[發(fā)明專利]一種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測(cè)量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610442343.2
• 申請(qǐng)日: 2016-06-20
• 公開（公告）號(hào): CN105865651B
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永強(qiáng);譚福利;趙劍衡;賀佳;張黎;唐小松;陶彥輝;匡學(xué)武;李建明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號(hào): G01K11/00
• 分類號(hào): G01K11/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙)51220
• 代理人: 馮龍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域的測(cè)量系統(tǒng)，具體涉及一種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測(cè)量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

溫度是表征材料熱力學(xué)狀態(tài)的一個(gè)重要參量。從近年來迅速發(fā)展的材料準(zhǔn)等熵壓縮研究進(jìn)展來看，溫度數(shù)據(jù)的缺失是制約其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于狀態(tài)方程和本構(gòu)關(guān)系的重要障礙。準(zhǔn)等熵壓縮實(shí)驗(yàn)通過對(duì)不同厚度樣品表面速度的測(cè)量，給出應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系與理想等熵線之間的差別主要包括兩部分：偏應(yīng)力部分和小量熵增引起的靜水壓增加部分，但這兩者無法分離，而且隨著應(yīng)變率的增加，第二項(xiàng)的比重會(huì)增大，導(dǎo)致準(zhǔn)等熵線既無法精確給出強(qiáng)度信息也無法精確給出狀態(tài)方程信息。但是如果解決了準(zhǔn)等熵加載下的溫度測(cè)量問題，則有可能結(jié)合Cv模型給出這兩項(xiàng)的合理分配，從而更精確地給出強(qiáng)度和狀態(tài)方程信息。同時(shí)，在通過沖擊加載方式進(jìn)行的材料高壓物態(tài)方程研究中，低溫段（通常指1000K以下）溫度的瞬態(tài)精確測(cè)量一直是一個(gè)難點(diǎn)，輻射譜的普朗克峰在紅外區(qū)甚至遠(yuǎn)紅外，輻射功率極低，被動(dòng)測(cè)量技術(shù)信噪比很難達(dá)到動(dòng)高壓加載時(shí)對(duì)時(shí)間分辨和溫度分辨的要求。因此，積極尋找、發(fā)展或改進(jìn)可實(shí)現(xiàn)動(dòng)高壓下，低溫段（1000K 以下）溫度測(cè)量技術(shù)或方法，至今仍是材料動(dòng)高壓研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)工作之一。

輻射測(cè)溫技術(shù)在材料動(dòng)高壓加載中的應(yīng)用范圍主要在2000K到10000K，在這一范圍內(nèi)能夠較好地獲取材料的熱力學(xué)溫度，在更高的溫度范圍內(nèi)由于電子、離子的馳豫時(shí)間的變化，以及紫外災(zāi)難的出現(xiàn)，輻射溫度測(cè)量結(jié)果給出的電子溫度與宏觀熱力學(xué)溫度的差異越來越明顯，但在10ev以下還可以接受。此外，金屬樣品在沖擊加載下的溫度測(cè)量除了上述問題以外，還存在另外兩個(gè)因素的嚴(yán)重制約：一是對(duì)于測(cè)量面為自由面的狀況時(shí)，測(cè)到的輻射溫度幾乎都是沖擊卸載后的溫度，要想給出卸載前的溫度狀態(tài)需要極高的時(shí)間分辨能力；二是對(duì)于通過增加窗口的測(cè)量方式，還需要知道樣品和窗口在沖擊加載狀態(tài)下的熱傳導(dǎo)系數(shù)、界面發(fā)射率等信息。

發(fā)明內(nèi)容

為解決準(zhǔn)等熵壓縮以及沖擊壓縮低溫段（1000K 以下）這兩種動(dòng)高壓加載條件下的材料溫度測(cè)量問題，獲取準(zhǔn)等熵加載條件下的動(dòng)態(tài)溫度數(shù)據(jù)及沖擊壓縮條件下的瞬態(tài)溫度數(shù)據(jù)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測(cè)量系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法能夠獲取準(zhǔn)等熵加載條件下的動(dòng)態(tài)溫度數(shù)據(jù)及沖擊壓縮條件下的瞬態(tài)溫度數(shù)據(jù)，解決了準(zhǔn)等熵壓縮以及沖擊壓縮低溫段（1000K 以下）這兩種動(dòng)高壓加載條件下的材料溫度測(cè)量問題。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測(cè)量系統(tǒng)，包括動(dòng)高壓加載裝置，所述動(dòng)高壓加載裝置連接有測(cè)試實(shí)驗(yàn)靶樣品，測(cè)試實(shí)驗(yàn)靶樣品連接有反射光強(qiáng)變化測(cè)試系統(tǒng)，反射光強(qiáng)變化測(cè)試系統(tǒng)連接有同步觸發(fā)器，且同步觸發(fā)器與動(dòng)高壓加載裝置連接。為解決準(zhǔn)等熵壓縮以及沖擊壓縮低溫段這兩種動(dòng)高壓加載條件下的材料溫度測(cè)量，獲取準(zhǔn)等熵加載條件下的動(dòng)態(tài)溫度數(shù)據(jù)及沖擊壓縮條件下的瞬態(tài)溫度數(shù)據(jù)，不僅對(duì)準(zhǔn)確表征材料在動(dòng)高壓加載下的物理狀態(tài)以及研究材料狀態(tài)變化物理過程有著重要意義，同時(shí)鑒于材料狀態(tài)方程對(duì)溫度參量非常敏感的特點(diǎn)，還可為校驗(yàn)理論狀態(tài)方程模型有效性、以及確立完全狀態(tài)方程的提供重要參量。目前，從國(guó)內(nèi)外公開報(bào)道的文獻(xiàn)來看，沒有解決該問題的技術(shù)，而本方案通過主動(dòng)施加探測(cè)光束，測(cè)量動(dòng)高壓加載條件下，位于待測(cè)樣品材料與窗口材料之間金屬膜層材料的反射光強(qiáng)變化，計(jì)算得到反射率變化數(shù)據(jù)，再利用金屬膜層材料反射率與溫度定標(biāo)關(guān)系數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)高壓加載條件下材料的溫度測(cè)量，獲取準(zhǔn)等熵加載條件下的動(dòng)態(tài)溫度數(shù)據(jù)及沖擊壓縮條件下的瞬態(tài)溫度數(shù)據(jù)。

測(cè)試實(shí)驗(yàn)靶樣品主要由待測(cè)樣品材料、金屬膜層材料以及窗口材料構(gòu)成，金屬膜層材料設(shè)置在待測(cè)樣品材料和窗口材料之間，并且三者緊密貼合，待測(cè)樣品材料設(shè)置在金屬膜層材料和動(dòng)高壓加載裝置之間，窗口材料設(shè)置在金屬膜層材料和反射光強(qiáng)變化測(cè)試系統(tǒng)之間。金屬膜層材料鍍?cè)诖翱诓牧仙希⑶掖翱诓牧蟽?yōu)選窗口玻璃，金屬膜層材料反射率與溫度的定標(biāo)數(shù)據(jù)具有唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系。