度信号,用高速红外探测器测得的温度信号对被校传感器进行可溯源高温动态校准的新原理。由于前者的频率响应特性优于后者,因此以前者的响应作为真值来校准后者并获取系统误差的修正值。用对CO2激光器输出10.6μm激光有良好响应的碲镉汞红外探测器对高功率CO2激光器(美国相干公司K-500型)所激发的表面温度上升时间进行了测试(为72μs,美国相干公司提供的指标为<90μs)。通过对2种热电偶的响应时间进行测试表明,该CO2激光器作为加热热源可以用来对亚毫秒量级、温度达2000℃的瞬态表面温度传感器进行校准。

温度传感器现场动态校准方法与实验研究

建立了用于温度传感器现场动态校准的激光负阶跃温度发生装置，并采用传感器动态校准实验数据处理方法，对ＢＴＳ－１００型ＰＮ结温度传感器进行了现场动态校准与性能改进的实验研究．实验结果表明，上述校准方法具有非介入、现场性强及校准精度高等特点，具有广阔的应用前景．

快响应压力传感器的动态标定

用压缩空气驱动的压强脉冲对快响应压力传感器进行动态标定，在激波管中产生压强脉冲，压强为０．０３—０．１１ＭＰａ，脉宽为４ｍｓ。用该方法进行电子束在激光腔中能量沉积的模拟实验，检验了屏蔽措施带来的误差。

测量压力脉动的动态压力传感器的标定方法

在水轮机的压力脉动试验中,需要用动态压力传感器进行测量。介绍了采用阶跃动态压力标定动态压力传感器的基本原理和基本方法,并对标定的结果进行了分析。

激光干涉法进行正弦力校准研究

采用绝对法进行正弦力校准,动态力由安装在振动台上的质量块产生,力值根据力的定义直接溯源到质量、加速度和时间。为了减少测量不确定度,质量块上的加速度分布必须进行准确测量。文中介绍了采用激光干涉法进行动态力校准的原理和信号处理方法,同时介绍了与德国PTB加速度实验室进行加速度测量的比对情况。结果表明,采用所介绍的正弦力校准方法可以提高校准的准确度。

温度传感器激光负阶跃现场动态校准系统

首先分析了影响温度传感器时间常数τ的因素，在此基础上建立了温度传感器激光负阶跃现场动态极准系统。该系统采用CO2激光器作为温度负阶跃信号发生装置，通过数据处理软件实现温度传感器的现场动态校准与动态改进，且具有非介入、现场性强、校准精度高等特点，具有广阔的应用前景。

基于Hopkinson杆的窄脉冲校准系统

针对目前动态校准装置难以安全产生窄脉冲激励信号的问题,基于Hopkinson压杆技术,以压缩空气作为激励源,采用子弹撞击杆的方式,提出了一种可以产生6~10μs窄脉冲校准系统。该系统选用600 mm×10 mm的钛合金Hopkinson杆,使用应变片和轴向激光干涉仪同时测量获取窄脉冲信号。利用该系统进行了动态校准实验,实验结果表明,该系统产生的窄脉冲可充分激励起8309的谐振频率,通过幅频特性曲线得其工作频带。

几种传感器动态校准方法特点分析研究

对5种传感器(100000g加速度传感器、超高压传感器、快速响应温度传感器、超高温传感器和超低温传感器)动态校准方法的特点做了分析研究,除简单说明它们的动态校准方法的原理之外,主要是分析它们的特点,即创新点或独到之处。

基于热电偶动态校准系统的半导体激光器上升时间测试分析

介绍利用大功率半导体激光器作为温度发生装置,发出脉冲激光使被校准热电偶表面产生准阶跃温度变化的信号,用响应速度快的红外探测器和响应慢的被校准热电偶同时对此温度变化信号进行探测,最终以前者测得的值作为真值来校准后者的新的动态校准系统。为了能够测试响应速度快的热电偶,需要测试温度发生装置的响应时间,因此提出了选用响应速度快的光敏二极管作为光电探测器件,通过搭建测试电路,获得激光器上升时间的测试方法。并针对波长为980 nm的大功率半导体激光器进行测试,给出测试结果。试验表明,该半导体激光器的上升时间为纳秒级别,可以实现对时间常数为微秒级别热电偶的动态校准。

