CN107831072B - 一种用于激光动加载实验的微型靶加热装置及其使用方法 - Google Patents

一种用于激光动加载实验的微型靶加热装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于激光动加载实验的微型靶加热装置，该装置包括靶托、靶体、加热元件、测温元件和控温装置，加热元件、测温元件均与控温装置电联接，在靶托上设有三个夹持槽，中间位置的夹持槽中夹持有测温元件，两侧的夹持槽中夹持有加热元件，靶托背面敷设有靶体，所述靶体内切圆的直径大于观测通孔的直径，在靶体外侧有用于固定靶的定位压片。本发明加热装置是一种可以用于加热微型靶体的装置，该装置能在5分钟内将靶体从初始状态(300K)加热到预设的温度(最高1000K)，并且通过AI‑519型人工智能调节器在实验期间能稳定的控制温度，温度的控制精度达到2K，该装置能用于研究温度对激光冲击加载条件下的材料损伤与断裂特性。

Description

一种用于激光动加载实验的微型靶加热装置及其使用方法
技术领域
本发明属于材料动力学研究领域，具体涉及一种用于激光动加载实验的微型靶加热装置。
背景技术
神光-II高功率激光装置是国内最早建成的高功率激光装置，该装置上开展了很多激光冲击加载条件下材料损伤与断裂特性实验研究。但是，现有神光-II高功率激光装置的激光直接作用于样品，不具备样品加热功能，在实验中不能对样品初始温度进行精密调节，不能用于开展温度对激光冲击加载条件下的材料损伤与断裂特性的研究。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于激光动加载实验的微型靶加热装置，在实验期间能稳定的控制温度，温度的控制精度达到2K，可用于研究温度对激光冲击加载条件下的材料损伤与断裂特性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于激光动加载实验的微型靶加热装置，该装置包括靶托、靶体、加热元件、测温元件和控温装置，所述加热元件、测温元件均与控温装置电联接，在所述靶托上设有第一夹持槽、第二夹持槽和第三夹持槽，在所述第一夹持槽、第二夹持槽之间及第二夹持槽、第三夹持槽之间均设有切割槽，在所述第一夹持槽的两个侧板上均设有两组第一对穿螺孔、第二夹持槽的两个侧板上均设有两组第二对穿螺孔、第三夹持槽的两个侧板上均设有两组第三对穿螺孔，所述第一夹持槽、第三夹持槽中均夹持有加热元件，第二夹持槽中夹持有测温元件，在所述第二夹持槽两个侧板的上表面设有信号观测通孔，所述观测通孔延伸的方向与第二夹持槽槽体方向垂直，观测通孔延伸并贯穿至靶托背面，靶托背面敷设有靶体，所述靶体内切圆的直径大于观测通孔的直径，在所述靶体外侧固定有定位压片，在所述第一夹持槽和/或第三夹持槽的外侧壁上设有靶托连接孔。
所述加热元件为钨镍合金加热棒，所述加热棒的功率为150-155w，工作电压为220v，加热棒的直径为6mm、长度为60-70mm。
所述测温元件为测温头，测温头的直径为3mm、长度为60-70mm。
所述测温头采用针形铠装热电偶，该测温头的测温范围为0-1100度，测温精度是±2K，响应时间为0.5s。
靶托的作用是支撑靶体和传导热，所述靶托为紫铜靶托或无氧铜靶托，导热系数比较高。
所述第一夹持槽、第三夹持槽的槽体均为优弧下凹形成的弧形夹持部，所述优弧所在圆的直径d为6.01mm，槽体延伸的长度为50mm。
所述第二夹持槽的槽体为优弧下凹形成的弧形夹持部，该优弧所在圆的直径d0为3.01mm，槽体延伸的长度为50mm，所述第二夹持槽的最低点距离靶托底面之间的距离d1为0.5-1mm，可以保证测量到的温度和靶体的真实温度偏差在2K以内。
所述观测通孔的直径d2为6-7mm，靶体内切圆的直径d3为9-12mm，靶体的厚度为100μm，所述靶体为金属材料靶体。
一种用于激光动加载实验的微型靶加热装置的使用方法，该使用方法包括以下步骤：
第一步，通过定位压片和固定螺栓将靶体固定在靶托的背面，所述靶体将测通孔完全覆盖，
第二步，在所述第一夹持槽、第三夹持槽的弧形夹持部中分别放入加热元件，分别通过第一夹持槽两个侧板上的第一对穿螺孔、第三夹持槽两个侧板上的第三对穿螺孔采用螺栓将相对应夹持槽中的加热元件固定，
第三步，在所述第二夹持槽的弧形夹持部中分别放入测温元件，通过第二夹持槽两个侧板上的第二对穿螺孔采用螺栓将相对应夹持槽中的测温元件固定，
第四步，通过靶托连接孔将固定有靶体、加热元件及测温元件的靶托固定在连接杆上，所述连接杆固定在基座上，将加热元件、测温元件均与控温装置电联接，
第五步，所述测温元件将测量到的靶体温度反馈给控温装置，控温装置根据预先设置的目标温度和实际温度的差别自动调节加热元件的平均输出功率，实现对靶体温度的精确控制。
所述控温装置为AI-519型人工智能调节器，控温精度为0.5K。
