[發明專利]材料多熱物性參數的測量裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 202011460676.0
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112630261B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 岳亞楠;孫強勝;鄧書港
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 羅敏清

1.一種材料多熱物性參數的測量裝置的測量方法，其特征在于，其中，所述測量裝置包括固定框架、激光產生裝置、紅外熱像裝置、凸透鏡、溫度測量裝置以及數據接收處理裝置；固定框架，其用于支撐激光產生裝置和紅外熱像裝置；

激光產生裝置，其用于產生對待測材料進行加熱的激光，所述激光產生裝置包括激光控制器以及與激光控制器電氣連接的激光器，所述激光器可移動地設置在所述固定框架上；

紅外熱像裝置，其用于獲取待測材料表面的溫度信息，所述紅外熱像裝置包括紅外熱像儀主機以及與所述紅外熱像儀主機電氣連接的紅外熱像儀探頭，所述紅外熱像儀探頭可移動地設置在所述固定框架上；

凸透鏡，其用于產生合適大小的激光光斑，所述凸透鏡可移動地設置在所述固定框架上，在測量時，所述激光器、所述凸透鏡以及待測材料在同一光路上；

溫度測量裝置，其用于測量待測材料的溫度，所述溫度測量裝置與待測材料電氣連接；

數據接收處理裝置，其用于接收和處理相應信息，所述數據接收處理裝置與所述紅外熱像儀主機以及溫度測量裝置電氣連接；

上述測量裝置的測量方法包括如下步驟：

S1：調節激光器、凸透鏡在固定框架上的位置使得激光器、凸透鏡、待測材料在同一光路上，并調節三者之間的距離，使激光聚焦在待測材料表面形成一個點熱源，然后調節紅外熱像儀探頭位置使得待測材料位于紅外熱像儀探頭的焦距上從而使得紅外熱像儀主機能得到一個清晰的紅外圖像；

S2：使用激光器對待測材料進行加熱，在不同功率加熱下，紅外熱像儀主機通過紅外熱像儀探頭獲取待測材料表面某點的溫度信息為，同時用溫度測量裝置測量該點溫度為，紅外熱像儀和溫度測量裝置都將溫度信息傳輸給數據接收處理裝置并給定數據接收處理裝置實時環境溫度，通過下式計算得到試樣不同溫度下表面發射率：

；

S3：數據接收處理裝置根據獲取的待測材料在不同溫度下的表面發射率對紅外熱像儀主機進行實時修正，使用修正后的紅外熱像儀主機通過紅外熱像儀探頭獲取待測材料初始溫度圖片，然后通過數據接收處理裝置進行處理得到待測材料初始溫度；

S4：使用激光器輸出以恒定激光信號，并記錄此時所施加激光功率值的大小、激光聚焦于待測材料上光斑直徑的大小；

S5：在激光加熱同時，數據接收處理裝置控制紅外熱像儀主機獲取并記錄激光光斑中心處即溫度最高點的瞬時溫度信號；

S6：待待測材料溫度分布達到穩態后，結束溫度獲取，得到穩態溫度信號并繪制溫度時間曲線；根據得到的溫度時間曲線得到光斑中心溫度最高點瞬態溫度表達式（1）和穩態溫度表達式（2）：

； (1)

； (2)

其中，為時刻待測材料上激光光斑中心溫度，為0時刻光斑中心溫度即初始溫度，為穩態后光斑中心溫度即穩態溫度，為激光光斑直徑，為激光功率；

S7：通過上述表達式計算得到待測材料在不同溫度下的導熱系數、熱擴散系數熱容參數，通過式得到導熱系數：

；

再把導熱系數待人式中，通過非線性曲線擬合進而得到熱擴散系數，進而可得熱容：

。

2.根據權利要求1所述的材料多熱物性參數的測量裝置的測量方法，其特征在于，所述激光器、所述紅外熱像儀探頭分別通過位移器設置在所述固定框架上。

3.根據權利要求2所述的材料多熱物性參數的測量裝置的測量方法，其特征在于，所述位移器的調節精度為10微米。

4.根據權利要求2所述的材料多熱物性參數的測量裝置的測量方法，其特征在于，所述位移器包括固定在所述固定框架上的第一底座、固定在所述第一底座上的第一導軌、可轉動地設置在所述第一導軌之間的第一絲桿以及與所述第一絲桿通過螺紋連接且滑接在所述第一導軌上的第一滑塊，所述激光器、所述紅外熱像儀分別設置在對應位移器的所述滑塊上。

5.根據權利要求1所述的材料多熱物性參數的測量裝置的測量方法，其特征在于，所述凸透鏡通過單軸位移裝置設置在所述固定框架上，所述單軸位移裝置控制所述凸透鏡在激光光路上移動。