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天马望远镜背架结构温度效应分析

天马望远镜背架结构温度效应分析

作者：唐健森重庆交通大学

学位级别：硕士

天马望远镜为全可动抛物面天线结构,用于支撑天线反射面板的背架结构体型复杂,天线的焦距、指向精度和面型精度对背架温度梯度较为敏感。因此,有必要研究背架结构的温度场,并进一步的分析背架结构的温度效应。本文以天马望远镜为研究对... 详细信息

天马望远镜为全可动抛物面天线结构,用于支撑天线反射面板的背架结构体型复杂,天线的焦距、指向精度和面型精度对背架温度梯度较为敏感。因此,有必要研究背架结构的温度场,并进一步的分析背架结构的温度效应。本文以天马望远镜为研究对象,采用理论和实验相结合的方法,分析了天线背架结构的温度分布规律及其热行为,主要进行了以下几个方面的研究工作:(1)红外测温系统为了获得背架结构上尽可能多的节点温度,在原有的温度传感器测温系统基础上,又搭建了红外测温系统,该系统具有非接触测量、响应速度快、测量范围广等优点,但缺点是测量精度低,受环境温度、被测物体表面发射率、测量距离和视角等因素的影响较大。针对天线背架结构为曲面的特点,以高精度的温度传感器为参考,基于红外测温原理,重点研究了测量距离和视角对测量精度的影响,建立了角度余弦的四次方和距离三阶多项式的修正模型,利用最小二乘法拟合得多项式的系数矩阵。同时,针对环境温度对测温精度的影响,通过对天马望远镜现场实测的环境温度数据进行了统计分析,测温时将测温系统内部环境温度参数调整为与真实环境温度相一致或与往年同期平均环境温度接近的值;针对发射率的影响,通过对比实验,最终获得了较为精确的背架结构表面发射率。经参数设置和误差补偿后,红外测温精度可保持在±0.5℃以内。另外,制定控制策略并编译程序,保证安装红外热像仪的云台随天线俯仰角变化,获得不同俯仰角下背架结构约三分之一区域连续分布节点的温度场,为后续验证插值可靠性提供了标准。(2)温度场重构依据天线背架结构特征,选取距离反比加权插值法进行背架结构温度场重构。将红外测温与温度传感器测温作为标准测温,经优化计算,确定了插值方法权函数中的反距离幂值k。分析部分节点的插值温度与标准温度的均方根误差(RMS)后可知,基于距离反比加权插值法插值重构出的背架结构温度场是可靠的。通过对各种工况下的背架上弦杆温度分布进行统计分析,可以得出天线背架结构的温度高低与太阳方位角、高度角、风速大小、天线俯仰角与方位角等有很大关系,该分析结果对后续的背架结构温度效应分析提供了较好的参考价值。(3)指向误差和焦距误差采用插值重构获得的背架结构温度场,计算背架结构高度方向、直径方向和半径方向的温度差,进而计算出天马望远镜天线的指向误差和焦距误差。为后续进行天线的指向修正和焦距修正提供了参考。

关键词：射电望远镜红外热像仪温度传感器曲面测温校正距离反比加权插值

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热像仪的光轴热稳定性仿真及拓扑优化研究

红外与激光工程 2024年第1期53卷 94-100页

作者：李晶董树林金宁杨开宇杨丹徐曼普龙昆明物理研究所云南昆明650223

热成像仪由于工作环境较为恶劣,且自身发热量较大,容易导致热像仪光轴发生热偏移,严重影响其瞄准性能。为了提高红外热像仪的光轴热稳定性,以某型热像仪光轴敏感部件——折转镜为主要研究对象,研究其在不同环境温度条件下的光轴变化情况... 详细信息

热成像仪由于工作环境较为恶劣,且自身发热量较大,容易导致热像仪光轴发生热偏移,严重影响其瞄准性能。为了提高红外热像仪的光轴热稳定性,以某型热像仪光轴敏感部件——折转镜为主要研究对象,研究其在不同环境温度条件下的光轴变化情况,并通过构建折转镜的有限元仿真模型以及试验测试系统,获得与试验数据一致性较好的有限元模型;以此为基础,采用基于变密度法的拓扑优化仿真技术,以刚度最大化为设计目标,以体积分数为约束,对折转镜座进行了拓扑优化设计。通过试验测试得出,优化设计的折转镜座的光轴高温偏移量由46.1″减小到25.5″,减小了44.7%,折转镜座的光轴低温偏移量由92.9″减小到51.0″,减小了45.1%,极大地提高了折转镜的光轴热稳定性。最后,将优化后的折转镜安装到某型热像仪中进行整机试验测试,热像仪整机的高温光轴偏移量由0.461 mrad减小到0.340 mrad,下降了26.2%,低温光轴偏移量由0.485 mrad减小到0.296 mrad,下降了39.0%,证明了仿真与拓扑优化模型的可行性与有效性,为后续红外热像仪整机的轻量化设计与性能提升奠定了基础。

