[發明專利]一種激光吸收率測量裝置及激光吸收率測量方法

在審

• 申請號: 201811141805.2
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN108982392A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 鄭長彬;李雪雷;邵俊峰;王化龍;陳飛;王挺峰;曹立華
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N25/20
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

本發明提供了一種激光吸收率測量裝置，包括激光器、光束整形器、第一分束器、第一功率計、第二分束器、第一待測樣品、第二功率計、第二待測樣品、第三功率計。同時還提供了一種激光吸收率測量方法，同時測量參考功率、熱輻射功率和反射功率，通過三者的計算得到吸收功率。本發明提供的激光吸收率測量裝置和測量方法，能夠準確、方便的測量激光吸收率。

技術領域

本發明涉及激光吸收率測量領域，尤其涉及一種激光吸收率測量裝置及激光吸收率測量方法。

背景技術

材料對激光的吸收率，特別是高溫吸收率，是激光加工領域的重要指標之一，是影響激光切割和激光焊接設備性能的主要影響因素。目前定量測量材料激光吸收率的方法包括兩類：第一類，根據激光輻照條件下材料的溫升情況反推材料的吸收率；第二類，通過測量反射率，由1減去反射率獲得吸收率。其中，第一類方法,如發明專利《測量激光吸收率的裝置》[授權公告號CN 203249885 U]描述，主要測量及計算吸收率過程為：(1)建立激光加熱溫度場有限元模型，模型中的邊界條件及溫度輸出按照實際工件尺寸、工件熱物理參數、激光入射位置、工件表面激光光斑直徑及熱電偶位置得出，計算不同實際吸收激光功率加載時熱電偶測溫點溫度隨時間變化曲線；(2)開啟熱電偶采集溫度，激光入射在所述工件上，熱電偶將溫度轉化為電壓信號，經數據采集卡輸入工控機，將溫度隨時間的變化保存；(3)通過數據處理軟件，讀取入射激光能量，將實驗測得的熱電偶溫度隨時間的變化曲線與仿真結構對比，取最接近曲線對應的吸收功率值，求得吸收率。另一種反推吸收率的方法，如《一種材料吸收率的測試裝置和測試方法》[申請公布號CN 105758820 A]中描述，主要測量及計算吸收率過程為：開啟激光器對試件進行照射，溫度采集裝置將采集到的試件溫度通過數據采集裝置傳給處理器，通過下式計算激光吸收率，

式中，P為激光照射功率，t₀為激光照射時間，T₁為t₀時刻試樣的溫度，T₀為實驗的初始溫度，c為試樣比熱容，m為試樣質量。第二類方法，如發明專利《高精度激光吸收率測量裝置》[申請公布號CN 102435582 A]描述，將待查樣品置于積分球第二開口處，入射激光經積分球第一開口穿過導光管照射的被測樣品上，反射光照射到積分球壁上，經過多次反射和散射，由積分球第三開口上的光電探測器轉化為電信號，同時第二光電探測器將激光器出口附近的分光轉換為電信號，計算機控制同步數據采集并進行運算處理獲得被測樣品吸收率。

其中，第一類方法具有以下缺點：物理通過建立有限元分析模型或公式求解吸收率，都需要輸入材料物理參數(如密度、導熱率、熱容等)，但是在激光加載條件下，材料溫度會發生一定的變化，材料物理參數在變溫條件下非定值，特別是高溫條件下變化非常明顯，因此迭代產生吸收率結果可能并不唯一確定，同時吸收率本身也隨溫度變化量，利用該類方法只能求得激光加載過程中的吸收率平均值，而不能求得吸收率隨溫度的變化特征規律。采用積分球的第二類方法具有以下缺點：反射光要通過積分球內壁多次散射均勻化后進行探測，當激光入射功率較強，反射光直射積分球壁，有可能造成積分球內壁損傷，影響設備性能，另外，在高溫條件下，測試樣品有可能冒煙或產生較強熱輻射，污染積分球內壁或影響積分球內壁反射率或面型，影響設備性能。這兩類方法還具有共同缺點，在計算吸收率過程中未考慮高溫條件下，紅外熱輻射對測量結果的影響。一是紅外熱輻射對激光加熱材料來說是一種能量損失，與溫度的四次方成正比，導致反推吸收率計算結果出現偏差，二是在積分球內，紅外熱輻照作為吸收部分被測試樣品發射出來，再被積分球內光電探測器作為反射信號進行探測，也會造成吸收率計算結果的偏差。

發明內容

本發明旨在至少解決上述技術問題之一，提供一種能夠準確、方便的測量激光吸收率的激光吸收率測量裝置。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：