【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及激光高溫測量，尤其涉及基于libs的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，利用ftir測量并獲取樣本的透射光譜，通過對透射光譜的深入分析，能夠有效辨識出材料輻射特性的基礎(chǔ)參數(shù)。
技術(shù)介紹
1、在結(jié)構(gòu)傳熱特性分析與防熱設(shè)計(jì)中，接觸熱阻是重要參數(shù)之一，其取值準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到熱控設(shè)計(jì)的質(zhì)量。接觸熱阻是一個(gè)受溫度、載荷、介質(zhì)、材料熱物性、表面粗糙度、材料機(jī)械特征、材料表面性質(zhì)、環(huán)境等眾多因素耦合影響的非線性問題。現(xiàn)有的理論模型難以用于實(shí)踐，過高或過低估計(jì)接觸界面間的熱阻都會對結(jié)構(gòu)傳熱產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)使用效率低下或引發(fā)安全隱患。
2、接觸熱阻測量方法分為穩(wěn)態(tài)測量方法和瞬態(tài)測量方法兩種。穩(wěn)態(tài)法裝置簡單、方法成熟，但測量時(shí)間長。瞬態(tài)法包括激光光熱測量法、熱成像法、flash閃光法等，其優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)快、非接觸、測量樣件的尺寸可以小到納米數(shù)量級，但其測量過程易受各種因素影響，且公式推導(dǎo)相對復(fù)雜，測量精度也難以保證。
3、因此，亟待需要一種避免與測量基材接觸，快速實(shí)現(xiàn)對基材輻射特性基礎(chǔ)參數(shù)的高溫測量系統(tǒng)，來彌補(bǔ)傳統(tǒng)接觸熱阻測量方法的技術(shù)缺陷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供基于libs的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，通過激光的精確控制，實(shí)現(xiàn)對樣品狀態(tài)的快速捕捉和分析。激光脈沖產(chǎn)生的高溫是一個(gè)瞬態(tài)過程，這種快速響應(yīng)的能力使得libs技術(shù)非常適合用于需要實(shí)時(shí)監(jiān)測和快速?zèng)Q策的場合，如工業(yè)生產(chǎn)中的質(zhì)量控制和故障分析，實(shí)現(xiàn)對基材局部的即時(shí)分析，快速獲取元素信息，避免對整
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了基于libs的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，包括：
3、(1)libs加熱裝置包括：激光器、激光反射鏡、收光透鏡、光纖、光譜儀；
4、libs通過聚焦后的脈沖激光直接作用基材表面，使溫度迅速上升，局部高溫的基材瞬間熔化和蒸發(fā)，產(chǎn)生等離子體；
5、(2)控溫裝置：升溫區(qū)間為300-3400k，加熱過程中保證設(shè)置溫度與控溫溫度之差小于3％，使加熱功率保持平穩(wěn)；
6、(3)基材姿態(tài)調(diào)整裝置：基于鉬制試件支架，對基材姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整；
7、(4)光譜調(diào)制探測裝置：利用ftir對基材輻射特性基礎(chǔ)參數(shù)的辨識。
8、優(yōu)選的，在libs加熱裝置中，所述激光器產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所需能量高且功率密度大的激光脈沖；
9、所述激光反射鏡改變激光脈沖光路，沿著與基材垂直方向經(jīng)聚焦透鏡聚焦到一點(diǎn)后作用到基材上；
10、所述收光透鏡收集等離子體激發(fā)產(chǎn)生的光；
11、所述光纖傳輸收光透鏡收集的光到光譜儀。
12、優(yōu)選的，所述libs加熱裝置配備預(yù)真空設(shè)備、回填氬氣設(shè)備、水冷設(shè)備、溫度測量設(shè)備。
13、優(yōu)選的，所述鉬制試件支架由載物臺、承重平衡板和彈性密封圈組成；在熱態(tài)下，鉬制試件支架能夠±180°旋轉(zhuǎn)，精度為0.01°，鉬制試件支架的旋轉(zhuǎn)操作完全由計(jì)算機(jī)通過指令控制步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
14、優(yōu)選的，所述載物臺包含卡槽和支撐結(jié)構(gòu)，使基材在隨鉬制試件支架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不發(fā)生滑移；
15、所述承重平衡板通過杠桿原理，利用多層承重平衡板調(diào)整鉬制試件支架的水平姿態(tài)，確保載物臺的水平承載基材；
16、在鉬制試件支架旋轉(zhuǎn)過程中，彈性密封圈使加熱室始終與外界隔絕，保證加熱室內(nèi)的高壓氬氣氛圍。
17、優(yōu)選的，利用ftir對基材輻射特性基礎(chǔ)參數(shù)的辨識，具體步驟如下：
18、s1、光源發(fā)出的光進(jìn)入干涉儀后，一半能量透過分束器照射到動(dòng)鏡上，再由動(dòng)鏡反射回分束器；另一半能量經(jīng)過靜鏡的多次反射再次回到分束器；
19、s2、經(jīng)過分束器調(diào)制，兩分束光之間產(chǎn)生干涉，通過傅里葉變換得到干涉圖譜，再經(jīng)傅里葉逆變換得到光譜分布圖；
20、s3、通過光電檢測器將檢測到的輻射能量轉(zhuǎn)換為響應(yīng)電壓信號并輸出。
21、優(yōu)選的，所述光電檢測器包括：ingaas二極管光電檢測器，探測范圍0.85-2.5μm，噪聲等效功率nep<2×10-14w·hz-1/2；
22、dlatgs熱釋檢測器，探測范圍0.8-28.6μm，比探測率d*>4×108cm·hz-1/2·w-1。
23、優(yōu)選的，通過檢測光源信號電壓響應(yīng)u0,λ和透射信號電壓響應(yīng)ut,λ，獲得樣片的法向-法向透射比，如下所示：
24、
25、其中，u0,λ為光源信號電壓響應(yīng)，ut,λ為透射信號電壓響應(yīng)。
26、優(yōu)選的，偏移距離δ與入射光束會聚角度之間的關(guān)系式，如下所示：
27、
28、優(yōu)選的，單層介質(zhì)的透射比，如下所示：
29、
30、透射率如下所示：
31、
32、界面反射率如下所示：
33、
34、其中，τt表示單層介質(zhì)的透射比，κ表示材料的吸收指數(shù)，λ表示波長。
35、因此，本專利技術(shù)采用上述基于libs的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，有益效果如下：