关键词：结构设计拓扑优化红外热像仪折转镜光轴热稳定性

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D公司椭球型红外热像仪质量改善研究

D公司椭球型红外热像仪质量改善研究

作者：韩情浙江大学

学位级别：硕士

质量是企业赖以生存和发展的生命线、是企业的核心竞争力、是企业不断发展的战略因素。良好的质量管理不仅能提高产品质量,降本增效,增强客户体验和顾客满意度,还能造福社会。D公司生产的一款椭球型双光谱红外热像仪,其核心功能是可以... 详细信息

质量是企业赖以生存和发展的生命线、是企业的核心竞争力、是企业不断发展的战略因素。良好的质量管理不仅能提高产品质量,降本增效,增强客户体验和顾客满意度,还能造福社会。D公司生产的一款椭球型双光谱红外热像仪,其核心功能是可以对人体进行精确测温及监控。受新冠疫情影响,该产品订单在飞速增长,但作为公司的核心产品之一,不良品率确一直较高,经常收到内部及外部客户投诉,公司为此正在付出着高昂的质量与时间成本,已经严重影响到公司的持续和高速发展,因此椭球型双光谱红外热像仪的质量改善迫在眉睫。本文通过对六西格玛理论及质量改善相关方法进行研究后导入,实现了椭球型双光谱红外热像仪的质量改善目标。首先对椭球型双光谱红外热像仪内部及外部质量现状运用柏拉图等质量工具识别客户需求,确认当前产品质量改善最需要被解决的关键质量问题是“测温系统质量问题”和“热成像通道图像重影问题”,并初步制定改善对策。其次通过六西格玛理论及质量改善等相关方法对关键质量问题进行定义、测量、分析、改进,并对改善效果进行评价,制定控制方案,使研究成果标准化。最后总结本文研究成果及未来展望。通过本文研究,将椭球型双光谱红外热像仪平均每月不良品率降至1.16%,严重及很严重客诉数量降至1.29起,建立高效客户质量问题处理机制,从而改善产品的质量,提高客户满意度。本文的研究成果可应用于公司不同类型产品质量改善中,可为行业内红外热像仪产品质量改善提供参考。

关键词：红外热像仪图像重影测温精度质量改善六西格玛

红外热像仪测量切削温度的误差来源分析与实验研究

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制造业自动化 2014年第19期36卷 63-65页

作者：陶媛王中任胡玉琴游浩浩湖北文理学院机械与汽车工程学院襄阳441053

用红外热像仪测量切削温度时,拍摄角度、距离以及物体表面发射率都是导致测温误差的来源。在红外热像仪测温理论分析的基础上,对这些因素用控制变量法进行实验。结果结果表明,拍摄角度在5o^10o和30o^35o这两个范围内,测温误差较小。热... 详细信息

用红外热像仪测量切削温度时,拍摄角度、距离以及物体表面发射率都是导致测温误差的来源。在红外热像仪测温理论分析的基础上,对这些因素用控制变量法进行实验。结果结果表明,拍摄角度在5o^10o和30o^35o这两个范围内,测温误差较小。热像仪与切削区之间的距离在1.1m^1.2m的范围内,测量温度比较稳定。对于粗加工45号钢而言,表面发射率设在0.48~0.45之间,温度波动较小,此区间的发射率为较好。研究结果对于红外热像仪现场监测切削温度,具有实际的指导意义。

关键词：切削温度红外热像仪角度距离发射率

红外热像仪在沥青路面施工质量控制中的应用研究

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红外热像仪在沥青路面施工质量控制中的应用研究

作者：杨晓光哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

以建三江至黑瞎子岛高速公路前哨至黑瞎子段A6合同段沥青混合料面层施工为依托,利用红外热像仪研究沥青混合料施工各个阶段的温度分布规律,建立沥青混合料温度与离析之间关系,提出沥青混合料温度离析的评价指标和防控措施。研究成果可... 详细信息