本发明根据神光-II高功率激光靶室光路排布特点和物理实验需求，研制出了一种可用于激光动加载实验的微型靶加热装置，用于改变材料的初始温度，用于研究温度对激光冲击加载条件下的材料损伤与断裂特性。本发明采用两个加热元件，能在较短的时间内将靶体加热到预定的初始温度。
本发明中测温头用的是针型铠装热电偶，型号是WRNK-191K，外径：3mm，测温范围：0-1100度，测温精度是±2K，响应时间：0.5s。它将测量到的靶体温度反馈给控温系统，控温系统根据预先设置的目标温度和实际温度的差别自动调节加热头的平均输出功率，实现对靶体温度的精确控制。
控温系统用的是AI-519型人工智能调节器，它的作用是根据测温头反馈的靶体实际温度对加热头的输出功率进行自动调节，实现对靶体温度的精确控制。控温系统的控温精度为0.5K。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明是一套适用于现有神光-II高功率激光装置，用于改变材料的初始温度，进而用于研究温度对激光冲击加载条件下的材料损伤与断裂特性。该装置是可以用于加热靶体的装置，并且能在5分钟内将靶体从初始状态(300K)加热到预设的温度(最高1000K)，并且通过AI-519型人工智能调节器在实验期间能稳定的控制温度，温度的控制精度达到2K，更好的用于研究温度对激光冲击加载条件下的材料损伤与断裂特性。
附图说明
图1为本发明加热装置的整体结构示意图。
图2为本发明中靶托的结构示意图。
图3为图1的主视图。
图4为图1的背面视图。
图5为本发明的使用状态图。
图6为本发明使用状态的后侧方视图。
具体实施方式
如图1-4所示，本实施例用于激光动加载实验的微型靶加热装置，该装置包括靶托1、靶体2、加热元件3、测温元件4和控温装置5，所述加热元件3、测温元件4均与控温装置5电联接，在所述靶托1上设有第一夹持槽11、第二夹持槽12和第三夹持槽13，在所述第一夹持槽11、第二夹持槽12之间及第二夹持槽12、第三夹持槽13之间均设有切割槽6，在所述第一夹持槽11的两个侧板上均设有两组第一对穿螺孔14、第二夹持槽12的两个侧板上均设有两组第二对穿螺孔15、第三夹持槽13的两个侧板上均设有两组第三对穿螺孔16，所述第一夹持槽11、第三夹持槽13中均夹持有加热元件，第二夹持槽12中夹持有测温元件，在所述第二夹持槽12两个侧板的上表面设有信号观测通孔7，所述观测通孔延伸的方向与第二夹持槽12槽体方向垂直，观测通孔7延伸并贯穿至靶托背面，靶托背面敷设有靶体2，所述靶体2内切圆的直径大于观测通孔7的直径，在所述靶体2外侧固定有定位压片8，在所述第一夹持槽11和/或第三夹持槽13的外侧壁上设有靶托连接孔9。
作为优选，本实施例加热元件为钨镍合金加热棒，所述加热棒的功率为150-155w，工作电压为220v，加热棒的直径为6mm、长度为60-70mm；测温元件为测温头，测温头的直径为3mm、长度为60-70mm；所述观测通孔的直径d2为6-7mm，靶体内切圆的直径d3为9-12mm，靶体的厚度为100μm，所述靶体为金属材料靶体，例如铁、铜、铝等金属。
作为进一步优选，本实施例测温头采用针形铠装热电偶，该测温头的测温范围为0-1100度，测温精度是±2K，响应时间为0.5s；靶托为紫铜靶托或无氧铜靶托。
作为进一步优选，本实施例第一夹持槽11、第三夹持槽13的槽体均为优弧下凹形成的弧形夹持部，所述优弧所在圆的直径d为6.01mm，槽体延伸的长度为50mm；第二夹持槽12的槽体为优弧下凹形成的弧形夹持部，该优弧所在圆的直径d0为3.01mm，槽体延伸的长度为50mm，所述第二夹持槽12的最低点距离靶托底面之间的距离d1为0.5-1mm。
如图5和图6所示，本实施例用于激光动加载实验的微型靶加热装置的使用方法，该使用方法包括以下步骤：
第一步，通过定位压片8和固定螺栓10将靶体2固定在靶托的背面，所述靶体2将测通孔7完全覆盖，
第二步，在所述第一夹持槽11、第三夹持槽13的弧形夹持部中分别放入加热元件，分别通过第一夹持槽11两个侧板上的第一对穿螺孔14、第三夹持槽13两个侧板上的第三对穿螺孔16采用螺栓将相对应夹持槽中的加热元件固定，
第三步，在所述第二夹持槽12的弧形夹持部中分别放入测温元件，通过第二夹持槽12两个侧板上的第二对穿螺孔15采用螺栓将相对应夹持槽中的测温元件固定，
第四步，通过靶托连接孔9将固定有靶体、加热元件及测温元件的靶托固定在连接杆17上，所述连接杆17固定在基座18上，将加热元件、测温元件均与控温装置5电联接，
第五步，所述测温元件将测量到的靶体温度反馈给控温装置，控温装置根据预先设置的目标温度和实际温度的差别自动调节加热元件的平均输出功率，实现对靶体温度的精确控制。
本实施例中控温装置5为AI-519型人工智能调节器，控温精度为0.5K。
尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。

