[發明專利]一種金屬試件表面激光反射率測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201611004766.2
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106568720B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 吳濤濤;陳紹武;周孟蓮;韋成華;朱永祥;王家偉;吳麗雄;王立君
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 陳廣民

本發明屬于激光效應測試技術領域，涉及一種金屬試件表面反射率測量裝置及方法。本發明提供的裝置包括測量積分球和背景積分球，測量積分球和背景積分球的連接處設置有貫通的試件安裝孔；測量積分球上安裝有測量光電探測器，背景積分球上安裝有背景光電探測器；測量積分球上還設置有激光入孔，激光入孔位于與試件安裝孔相對的另一側球壁上。本發明通過設置串形的積分球組，采用測量積分球和背景積分球分別獲取測量信號和背景熱輻射信號，經過數據處理得到真實的反射率系數，克服了金屬試件表面在高溫下熱輻射信號對反射率測量的影響。

技術領域

本發明屬于激光效應測試技術領域，涉及一種金屬試件表面反射率測量裝置及方法。

背景技術

研究激光與金屬材料耦合規律時，通常需要測量得到效應試件的表面反射率系數隨激光功率和出光時長的關系。較為常用的方法是如圖1所示的積分球測量方案：第一步將標準測試板放置在積分球4內部，測量得到激光1加載在標準測試板上的光電探測器5的響應信號，第二步將效應試件3放置在積分球4內部，測量得到激光1加載在效應試件3的光電探測器5的響應信號，二者相比即為效應試件3的表面反射率系數。在實際應用中由于效應試件在激光加載過程中溫度升高，對外熱輻射加強，而這部分熱輻射信號會混疊在有效信號中被積分球上的光電探測器測量，影響到測量結果的準確性，尤其是當試件被激光加載至高溫時，反射率測量的誤差變得非常大。

文獻“反射率測量中的熱輻射影響及其消除方法，強激光與粒子束，2011，Vol.23(7)，p1767-1770”公開了一種雙探測器的積分球測量方法來消除金屬材料熱輻射對反射率測量干擾的方法，采用1064nm激光器發射的激光束輻照在金屬材料表面，金屬材料表面的反射光和熱輻射被積分球收集并勻化，第一光電探測器和第二光電探測器用于測量勻化后的光強，其中第一光電探測器前裝有1064nm窄帶濾光片，第二光電探測器前裝有1319nm窄帶濾光片。測量金屬材料的反射率時，采集激光加載過程金屬材料升溫時間段及激光加載過后降溫時間段中第一光電探測器和第二光電探測器的信號，利用激光加載后金屬材料降溫時間段第一光電探測器和第二光電探測器的數據進行標定，得到標定關系曲線。再利用激光加載段中第二光電探測器的測量數據求出第一光電探測器中熱輻射的分量，繼而求出激光加載段第一光電探測器中反射率分量。文獻所述方法忽略了金屬材料升溫和降溫過程中表面氧化造成的發射率變化，降溫段的熱輻射定標曲線理論上不能嚴格描述升溫段的熱輻射信號，帶來了較大的測量不確定度。

發明內容

為了解決現有的效應試件表面反射率測量方法測量結果不準確的技術問題，本發明提供一種克服了熱輻射信號干擾的金屬試件表面激光反射率測量裝置及方法。

本發明的技術解決方案是：一種金屬試件表面激光反射率測量裝置，其特殊之處在于：包括測量積分球和背景積分球，所述測量積分球和背景積分球的連接處設置有貫通的試件安裝孔；所述測量積分球上安裝有測量光電探測器，所述背景積分球上安裝有背景光電探測器；所述測量積分球上還設置有激光入孔，所述激光入孔位于與試件安裝孔相對的另一側球壁上。

上述測量積分球和背景積分球為一體式結構，所述試件安裝孔處的球壁上設置有試件安裝槽。

上述測量積分球和背景積分球的結構尺寸及內表面處理工藝均相同。

本發明還提供一種金屬試件表面激光反射率測量方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：

1】將激光器對準激光入孔，設定激光功率P和出光時長T；

2】將標準測試板放置于試件安裝孔上，加載激光；

3】記錄測量光電探測器隨時間的變化信號V_0s(t)和背景光電探測器隨時間的變化信號V_0b(t)；然后，關閉激光，取下標準測試板；

4】將待測金屬試件放置于試件安裝孔上，加載激光；