以建三江至黑瞎子岛高速公路前哨至黑瞎子段A6合同段沥青混合料面层施工为依托,利用红外热像仪研究沥青混合料施工各个阶段的温度分布规律,建立沥青混合料温度与离析之间关系,提出沥青混合料温度离析的评价指标和防控措施。研究成果可以有效指导红外热像仪在沥青混合料施工各个阶段的应用,对沥青面层施工与质量保障具有重要的指导意义。根据黑龙江省寒区气候特点,进行沥青混合料配合比设计,并以动稳定度指标评价其高温性能、浸水马歇尔试验残留稳定度指标评价水稳性能、渗水系数指标评价其抗渗性能,试验结果表明沥青混合料各方面性能均能满足规范要求,将此沥青混合料配合比应用到面层施工中。利用红外热像仪研究拍摄距离与沥青混合料温度之间关系,从而建立拍摄距离与温度修正系数间关系,确定了仪器的最佳拍摄距离为0.5~1.0m。利用红外热像仪实测施工各阶段沥青混合料温度分布情况,建立各个施工阶段沥青混合料温度分布规律,并通过室内马歇尔试验建立试件密实度与温度间的关系,利用沥青混合料密度差与温差的相关性,提出沥青混合料温度离析标准:未离析温度＜8℃、轻度离析温度8~15℃、中度离析温度16~22℃和重度离析温度＞22℃。利用红外热像仪实测沥青混合料施工过程中不同部位混合料的温度差,并在相应部位取样击实成型马歇尔试件,建立沥青混合料温度差与空隙率的关系,以空隙率5%作为控制指标,提出拌合阶段沥青混合料与载料车箱底温度差值应大于137℃,运输阶段要求沥青混合料内部温度和表层温度差值应小于13℃,摊铺阶段沥青混合料内部温度和表层温度差值应小于7℃,碾压时沥青路面降低温度应小于6℃。并结合工程实践经验,推荐出各个施工阶段沥青混合料温度离析的防控措施,这些措施在建三江至黑瞎子岛高速公路A6标段得以应用,并取得良好的效果。

关键词：红外热像仪沥青混合料温度离析温度差质量控制

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导叶端壁在高温比下冷却特性的实验研究

热能动力工程 2020年第1期35卷 30-36页

作者：王晓春刘行袁瑞明浦健苏州科技大学环境科学与工程学院江苏苏州215009 中国科学技术大学热科学和能源工程系安徽合肥230027

利用高温风洞及远红外热像技术,实验研究了导叶端壁10排气膜孔出流在主燃气/冷气温比为2.68(主流温度500℃)下的综合冷却特性,对比不同主流进口雷诺数Re_(in)(10000、14900和19700)和吹风比BR(0.6、1.0、1.5和2.0)下端壁表面的综合冷却... 详细信息

利用高温风洞及远红外热像技术,实验研究了导叶端壁10排气膜孔出流在主燃气/冷气温比为2.68(主流温度500℃)下的综合冷却特性,对比不同主流进口雷诺数Re_(in)(10000、14900和19700)和吹风比BR(0.6、1.0、1.5和2.0)下端壁表面的综合冷却效率。研究表明:端壁表面冷却效率分布很不均匀,叶片周围和端壁前缘冷却效率较低,端壁中间偏吸力面的区域冷却效率较高;从前缘到尾缘,冷却效率整体呈现逐渐升高的趋势;Rein从14900增加到19700时,端壁表面平均冷却效率在BR=1.5和2.0时增幅分别为6.2%和7.2%,而在BR=0.6和1.0时,增幅却均小于2.6%。

关键词：气膜冷却温度比综合冷却效率叶栅端壁红外热像仪

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土遗址裂隙初次注浆加固效果评价研究

土遗址裂隙初次注浆加固效果评价研究

作者：李威昊兰州大学

学位级别：硕士

土遗址是我国历史文化的重要载体,有着极高的历史、艺术、科学、社会、文化价值。由于西北地区独特的干旱少雨的气候环境,土遗址大量分布并得以保存至今。然而长久以来,在自然营力和人类活动的影响下,土遗址本体病害发育严重,其保存面... 详细信息