36、(1)本專利技術(shù)通過激光的精確控制，在基材表面產(chǎn)生極小的擊穿區(qū)域，通過聚焦后的脈沖激光燒蝕激發(fā)原件，瞬間升溫，促使基材中的原子或分子被激發(fā)，產(chǎn)生瞬態(tài)高溫等離子體，產(chǎn)生光譜信號，實(shí)現(xiàn)對基材局部的即時(shí)加熱，快速獲取元素信息，避免對整個(gè)基材進(jìn)行分析，節(jié)約時(shí)間和成本。
37、(2)同時(shí)，激光束直接照射到基材表面進(jìn)行分析，無需與基材直接接觸，避免了對基材的損壞和污染，也消除了水蒸氣和二氧化碳的光譜污染，libs技術(shù)使得在一些傳統(tǒng)測溫技術(shù)無法勝任的高溫環(huán)境中發(fā)揮重要作用。
38、(3)對于透射信號較強(qiáng)的材料，本專利技術(shù)利用ftir的內(nèi)部精密光路設(shè)計(jì)，可以測量并獲取樣本的透射光譜，通過對透射光譜的深入分析，能夠有效辨識出材料輻射特性的基礎(chǔ)參數(shù)，為材料性能研究、質(zhì)量控制及新材料的開發(fā)提供重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論支持。
39、下面通過附圖和實(shí)施例，對本專利技術(shù)的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.基于LIBS的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LIBS的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，其特征在于：在LIBS加熱裝置中，所述激光器產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所需能量高且功率密度大的激光脈沖；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LIBS的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，其特征在于：所述LIBS加熱裝置配備預(yù)真空設(shè)備、回填氬氣設(shè)備、水冷設(shè)備、溫度測量設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LIBS的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，其特征在于：所述鉬制試件支架由載物臺、承重平衡板和彈性密封圈組成；在熱態(tài)下，鉬制試件支架能夠±180°旋轉(zhuǎn)，精度為0.01°，鉬制試件支架的旋轉(zhuǎn)操作完全由計(jì)算機(jī)通過指令控制步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于LIBS的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，其特征在于：所述載物臺包含卡槽和支撐結(jié)構(gòu)，使基材在隨鉬制試件支架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不發(fā)生滑移；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LIBS的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，其特征在于，利用FTIR對基材輻射特性基礎(chǔ)參數(shù)的辨識，具體步驟如下：
7.根據(jù)權(quán)利要求6
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于LIBS的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，其特征在于，通過檢測光源信號電壓響應(yīng)U0,λ和透射信號電壓響應(yīng)Ut,λ，獲得樣片的法向-法向透射比，如下所示：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于LIBS的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，其特征在于，偏移距離δ與入射光束會聚角度之間的關(guān)系式，如下所示：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于LIBS的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，其特征在于，單層介質(zhì)的透射比，如下所示：
...【技術(shù)特征摘要】
1.基于libs的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于libs的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，其特征在于：在libs加熱裝置中，所述激光器產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所需能量高且功率密度大的激光脈沖；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于libs的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，其特征在于：所述libs加熱裝置配備預(yù)真空設(shè)備、回填氬氣設(shè)備、水冷設(shè)備、溫度測量設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于libs的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，其特征在于：所述鉬制試件支架由載物臺、承重平衡板和彈性密封圈組成；在熱態(tài)下，鉬制試件支架能夠±180°旋轉(zhuǎn)，精度為0.01°，鉬制試件支架的旋轉(zhuǎn)操作完全由計(jì)算機(jī)通過指令控制步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于libs的非接觸式瞬態(tài)高溫測量系統(tǒng)，其特征在于：所述載物臺包含卡槽和支撐結(jié)構(gòu)，使基材在隨鉬制試件支架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不發(fā)生滑移；
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：于海燕，郭寧，任鳳英，李明東，王偉，任霄漢，
申請(專利權(quán))人：山東大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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