半透明介質(zhì)廣泛存在于航天器熱防護材料、火箭發(fā)動機羽流、爐膛火焰、渦輪發(fā)動機耐高溫組件等多個領(lǐng)域,日常生活中的水、玻璃、空氣、生物組織等也都屬于半透明介質(zhì)的范疇。介質(zhì)的光/熱特性是光輻射傳輸分析、傳熱過程計算的理論前提,然而在很多情況下光/熱特性無法直接測量,需要采用最優(yōu)化理論重建得到。半透明介質(zhì)光/熱參數(shù)場重建對于半透明材料無損檢測、生物組織醫(yī)學(xué)成像、高溫火焰燃燒診斷等具有重要的實際應(yīng)用價值,深入開展半透明介質(zhì)多宗量場重建研究具有深遠的科學(xué)意義和廣闊的應(yīng)用前景。然而,目前在半透明介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重建方面,仍存在成像質(zhì)量差、計算效率低等問題,建立高效準(zhǔn)確的光學(xué)參數(shù)場重建模型仍是目前亟待解決的技術(shù)難題。在光熱參數(shù)場同時重建方面,目前國內(nèi)外研究較為欠缺,測量信號關(guān)于光學(xué)參數(shù)和熱物性參數(shù)敏感度相差較大導(dǎo)致同時重建誤差大的問題尚未解決,亟需建立準(zhǔn)確穩(wěn)定的光熱參數(shù)場同時重建模型。本文從激光與半透明介質(zhì)的相互作用出發(fā),對超短脈沖激光作用下半透明介質(zhì)光學(xué)參數(shù)重建、脈沖激光加熱下半透明介質(zhì)光熱參數(shù)同時重建及調(diào)制激光激勵下半透明介質(zhì)光熱參數(shù)場快速同時重建進行系統(tǒng)的研究與分析。具體研究內(nèi)容包括以下五個方面:首...

【文章頁數(shù)】：186 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號表
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究狀況
        1.2.1 超短脈沖激光在半透明介質(zhì)內(nèi)的輻射傳輸機理研究
        1.2.2 激光作用下半透明介質(zhì)內(nèi)的輻射導(dǎo)熱耦合換熱研究
        1.2.3 輻射傳輸及耦合換熱反問題研究
        1.2.4 半透明介質(zhì)光/熱參數(shù)場重建實驗研究
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
第2章 求解輻射反問題的最優(yōu)化理論
    2.1 引言
    2.2 基于隨機搜索的群體智能優(yōu)化算法
        2.2.1 磷蝦群算法
        2.2.2 群居蜘蛛優(yōu)化算法
        2.2.3 常用智能算法比較
    2.3 基于目標(biāo)函數(shù)求導(dǎo)的梯度優(yōu)化算法
        2.3.1 共軛梯度法
        2.3.2 重啟動共軛梯度法
        2.3.3 序列二次規(guī)劃算法
    2.4 本章小結(jié)
第3章 超短脈沖激光作用下半透明介質(zhì)光學(xué)參數(shù)重建
    3.1 引言
    3.2 半透明介質(zhì)內(nèi)瞬態(tài)輻射傳輸模型
        3.2.1 時域輻射傳輸模型
        3.2.2 頻域輻射傳輸模型
    3.3 均勻半透明介質(zhì)光學(xué)參數(shù)重建
        3.3.1 均勻光學(xué)參數(shù)重建模型
        3.3.2 正問題求解模型驗證
        3.3.3 光學(xué)參數(shù)敏感度分析
        3.3.4 光學(xué)參數(shù)重建
    3.4 非均勻半透明介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重建
        3.4.1 基于頻域輻射傳輸伴隨差分方法的光學(xué)參數(shù)場重建
        3.4.2 基于頻域輻射傳輸伴隨方程方法的光學(xué)參數(shù)場重建
        3.4.3 基于時域輻射傳輸伴隨方程方法的光學(xué)參數(shù)場重建
    3.5 本章小結(jié)
第4章 脈沖激光加熱下半透明介質(zhì)光熱參數(shù)同時重建
    4.1 引言
    4.2 半透明介質(zhì)內(nèi)輻射導(dǎo)熱耦合換熱模型
    4.3 均勻半透明介質(zhì)光熱參數(shù)同時重建
        4.3.1 均勻光熱參數(shù)同時重建模型
        4.3.2 參數(shù)無量綱化
        4.3.3 光熱參數(shù)敏感度分析
        4.3.4 光熱參數(shù)同時重建
    4.4 非均勻半透明介質(zhì)光熱參數(shù)場同時重建
        4.4.1 光熱參數(shù)場同時重建模型
        4.4.2 敏感度分析
        4.4.3 多階段優(yōu)化策略
        4.4.4 多階段優(yōu)化重建結(jié)果與分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 調(diào)制激光激勵下半透明介質(zhì)光熱參數(shù)快速重建
    5.1 引言
    5.2 鎖相熱成像技術(shù)
        5.2.1 基本原理
        5.2.2 熱波信號幅值和相位提取
    5.3 鎖相定位重建方法
    5.4 鎖相定位重建結(jié)果與分析
        5.4.1 鎖相定位重建模型
        5.4.2 光熱參數(shù)場快速重建
        5.4.3 異質(zhì)體參數(shù)影響分析
        5.4.4 強散射性半透明介質(zhì)光熱參數(shù)場重建
    5.5 多孔陶瓷材料光熱參數(shù)場重建
    5.6 本章小結(jié)
第6章 半透明介質(zhì)光熱參數(shù)場重建實驗研究
    6.1 引言
    6.2 實驗系統(tǒng)介紹
        6.2.1 激光熱源激勵系統(tǒng)
        6.2.2 光熱信號采集系統(tǒng)
        6.2.3 熱波信號分析處理系統(tǒng)
        6.2.4 測量平臺及實驗步驟
    6.3 半透明介質(zhì)光熱參數(shù)場重建
        6.3.1 物理模型描述
        6.3.2 介質(zhì)表面發(fā)射率測量
        6.3.3 異質(zhì)體尺寸影響研究
        6.3.4 光熱參數(shù)場重建結(jié)果
        6.3.5 異質(zhì)體光熱特性和空間位置聯(lián)合重建
        6.3.6 圓形異質(zhì)體光熱參數(shù)重建
    6.4 本章小結(jié)
結(jié)論
論文的創(chuàng)新之處
后續(xù)工作的展望
參考文獻
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3806145