土遗址是我国历史文化的重要载体,有着极高的历史、艺术、科学、社会、文化价值。由于西北地区独特的干旱少雨的气候环境,土遗址大量分布并得以保存至今。然而长久以来,在自然营力和人类活动的影响下,土遗址本体病害发育严重,其保存面临着巨大的风险和挑战。裂隙是土遗址上最为普遍的病害之一,其发育不仅破坏了土遗址的连续性,也是促进其他外力加速土遗址风化的通道。尤其在雨水入渗冲刷作用下容易形成冲沟,进而威胁墙体稳定,造成坍塌等次生灾害。注浆是目前裂隙加固最常见有效的方式,大量实践证明,通过注浆封闭充填裂隙,可以有效提升墙体强度和耐久性。但受制于现有注浆材料与工艺,施工中容易产生注浆不饱满的缺陷,并在浆-土界面处伴随有较大的收缩分异现象,影响加固效果。本世纪以来,随着大量土遗址抢险加固工作的开展,为探明内部注浆情况,指导注浆技术科学化、规范化,裂隙注浆加固效果评价逐渐成为研究焦点。因此,本研究立足于不可移动文化遗迹的迫切保护需求,针对干旱环境下土遗址裂隙注浆加固,尤其是初次注浆加固缺乏有效的效果评价方法,开展了相关试验研究。本文主要研究工作与结论如下:(1)研究首先将土遗址裂隙进行细化分类。土遗址裂隙按其成因分为卸荷裂隙、构造裂隙、变形裂隙、工艺裂隙。裂隙成因影响劣化机制,是保护加固土遗址的前提。按形态分为竖直型裂隙和“V”字形裂隙,不同形态裂隙劣化程度和危害性不同,是设计室内试验需考虑到的重要因素之一。按发育规模将土遗址分为微裂隙、小裂隙、大裂隙。裂隙发育规模直接影响加固方法(裂隙注浆、充填注浆)重要依据,也是将加固效果评价分类讨论的重要依据。(2)通过开展土遗址裂隙初次注浆加固效果评价现场试验,分析探地雷达、声波仪、红外热像仪这三种无损检测手段在土遗址注浆加固效果评价中的适用性和局限性。探地雷达可以很好地反映裂隙位置、深度,在宏观上对墙体内部浆液整体饱满度缺陷进行检测。声波检测可以从裂隙注浆后局部波速变化反映浆液强度,并通过与无裂隙处波速对比反映局部浆液饱满度。红外热像仪通过对浆-土表面温度监测,检测浆液与土体的兼容性与粘结性。(3)设计室内试验模拟土遗址裂隙初次注浆,探索裂隙形态、土体密度、缺陷程度、裂隙宽度、充填情况、浆液配比改变等多因素注浆条件对浆-土试样质量变化、波速变化、注浆饱满度、浆液收缩的影响程度。试验发现,“V”字型相比竖直型裂隙注浆后波速较低、内部孔隙率较高、收缩率略有下降。增加裂隙宽度及注浆缺陷、降低烧料礓石比例导致浆液结石体孔隙率增大而波速下降。浆液收缩率与失水率有高度一致性,通过充填注浆可以大幅降低收缩率。结合实验结果,提出了基于裂隙发育程度和加固方法的波速-红外效果评价方法。(4)通过数值模拟方法,探究土遗址注浆后墙体表面在光照下表面温度场变化。结果发现,内部存在空浆缺陷时墙体表面有温度异常区域,缺陷越大,异常区域范围越大;缺陷距表面越近,异常温差越大。模拟结果弥补了热红外方法无法解释浆液内部缺陷的问题,提出了该方法深入应用于注浆效果评价方面的具体要求。

关键词：土遗址裂隙注浆效果评价无损检测红外热像仪超声检测数值模拟

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旋转圆盘耦合微波装置内给热混合规律研究

旋转圆盘耦合微波装置内给热混合规律研究

作者：宋英杰北京化工大学

学位级别：硕士

对于一些粘性体系吸热过程,如生物质热解、水解、聚合物脱挥过程,传统釜式反应器的间壁式加热方式存在热量利用率低、受热不均、混合/表面更新速率受限,从而导致产品质量差、过程效率低等问题,需要同时强化给热与混合过程。旋转圆盘可... 详细信息

