Способ измерения коэффициента температуропроводности зеркально отражающих материалов

 

Изобретение относится к экспериментальной технике измерения теплофизических свойств веществ и материалов. Цель изобретения - повышение точности измерения коэффициента температуропроводности Исследуемый материал помещают под источник теплового (лазерного) излучения модулированной частоты, что вызывает появление в материале температурной волны, запаздывание которой по фазе регистрируется тепловым приемником. Одновременно оптическая система разделяет луч в ирого лазера на сигнальный и опорный, которые попадают на материал в разных точках. Отраженные сигнальный и опорный лучи интерферируют , что дает возможность снять погрешность, создаваемую нестабильностью второго (считывающего) лазера, и определить запаздывание температурной волны по фазе. В результате обработки информации высчитывается коэффициент температуропроводности . 1 ил оо С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PЕСПУ6ЛИК (я)5 6 01 N 25/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4494888/25 (22) 17.10.88 (46) 15.02.91. Бюл. hh 6 (71. Свердловский горный институт им.В.В.Вахрушева (72) В.Е.Зиновьев,И,Г.Коршунов, В В.Докучаев и lO.АьШихов (53) 536.2(088.8) (56) Филиппов Л.П. Измерение тепловых (свойств твердых и жидких металлов при высоких температурах, M. МГУ, 19о 7, 300-325.

Skumanlch А. et all. Acontactlegs method for

Investlgetlny the thermal propert(s af thin

films, - Агф. Phys, 1987, А. 43, М 4, 297 — 300. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМПЕРАТУРОПРОЫОДНОСТИ

ЗЕРКАЛЬНО ОТРАЖАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к экспериментальной технике измерения теплофизичеИзобретение относится к экспериментальной технике измерения теплофизических свойств веществ и материалов с использованием лазерного съема информации.

Предложенный способ измерения тем(((рагуропроводности применим для любых и» г риалов, способных зеркально отражать лазерное излучение. Поверхность образца должна быть обработана как для металлографических шлифов. Данный способ может бьть ((спользован для измерения температуропроводности в широкой области температур, включая и низкие, и высокие те (((ературы, в тех областях, где зеркальное

„„5U„„1627949 А1 ских свойств веществ и материалов, Цель изобретения — повышечие точности измерения коэффициента температуропроводности. Исследуемый материал помещают под источник теплового (лазерного) излучения модулнрсванной частоты, что вызывает появление в материале температурной волны, заг аздывание которой по фазе регистрируется тепловым приемником. Одновременно оптическая система разделяет луч в-oporo лазера на сигнальный и опорный, которые попадают на материал в разных точках. Отраженные сигнальный и опорный лучи интерферируют, что дает возможность снять погрешность, создаваемую нестабильностью второго (считывающего) лазера, и определить запаздывание температурной волны по фазе. В результате обработки информации высчитывается коэффициент температуропроводности. 1 ил.

1 юевий

О

1 ) отражение преобладает над диффузионныл. Ч и в принципе пригодно для жидких мета . лов.

Цель изобретения — лоеышение точно Q сти измерений температуропроводнссти.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения температуроп роводности, заключающемуся в нагреве мг териала потоком модулированнопл лазерного излучения, о запаздывании п фазе температурной волны судят по интер ференционной картине отраженных опор ного и сигнального лучей и по полученном информации определяют коэффициент пл формуле

1627949

„г (hp)

55 где а — температуропроводность образца; в — частота модуляции;

h р — сдвиг фаз колебаний температуры;

1 — расстояние от точки падения модулированного лазерного луча до точки падения сигнального луча, Предлагаемый способ позволяет более точно измерять температуропроводность веществ. Это достигается тем, что нагрев материала модулированным лазерным лучом производится в точке поверхности, а информация о фазовом сдвиге температурных волн поступает, как результат интерференции двух зондирующих лазерных лучей: сигнального и опорного, направленных на материал под углом к его поверхности, причем сигнальный луч направляют на нагретый участок, а опорныи — на холодный, При этом нестабильность излучения с итывающего лазера не влияет на результаты измерения. Все перечисленное дает возможность свести величину погрешности в определении температуропроводности к величине погрешности в определении модулирующей частоты в и запаздывания по фазе Лр, На чертеже показана схема устройства, с помощью которого реализуют способ.

Устройство состоит из источника 1 теплового излучения, модулятора 2, опорного генератора 3, Не-Ne лазера 4, дифракционной решетки 5, линзы 6, оптического клина

7, линзы 8, фотоэлектрического приемника

9, амплитудно-фазового измерителя 10, Э В М 11, частотомера 12.

С помощью устройства способ осуществляют следующим образом.

Лазерный луч иэ источника 1, модулированный по гармоническому закону модулятором 2 и опорным генератором 3, попадает в точку 0 исследуемого материала. Луч HeNe лазера 4 проходит через дифракционную решетку 5, через оптическую линзу 6 и разделенный на два когерентных луча попадает на исследуемый материал. Луч, который попадает в точку Х назыается сигнальным, когерентный ему луч, который попадает в точку Xz, называется опорным, Опорный луч отражается от поверхности исследуемого материала (точка Xz), проходит через оптический клин 7, через линзу 8 и попадает на фотоэлектрический приемник 9. Сигнальный луч отражается от исследуемого материала (точка Х ), проходит через линзу 8 и

35 попадает на фотоэлектрический приемник, где и интерферирует с лучом, отраженным из точки Xz, В результате фототермического эффекта сигнальный луч модулируется с частотой в и имеет фазу колебания, соответствующую фазе колебания температурной волны в точке Xi. А луч опорный отражается от точки Xz, которая расположена на таком расстоянии от точки О, что модуляция температурной волны на поверхности материала (вследствие затухания температурной волны) отсутствует. Таким образом, отраженный от точки Xz опорный луч не модулирован тепловой волной, но на пути к линзе 8 с помощью оптического клина

7 он настраивается противофазно отраженному от точки Х> сигнальному лучу. Построенный таким образом ход сигнального и опорного лучей исключает влияние нестабильности считывающего Не-Ne лазера на результаты измерений температуропроводности исследуемого материала. После интерференции сигнального и опорного лучей в приемнике 9 из него поступает информация о фазе колебаний температуры в точке Хъ С помощью амплитудно-фазового детектора

10 произродится измерение фазового сдвига колебаний температуры в точке 0 и в точке

Х . Эта информация поступает в ЭВМ 11, где по формуле (1) производится определение температуропроводности исследуемого материала. Частота модуляции постоянно контролируется частотомером 12.

Формула изобретения

Способ измерения коэффициента температуропроводности зеркально отражающих материалов, включающий нагрев материала лучом лазера модулированной частоты, воздействие на материал опорным и сигнальным лучами для съема информации, регистрацию запаздывания по фазе температурной волны, по которой определяют коэффициент температуропроводности, отличающийся тем, что, с целью повышение точности измерений, нагрев магериала лезарным лучом производят в точке поверхности, лучи для съема информации направляют на материал под углом к его поверхности в плоскости греющего луча лазера, причем сигнальный луч направляют на нагретый участок, а опорный — на холодный, отраженные от материала сигнальный и опорный лучи собирают в одну точку, получая при этом интерференционную картину, по которой регистрируют запаздывание по фазе температурной волны, 1627949

Составитель Н. Грищенко

Редактор М, Келемеш Техред М.Моргентал Корректор M. Максимишина

Заказ 336 Тираж 386 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101