[發明專利]一種測量電磁懸浮條件下金屬熔滴振蕩頻率的方法

在審

• 申請號: 202110696294.6
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113432700A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 張桂芳;劉宇;漆鑫;王曉亮;姜琦;楊睿瀟;易兵;劉玳煒;趙衛東;潘哲儒;張培培
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 昆明明潤知識產權代理事務所(普通合伙) 53215
• 代理人: 張云

本發明涉及一種測量電磁懸浮條件下金屬熔滴振蕩頻率的方法，屬于振蕩頻率測量技術領域。當觀察到電磁懸浮熔滴處于振蕩狀態時，利用高速攝像儀捕捉懸浮熔滴完成一個振蕩周期的系列圖片，懸浮熔滴的振蕩頻率具體計算過程為：選取一個振蕩周期內的一組照片，根據公式：，即可求出懸浮熔滴的振蕩頻率，該式中f為熔滴的振蕩頻率，單位為Hz；為高速攝像儀設置的延遲時間，ms；n為所選的一個振蕩周期內的照片數量。本發明設計的金屬熔滴振蕩頻率的測量方法，有利于提高金屬熔滴在懸浮過程中的穩定性及提高部分熱力學性質測量結果的精度與可靠性，為高性能材料的制備提供參考。

技術領域

本發明涉及一種測量電磁懸浮條件下金屬熔滴振蕩頻率的方法，屬于振蕩頻率測量技術領域。

背景技術

電磁懸浮條件下液態金屬振蕩頻率會直接影響熔滴的懸浮穩定性，并且振蕩頻率的大小與金屬合金的粘度和表面張力等熱力學性質有關，測量液態金屬熔滴的振蕩頻率有利于探索熔滴的穩定懸浮條件和提高部分熱力學性質測量結果的精度與可靠性。

目前常用的振蕩頻率測量方法有直接法和間接法。直接法是直接通過振動頻率儀等專業測量儀器進行測量；間接法是通過錄波比較、閃光測頻等方法將同類的已知量頻率與被測的未知量頻率進行比較，從而確定被測頻率的大小。但是由于懸浮過程中金屬熔滴處于石英管內，且高溫金屬熔滴無法與檢測儀器直接接觸，所以間接法更適用測量金屬熔滴的振蕩頻率。根據文獻調查可知，關于電磁懸浮條件下金屬熔滴振蕩頻率測量的專利沒有報道，現有的關于電磁懸浮條件下金屬熔滴的專利有：“空間快速凝固地面模擬方法與實驗裝置，專利號：CN1158916A”、“一種對電磁懸浮液態金屬的形態進行調控的方法，專利號：CN108183632B”、“一種具有加速度檢測功能的電磁懸浮球系統及其控制方法，專利號：CN110320385A”、“金屬液滴快速凝固方法，專利號：CN111230130A）”等。

金屬熔滴在電磁懸浮精煉過程中存在振蕩的現象，由于該現象對金屬熔滴的懸浮穩定性和部分熱力學性質測量結果有較大影響，所以很有必要設計一種可以檢測懸浮熔滴振蕩頻率的方法，有利于探索熔滴的穩定懸浮條件和提高部分熱力學性質測量結果的精度與可靠性。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題及不足，本發明提供一種測量電磁懸浮條件下金屬熔滴振蕩頻率的方法。本發明使用的高速攝像儀可以同時具有采集懸浮熔滴上下方向和左右方向振動頻率的功能，可實現對兩個方向上懸浮熔滴振動頻率的測量。本發明通過以下技術方案實現。

一種測量電磁懸浮條件下金屬熔滴振蕩頻率的方法，其具體步驟包括：

步驟1、將金屬試樣置于電磁懸浮裝置中間位置，檢查并確認電磁懸浮裝置的氣密性，通入保護性氣體5min；

步驟2、步驟1中的金屬試樣在電磁懸浮裝的的高頻電磁場的作用下懸浮，當溫度大于金屬試樣熔點，且能觀察到金屬試樣從不規則形狀轉變為橢球形，得到懸浮熔滴；

步驟3、當觀察到懸浮熔滴處于振蕩狀態時，高速攝像儀捕捉懸浮熔滴完成一個振蕩周期的系列圖片，懸浮熔滴的振蕩頻率具體計算過程為：選取一個振蕩周期內的一組照片，根據公式：，即可求出懸浮熔滴的振蕩頻率，該式中f為熔滴的振蕩頻率，單位為Hz；為高速攝像儀設置的延遲時間，ms；n為所選的一個振蕩周期內的照片數量。

所述步驟1中金屬試樣為導體或半導體，其熔點溫度為500-3000K，制得的顆粒狀樣品的質量為0.5-3g。

所述步驟1中保護性氣體為氬氣、氦氣中一種或者兩者任意體積混合的保護性氣體，氣體流量為0.1L/min-5.0L/min。

所述步驟2中高頻電磁場電流為200-600A、電源頻率200kHz-400kHz、功率1-15kW。

所述步驟3中高速攝像儀延遲設置為10-25ms，曝光度為50-400，鏡頭光圈為1.6F。