对于一些粘性体系吸热过程,如生物质热解、水解、聚合物脱挥过程,传统釜式反应器的间壁式加热方式存在热量利用率低、受热不均、混合/表面更新速率受限,从而导致产品质量差、过程效率低等问题,需要同时强化给热与混合过程。旋转圆盘可以强化液膜湍动进而强化液相混合/表面更新速度,而微波具有快速体相加热特点,为此,本论文提出开展旋转圆盘耦合微波装置内给热和混合规律实验研究,研究耦合装置内各参数对给热效果和微观混合效果的影响规律,进而获得其较优操作参数,为耦合装置的应用研究提供基础。主要研究内容如下:(1)旋转圆盘耦合微波强化粘性体系的给热规律研究。考察了微波源的相对位置、微波源数量、转速、粘度和流量对圆盘表面液体的温度分布以及温升速率的影响规律。结果表明,两组相互平行的微波源中,竖直平行安装的微波源产生的温度均匀性较好;相互垂直的几组微波源在温度均匀性方面的差异较小;同时开启4个微波源时达到的温度均匀性最好,但是溶液离开圆盘时的温升较低;开启竖直安装的单微波源时溶液的温升最大,温度均匀性也较好;粘度增大会降低温度的均匀性;提高转速、加大流量均有助于改善温度的均匀性。在转速为600 r·min时,温度变异系数降至0.006,与转速200 r·min时相比,温度均匀性提高了90%,与常规的微波加热相比,发现旋转圆盘耦合微波不仅加快了给热速率,还提高了温度的均匀性。(2)旋转圆盘耦合微波强化混合规律研究。考察了转速、微波功率、H浓度及液体体积流量对离集指数的影响规律。结果表明,高转速高流量均可以使离集指数减小;H浓度的增加会使离集指数增大;微波功率增加,离集指数先增大后减小,其中在高转速高功率下离集指数减小。在较优工艺条件下离集指数达0.027,且结合给热规律实验研究结果,发现耦合场内混合效果和给热均匀性变化规律一致。

关键词：旋转圆盘耦合微波微波加热红外热像仪温度均匀性微观混合

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温压弹爆炸热毁伤效应研究

温压弹爆炸热毁伤效应研究

作者：范彩玲中北大学

学位级别：硕士

温压弹爆炸具有极强的毁伤效应,其最早被应用于战场。随后各国相继进行研发,并取得了一定的研究成果。温压弹爆炸瞬间,会形成高温高压场,并伴随着超强冲击波,破坏力极大。本文主要研究温压弹爆炸产生的热毁伤效应,即火球的温度信息。为... 详细信息

温压弹爆炸具有极强的毁伤效应,其最早被应用于战场。随后各国相继进行研发,并取得了一定的研究成果。温压弹爆炸瞬间,会形成高温高压场,并伴随着超强冲击波,破坏力极大。本文主要研究温压弹爆炸产生的热毁伤效应,即火球的温度信息。为了达到实验目的,本实验采用钨铼热电偶定点测温和红外辐射测温相结合的方案来对温压弹爆炸场进行测试。分别介绍了热电偶测温原理和红外测温原理,搭建了两套不同的测温系统。针对测量对象的特殊性,选用了可耐高温、价格低廉的钨铼热电偶和测温范围广、帧频高、分辨率高的制冷型红外热像仪作为本实验的测试设备。鉴于不同的测温原理,分别对不同测温系统的测试精度进行了分析。钨铼热电偶测温系统的误差,主要与热电偶本身材质、制造工艺和数据采集系统精度等有关,通过对其逐一分析,最终得出其估算误差的方法。红外测温系统的误差,主要与目标物的发射率和辐射在大气传输中的衰减有关。温压弹爆炸后火球的发射率很难确定,本实验采用确定爆炸产物的方法设定发射率,值为0.45。具体分析了大气中造成红外辐射衰减的因素,最终得出其大气透过率值为73%。在几何定标实验中,得出实际空间距离与红外图像像素点间的比例关系;在外场标定实验中,得到了随着测试距离增加目标物温度发生衰减的变化规律。温压弹外场爆炸实验,用钨铼热电偶进行了“同心圆”排布定点测温实验,得出了火球外围温度远低于内部温度的温场变化规律;红外热像仪从不同的方位对其爆炸温场进行了测量,获得了火球的高温信息、直径大小、温场分布以及火球演变过程等信息。最终得出:2kg/6kg爆炸火球表面最高温度分别为2197℃/2881℃;2kg/6kg爆炸火球表面温度≥800℃温度场持续时间均为250ms,≥1000℃温度场持续时间分别为220ms/200ms;2kg/6kg爆炸火球表面温度在≥800℃/≥1000℃最大直径分别约为7.5m/10.0m和6.2m/8.9m。由测试结果表明,温压弹爆炸产生火球的温度极高,在其温场扩散范围内热毁伤效应极强,可以高效摧毁一切。本测试系统可靠性强,且操作简易,可被广泛应用于高温测试领域。

关键词：温压弹热电偶红外热像仪爆炸高温场