Измерение распределения коэффициента теплового излучения и температуры поверхности вольфрама, нагретого излучением мощного лазера

Мантрова Ю.В., Зинин П.В., Булатов К.М., Быков А.А.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Мантрова Ю.В., Зинин П.В., Булатов К.М., Быков А.А. Измерение распределения коэффициента теплового излучения и температуры поверхности вольфрама, нагретого излучением мощного лазера // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 11. С. 10–20. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-11-10-20

Ссылка на англоязычную версию:

Yu. V. Mantrova, P. V. Zinin, K. M. Bulatov, and A. A. Bykov, "Measuring the radiation coefficient distribution and surface temperature distribution of a tungsten body heated by a powerful laser," Journal of Optical Technology . 87(11), 642-649 (2020). https://doi.org/10.1364/JOT.87.000642

Аннотация:

Измерено распределение коэффициента теплового излучения на таком же уровне, как и распределение температуры в пятне лазера, нагревающего вольфрамовую пластинку. Измерения проведены в диапазоне длин волн от 740 до 800 нм методом мультиспектральных изображений на установке лазерного нагрева, в которой используется тандемный акустооптический фильтр, состоящий из двух сопряженных акустооптических кристаллов, соединенных с видеокамерой высокого разрешения. Погрешность измерений коэффициента теплового излучения в точке с максимальной температурой пятна нагрева (2540 K) составила менее 7%.

Ключевые слова:

лазерный нагрев, коэффициент теплового излучения, измерение температуры, лазерная оптика, акустооптический фильтр, нагрев вольфрама

Коды OCIS: 140.0140, 100.0100, 110.0110

Список источников:

1. Howell J.R., Siegel R., and Menguc M.P. Thermal radiation heat transfer. Bristol: Taylor and Francis, 2010. 987 p.

2. Liu H., Zheng C., Zhou H., et al. Measurement of distributions of temperature and wavelength-dependent emissivity of a laminar diffusion flame using hyper-spectral imaging technique // Measurement Sci. and Technol. 2016. V. 27. № 2. P. 025201.

3. Jyothi J., Soum-Glaude A., Nagaraja H.S., et al. Measurement of high temperature emissivity and photothermal conversion efficiency of TiAlC/TiAlCN/TiAlSiCN/TiAlSiCO/TiAlSiO spectrally selective coating // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2017. V. 171. P. 123–130.

4. Dubrovinsky L.S. and Saxena S.K. Emissivity measurements on some metals and oxides using multiwavelength spectral radiometry // High Temperatures-High Pressures. 1999. V. 31. № 4. P. 393–399.

5. Honner M., Honnerova P., Kucera M., et al. Laser scanning heating method for high-temperature spectral emissivity analyses // Appl. Thermal. Eng. 2016. V. 94. P. 76–81.

6. Neuer G. and Jaroma-Weiland G. Spectral and total emissivity of high-temperature materials // Internat. J. Thermophysics. 1998. V. 19. № 3. P. 917–929.

7. Magunov A.N. Spectral pyrometry (Review) // Instruments and Experimental Techniques. 2009. V. 52. № 4. P. 451–472.

8. Gonzalez-Fernandez L., Perez-Saez R.B., del Campo L., et al. Analysis of calibration methods for direct emissivity measurements // Appl. Opt. 2010. V. 49. № 14. P. 2728–2735.

9. Honnerova P., Martan J., and Honner M. Uncertainty determination in high-temperature spectral emissivity measurement method of coatings // Appl. Thermal. Eng. 2017. V. 124. P. 261–270.

10. Siegel R., Howell J.R. Thermal radiation heat transfer. Bristol: Taylor and Francis, 1992. 1096 p.

11. Zhang Z.M., Tsai B.K., and Machin G. Radiometric temperature measurements // I. Fundamentals. 2010. V. 31. № 2. P. 444–445.

12. Плотниченко В.Г., Пырков Ю.Н., Свет Д.Я. Бесконтактное измерение истинной температуры и спектральной излучательной способности веществ в конденсированной фазе // Теплофизика высоких температур. 1999. Т. 37. № 3. С. 444–449.