瞬态表面温度自动动态校准系统

文中介绍自动动态校准系统的结构和原理及软件设计,该系统可实现对表面温度传感器动态特性的自动校准。

超短激光脉冲序列烧蚀镍薄膜的研究

超短(飞秒)激光脉冲序列技术能有效地提高激光加工金属的加工精度,它在微/纳制造中具有重要的理论意义和生产价值。为了研究脉冲间隔对激光烧蚀金属加工精度的影响,以过渡金属镍为研究对象,采用双温模型和分子动力学模拟相结合的方法,对飞秒激光脉冲序列(脉冲间隔不同)烧蚀金属镍的过程、现象进行了研究,取得了脉冲序列烧蚀镍薄膜的动态表层电子温度和晶格温度随时间演化的数据和烧蚀区域在不同时刻的快照。结果表明,一定范围内,随着脉冲间隔的增加,脉冲序列烧蚀镍薄膜所产生的纳米粒子更加均匀,烧蚀平面更加平整,初始熔化速度、烧蚀率呈降低趋势,有利于提高加工的精度。

脉冲激光烧蚀氩晶体颗粒的分子动力学模拟

采用分子动力学方法对氩晶体颗粒在皮秒脉冲激光照射下内部发生的传热过程以及相变现象进行模拟研究.通过记录氩原子速度和原子位置随时间的变化情况分析了颗粒内热量的传递过程,并计算了单位体积内氩原子数目的空间分布情况以及随时间的变化规律,从而分析了颗粒内部的相变过程.研究结果表明:当激光强度较低时,晶体内部仅仅发生传热过程而没有熔化发生,加入的激光能量随时间由外向内传递;当激光强度增加到足够晶体熔化的时候会发生相变,此时固液相态之间并没有明显的界面,而是存在一个纳米级别的过渡区域;当照射的激光强度增加时,过渡区域的移动速度和移动深度都将增加.

振动传感器温度响应的激光绝对校准

介绍了将激光测振技术应用于振动传感器温度响应测试中，从而实现高精度绝对校准的原理、方法、装置和不确定度分析。

基于激光干涉测量的高频液体正弦压力校准

在装置设备研制与工程应用中会使用大量动态压力传感器进行评估与测试,为了提高测量精度和数据可靠性,针对动态压力传感器的幅值灵敏度在高频率正弦压力校准中的量值溯源问题,提出一种基于激光干涉技术测量液体介质折射率随压力改变的方法用于高频液体正弦压力校准装置。利用压电叠堆效应和管腔谐振原理,可以驱动液体介质产生频率高达30 kHz的正弦压力信号,根据洛伦兹-洛伦茨理论建立压力与液体光程的数学模型,利用激光干涉仪测量液体中光程改变,得到正弦压力幅值大小,使正弦压力幅值可以得到溯源。结合实际校准过程,对压力分布不均、温度变化、结构形变、振动等影响因素进行了理论研究与实验分析,并利用基于激光干涉测量的高频液体正弦压力校准装置开展对动态压力传感器幅值灵敏度校准不确定度的完整评估。结果表明:激光干涉法高频液体正弦压力校准装置的正弦压力幅值覆盖范围0.01~1.00 MPa,静态压力环境可以实现0~10 MPa,在频率范围1~30 kHz下幅值灵敏度校准的扩展不确定度在7.6%以内。

衬底对飞秒激光脉冲照射后薄金属目标光热响应的影响

飞秒脉冲激光器由于其在微、纳米尺度上图案制造精确的能力,在过去的几十年里得到了广泛的应用。对于高效材料加工,一个关键问题是确定在实验装置中使用的激光参数,而在已进行的系统研究中,主要是强调独立的单个参数的影响,很少关注辐照的固体基底材料的作用。因此,本研究强调了衬底对不同厚度薄膜的影响,结果表明,衬底的光学和热物理性质都对辐照薄膜上的热指纹有影响,在较小的薄膜尺寸下影响较大。选择了两种代表性材料硅和熔融硅作为不同光学和热物理形态薄膜(金和镍)的典型衬底,并对辐照的固体热响应和损伤阈值进行评估,为基于激光的制备装置和工艺的设计提供指导。