Способ измерения коэффициента температуропроводности плоского прозрачного образца и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области квантовой электроники и теплофизики и позволяет проводить бесконтактное и дистанционное измерение температуропроводности. Цель изобретения - расширение класса материалов образца и повышение точности ti3- мерений. С этой целью исследуемый образец облучают пучком лазерного импульса субмикросекундной длительности, имеющего осесимметричное распределение плотности энергии, формируют в образце термическую линзу, освещают образец двумя параллельными лазерными пучками и регистрируют два момента времени, в которые углы отклонения прошедших через образец измерительных пучков максимальны Затем по соответствующей формуле вычисляют коэффициенты температуропроводности . 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 25/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4467986/25 (22) 01.08.88 (46) 30.06.91, Бюл. М24 (71) Институт тепло- и массообмена им.

А.В.Лыкова (72) Г.И.Рудин, 3.Т.Брук-Левинсон (SU) и

3.Плохоцки (Р() (53) 536.2.023 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 568303, кл. 6 01 N 25/18, 1978, Патент CLUA й» 4243327, кл, G 01 N 25/18, 1981. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕ НТА ТЕМП ЕРАТУРОП РО ВОДНОСТИ

ПЛОСКОГО ПРОЗРАЧНОГО ОБРАЗЦА И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области кванИзобретение относится к квантовой электронике и теплофиэике и может быть использовано для бесконтактного и дистанционного измерения коэффициенто" температуропроводности, Целью изобретения является расширение класса материалов образца и повышение точности измерений. На чертеже представлена схема устройства.

Устройство состоит из лазера 1, генерирующего импульс излучения субмикросекундной длительности, лазера 2 малой мощности, работающего в квазинепрерывном режиме, апертурной диафрагмы 3, плоскопаралАельной пластины 4, выполненной из оптически прозрачного материала, одна из поверхностей которой является отража„„Ы „„1659813 Al товой электроники и теплофизики и позволяет проводить бесконтактное и дистанционное измерение температуропроводности.

Цель изобретения — расширение класса материалов образца и повышение точности измерений. С этой целью исследуемый образец облучают пучком лазерного импульса субмикросекундной длительности, имеющего осесимметричное распределение плотности энергии, формируют в образце термическую линзу, освещают образец двумя параллельными лазерными пучками и регистрируют два момента времени, в которые углы отклонения прошедших через образец измерительных пучков максимальны.

Затем по соответствующей формуле вычисляют коэффициенты температуропроводности. 2 с,п.ф-лы, 1 ил. ющей, фотоприемной и регистрирующей аппаратуры 5.

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 1 направляют по нормали к поверхности плоского прозрачного образца 6, который представляет собой плоскопараллельную пластину либо слой жидкости в кювете с прозрачными для лазерного излучения стенками. Вещество образца поглощает часть энергии излучения лазера 1 и нагревается, ондирующий пучок лазера 2, пройдя апертурную диафрагму, попадает на пластину 4. В результате отражения от ее передней и тыльной (отражающей) поверхностей зондирующий пучок разделяется на два параллельных измерительных пучка, оси которы Р параллельны

1б".9Е1З х—

8Pz t> )

ЗО

50 оси пучка светового импульса лазера 1, Оба измерител ьн ых пучка, и рошедш их через исследуемое вещество, попадают на фотоприемную и регисгрирующую аппаратуру, запуск которой синхронизирован с моментов включения лазера 1. В результате нагрева слоя исследуемого вещества световым импульсом и формирования в нем термической линзы происходит отклонение обоих измерительных пучков, Вначале углы отклонения измерительных пучков возрастают. В моменты времени t< и tz,, углы отклонения соответственно Il8p80M и BTop0f0 измерительного пучков достигают максимальных значений и в дальнейшем начинают убывать. Подставляя в выражение, приведенное в формуле изобретения, значения 1 и t2, находят коэффициенты температуропроводности х.

Вывод выражения для определения коэффициента температуропроводности основан на решении задач о пространственно-временной эволюции температурного поля, образующегося в бесконечно тонком образце импульсного воздействия лазерного импульса, в предположении радиальной ,симметрии и пренебрежении теплообмена с окружающей средой, Изменение температурного поля связывалось с изменением показателя преломления материала образца, что регистрируется изменением в прохождении через образец двух зондирующих лазерных пучков.

Формула изобретения

1. Способ измерения коэффициента температуропроводности плоского прозрачного образца, заключающийся в том, что образец нормально к его поверхности облучают мощным пучком света субмикросекундной длительности, имеющим осесимметричное распределение плотности энергии, формируют в образце нестационарную термическую линзу. освещают образец слабым кваэинепрерывным лазерным пучком, нормальным к поверхности образца, регистрируют динамику измерения интенсивности лазерного излучения, прошедшего через образец, и по показаниям фотодатчиков вычисляют значение коэффициента температуропроводности плоского образца, отличающийся тем, что, с целью расширения класса материалов образца и повышения точности измерений, квазинепрерывный лазерный пучок до его прохождения через образец разделяют на два пучка, параллельных оси мощного пучка света субмикросекундной длительности и смещенных от оси последнего на расстояние г1 и l2 coOT88TGT8eHHo, регистрируют моменты времени t1 и t2, соответствующие максимальным отклонениям кваэинепрерывных лазерных пучков при облучении образца мощным пучком субмикросекундной длительности, и коэффициент температуропроводности вычисляют по формуле

2. Устройство для измерения коэффициента температуропроводности плоского прозрачного образца, содержащее источник мощного субмикросекундного излучения, ocb которого нормальна к поверхности плоского образца, квазинепрерывный лазерный источник малой мощности, апертурную диафрагму, установленную перед лазерным источником, и первый фотоприемник, установленный эа плоским образцом и оптически связанный с квазинепрерывным лазерным источником, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения класса материалов образца и повышения точности измерений, в него дополнительно введены полупрозрачная для излучения квазинепрерывного лазерного источника плоскопараллельная пластинка. одна из граней которой имеет отражающее покрытие, и второй фотоприемник, установленный за плоским прозрачным образцом и также оптически связанный с квазинепрерывным лазерным источником, причем плоскопараллельная пластинка установлена между апертурной диафрагмой и плоским образцом по ходу излучения квазинепрерывного лазерного источника так, что угол падения этого излучения на грань плоскопараллельной пластинки, свободную от отражающего покрытия и ближайшую к квазинепрерывному лазерному источнику, равен половине угла между осью мощного субмикросекундного излучения и оптической осью квазинепрсрывного лазерного источника, 1659813

Составитель А.Постельников

Редактор М.Циткина . Техред М.Моргентал Корректор О,Ципле

Заказ 1837 Тираж 398 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