13. Геда Я.М. Развитие спектральных методов измерения термодинамической температуры поверхности нагретых тел // Автореф. канд. дис. Минск: Ин-т физики АН БССР, 1988. 119 c.

14. Guo Y.M., Pang S.J., Luo Z.J., et al. Measurement of directional spectral emissivity at high temperatures // Internat. J. Thermophysics. 2019. V. 40. № 10. P. 12–24.

15. Honner M. and Honnerova P. Survey of emissivity measurement by radiometric methods // Appl. Opt. 2015. V. 54. № 4. P. 669–683.

16. Magunov A.N. The choice of a spectral interval within which a heated opaque object radiates as a gray body // Instruments and Experimental Techniques. 2010. V. 53. № 6. P. 910–914.

17. Du Z.X., Amulele G., Benedetti L.R., et al. Mapping temperatures and temperature gradients during flash heating in a diamond-anvil cell // Review of Scientific Instruments. 2013. V. 84. № 7. P. 075111.

18. Pujana J., del Campo L., Perez-Saez R.B., et al. Radiation thermometry applied to temperature measurement in the cutting process // Measurement Sci. and Technol. 2007. V. 18. № 11. P. 3409–3416.

19. Campbell A.J. Measurement of temperature distributions across laser heated samples by multispectral imaging radiometry // Review of Scientific Instruments. 2008. V. 79. № 1. P. 015108.

20. Machikhin A.S., Zinin P.V., Shurygin A.V., et al. Imaging system based on a tandem acousto-optical tunable filter for in situ measurements of the high temperature distribution // Opt. Lett. 2016. V. 41. № 5. P. 901–904.

21. Zinin P.V., Bykov A.A., Machikhin A.S., et al. Measurement of the temperature distribution on the surface of the laser heated specimen in a diamond anvil cell system by the tandem imaging acousto-optical filter // High Pressure Research. 2019. V. 131. P. 39.

22. Bulatov K.M., Mantrova Y.V., Bykov A.A., et al. Multi-spectral image processing for the measurement of spatial temperature distribution on the surface of the laser heated microscopic object // Computer Opt. 2017. V. 41. № 6. P. 864–868.

23. Ribaud G. Traitè De Pyromètrie optique. Revue de optique. 1931. 485 p.

24. Prakapenka V.B., Kubo A., Kuznetsov A., et al. Advanced flat top laser heating system for high pressure research at GSECARS: Application to the melting behavior of germanium // High Pressure Research. 2008. V. 28. № 3. P. 225–235.

25. Мачихин А.С., Батшев В.И., Зинин П.В. и др. Акустооптический видеоспектрометр для измерения пространственного распределения температуры микрообъектов // Приборы и техника эксперимента. 2017. № 3. С. 100–105.

26. Kozlova O., Sadouni A., Truong D., et al. Tunable transportable spectroradiometer based on an acousto-optical tunable filter: Development and optical performance // Review of Scientific Instruments. 2016. V. 87. № 12. P. 1–7.

27. Latyev L.N., Petrov V.A., Chekhov V.Ya., et al. Radiative properties of solid materials: A Handbook. M.: Energia, 1974. 472 p.

28. Draper N.R. and Smith H. Applied regression analysis. NY: Wiley, 1966. 407 p.

29. Park J. CMOS image sensor for smart cameras // Theory and Applications of Smart Cameras. 2015. P. 3–20.

30. Herrmann J., Pomrehn W., Verhoeven M., et al. Standard for characterization and presentation of specification data for image sensors and cameras // European Machine Vision Association 1288. 2016.

31. Giampaoli R., Kantor I., Mezouar M., et al. Measurement of temperature in the laser heated diamond anvil cell: Comparison between reflective and refractive optics // High Pressure Research. 2018. V. 38. № 3. P. 250–269.

32. Тейлор Д. Введение в теорию ошибок. М.: Мир, 1985. 272 c.

33. Machikhin A.S., Zinin P.V., Khokhlov D.D., et al. Imaging system based on a tandem acousto-optical tunable filter for in-situ measurements of the high temperature distribution // Opt. Lett. 2016. V. 41. № 5. P. 901–904.