[發(fā)明專利]復(fù)合材料微波作用下溫度場分布模擬裝置和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710594073.1
• 申請(qǐng)日: 2017-07-20
• 公開（公告）號(hào): CN107449787A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐香玉;張博明;白明;劉大偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N22/00
• 分類號(hào): G01N22/00
• 代理公司: 北京同立鈞成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11205
• 代理人: 宋揚(yáng),劉芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例涉及透波復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合材料微波作用下溫度場分布模擬裝置和方法。

背景技術(shù)

天線罩是保護(hù)天線系統(tǒng)免受外部環(huán)境影響的結(jié)構(gòu)物，它具有良好的電磁波穿透特性。復(fù)合材料由于其良好的電學(xué)、力學(xué)性能而成為制作天線罩的常見材料。當(dāng)電磁波穿過天線罩殼體時(shí)，由于介電損耗機(jī)制，制成天線罩的復(fù)合材料將一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能，使得復(fù)合材料內(nèi)部溫度升高；溫度升高進(jìn)一步導(dǎo)致復(fù)合材料的介電損耗增加，更多的能量被轉(zhuǎn)化為熱能。如此的惡性循環(huán)，使得復(fù)合材料在高溫部位發(fā)生嚴(yán)重的熱電耦合現(xiàn)象，直至復(fù)合材料發(fā)生熱損毀，材料失效。因此，需要在天線罩復(fù)合材料服役前對(duì)其工作性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M和分析。

現(xiàn)有的微波加熱技術(shù)已在復(fù)合材料微波固化、無損檢測等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，此類應(yīng)用多為在較小功率下進(jìn)行的平衡過程，并不涉及大功率的檢測過程，因此針對(duì)天線罩在大功率微波作用下的損毀現(xiàn)象，目前無法進(jìn)行檢測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供一種復(fù)合材料微波作用下溫度場分布模擬裝置和方法，以探究大功率微波照射對(duì)復(fù)合材料熱場發(fā)展的影響，為控制復(fù)合材料的透波性能提供了依據(jù)。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種復(fù)合材料微波作用下溫度場分布模擬裝置，包括：微波加熱腔、波導(dǎo)、余波吸收裝置、大功率微波功率源、溫度監(jiān)測儀、溫度傳感器、紅外熱像儀以及樣品夾具，其中，

所述波導(dǎo)的一端與所述微波功率源連接，所述波導(dǎo)連接的另一端伸入所述微波加熱腔，所述微波加熱腔遠(yuǎn)離所述波導(dǎo)、且與所述波導(dǎo)相對(duì)的一端為透射波出口，且所述微波加熱腔的透射波出口處設(shè)置有余波吸收裝置；

所述溫度傳感器位于所述微波加熱腔內(nèi)部，且與位于所述微波加熱腔外部的溫度監(jiān)測儀連接；

所述紅外熱像儀設(shè)置在所述微波加熱腔外，用于監(jiān)測試樣表面溫度場的分布；

所述樣品夾具放置于所述加熱腔內(nèi)，用于夾持試樣。

可選地，所述微波加熱腔為長方體結(jié)構(gòu)，在所述加熱腔的第一側(cè)面上設(shè)有波導(dǎo)入口，所述波導(dǎo)入口的尺寸與所述波導(dǎo)的尺寸匹配；

在與所述第一側(cè)面相對(duì)的第二側(cè)面上設(shè)有透射波出口，所述透射出口距離所述第二側(cè)面各邊邊緣的距離介于5mm至30mm之間。

可選地，在與所述第一側(cè)面相鄰的第三側(cè)面設(shè)置有第一通孔和/或第四側(cè)面上設(shè)置有第二通孔，所述第一通孔的尺寸大于所述第二通孔的尺寸。

可選地，所述波導(dǎo)與所述微波功率源連接的一端設(shè)有密封法蘭。

可選地，所述微波功率源的功率密度在40W/cm²以上。

可選地，所述余波吸收裝置是由低介電常數(shù)、低介電損耗的透波材料制成的容器，所述容器側(cè)面的面積大于所述透射波出口的面積。

可選地，還包括:金屬屏蔽網(wǎng)，所述金屬屏蔽網(wǎng)設(shè)置在所述微波加熱腔的四周，用于對(duì)泄漏的微波進(jìn)行防護(hù)。

可選地，所述樣品夾具設(shè)置在所述微波加熱腔內(nèi)靠近所述波導(dǎo)的一端。

可選地，應(yīng)用于如上所述的裝置，所述方法包括：

控制所述大功率微波功率源的功率密度在40W/cm²以上；

獲取所述溫度監(jiān)測儀監(jiān)測得到的第一溫度數(shù)據(jù)，所述第一溫度數(shù)據(jù)為所述樣品內(nèi)部或表面隨時(shí)間變化的溫度數(shù)據(jù)；和/或

獲取所述紅外熱像儀得到的第二溫度數(shù)據(jù)，所述第二溫度數(shù)據(jù)為所述樣品表面的溫度場數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述第一溫度數(shù)據(jù)和/或所述第二溫度數(shù)據(jù)，分析復(fù)合材料大功率微波作用下的溫度場分布。

本實(shí)施例提供的復(fù)合材料微波作用下溫度場分布模擬裝置，包括：微波加熱腔、波導(dǎo)、余波吸收裝置、大功率微波功率源、溫度監(jiān)測儀、溫度傳感器、紅外熱像儀以及樣品夾具，其中，波導(dǎo)的一端與微波功率源連接，波導(dǎo)連接的另一端伸入微波加熱腔，微波加熱腔遠(yuǎn)離波導(dǎo)、且與波導(dǎo)相對(duì)的一端為透射波出口，且微波加熱腔的透射波出口處設(shè)置有余波吸收裝置；用于吸收穿透過材料的電磁波，一方面可以避免輻射實(shí)驗(yàn)中，反射波對(duì)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性造成的影響，另一方面，可以避免從微波加熱腔透射出來的電磁波對(duì)人體造成傷害。在模擬裝置中，將溫度傳感器設(shè)置在微波加熱腔內(nèi)部，且與位于微波加熱腔外部的溫度監(jiān)測儀連接；用于監(jiān)測待測樣品在微波加熱腔內(nèi)的溫度變化。將紅外熱像儀設(shè)置在微波加熱腔外，用于監(jiān)測試樣表面溫度場的分布情況；樣品夾具放置于微波加熱腔內(nèi)，用于夾持試樣。

附圖說明