Claims (10)

1.一种用于激光动加载实验的微型靶加热装置，其特征在于，该装置包括靶托（1）、靶体（2）、加热元件（3）、测温元件（4）和控温装置（5），所述加热元件（3）、测温元件（4）均与控温装置（5）电联接，在所述靶托（1）上设有第一夹持槽（11）、第二夹持槽（12）和第三夹持槽（13），在所述第一夹持槽（11）、第二夹持槽（12）之间及第二夹持槽（12）、第三夹持槽（13）之间均设有切割槽（6），在所述第一夹持槽（11）的两个侧板上均设有两组第一对穿螺孔（14）、第二夹持槽（12）的两个侧板上均设有两组第二对穿螺孔（15）、第三夹持槽（13）的两个侧板上均设有两组第三对穿螺孔（16），所述第一夹持槽（11）、第三夹持槽（13）中均夹持有加热元件，第二夹持槽（12）中夹持有测温元件，在所述第二夹持槽（12）两个侧板的上表面设有信号观测通孔（7），所述观测通孔延伸的方向与第二夹持槽（12）槽体方向垂直，观测通孔（7）延伸并贯穿至靶托背面，靶托背面敷设有靶体（2），所述靶体（2）内切圆的直径大于观测通孔（7）的直径，在所述靶体（2）外侧固定有定位压片（8），在所述第一夹持槽（11）和/或第三夹持槽（13）的外侧壁上设有靶托连接孔（9）。
2.根据权利要求1所述的用于激光动加载实验的微型靶加热装置，其特征在于，所述加热元件为钨镍合金加热棒，所述加热棒的功率为150-155w，工作电压为220v，加热棒的直径为6mm、长度为60-70mm。
3.根据权利要求1所述的用于激光动加载实验的微型靶加热装置，其特征在于，所述测温元件为测温头，测温头的直径为3mm、长度为60-70mm。
4.根据权利要求3所述的用于激光动加载实验的微型靶加热装置，其特征在于，所述测温头采用针形铠装热电偶，该测温头的测温范围为0-1100度，测温精度是±2K，响应时间为0.5s。
5.根据权利要求1所述的用于激光动加载实验的微型靶加热装置，其特征在于，所述靶托为紫铜靶托或无氧铜靶托。
6.根据权利要求1所述的用于激光动加载实验的微型靶加热装置，其特征在于，所述第一夹持槽（11）、第三夹持槽（13）的槽体均为优弧下凹形成的弧形夹持部，所述优弧所在圆的直径d为6.01mm，槽体延伸的长度为50mm。
7.根据权利要求1所述的用于激光动加载实验的微型靶加热装置，其特征在于，所述第二夹持槽（12）的槽体为优弧下凹形成的弧形夹持部，该优弧所在圆的直径d0为3.01mm，槽体延伸的长度为50mm，所述第二夹持槽（12）的最低点距离靶托底面之间的距离d1为0.5-1mm。
8.根据权利要求1-7任一所述的用于激光动加载实验的微型靶加热装置，其特征在于，所述观测通孔的直径d2为6-7mm，靶体内切圆的直径d3为9-12mm，靶体的厚度为100μm，所述靶体为金属材料靶体。
9.一种权利要求8所述的用于激光动加载实验的微型靶加热装置的使用方法，其特征在于，该使用方法包括以下步骤：
第一步，通过定位压片（8）和固定螺栓（10）将靶体（2）固定在靶托的背面，所述靶体（2）将观测通孔（7）完全覆盖，
第二步，在所述第一夹持槽（11）、第三夹持槽（13）的弧形夹持部中分别放入加热元件，分别通过第一夹持槽（11）两个侧板上的第一对穿螺孔（14）、第三夹持槽（13）两个侧板上的第三对穿螺孔（16）采用螺栓将相对应夹持槽中的加热元件固定，
第三步，在所述第二夹持槽（12）的弧形夹持部中放入测温元件，通过第二夹持槽（12）两个侧板上的第二对穿螺孔（15）采用螺栓将第二夹持槽（12）中的测温元件固定，
第四步，通过靶托连接孔（9）将固定有靶体、加热元件及测温元件的靶托固定在连接杆（17）上，所述连接杆（17）固定在基座（18）上，将加热元件、测温元件均与控温装置（5）电联接，
第五步，所述测温元件将测量到的靶体温度反馈给控温装置，控温装置根据预先设置的目标温度和实际温度的差别自动调节加热元件的平均输出功率，实现对靶体温度的精确控制。
10.根据权利要求9所述的用于激光动加载实验的微型靶加热装置的使用方法，其特征在于，所述控温装置（5）为AI-519型人工智能调节器，控温精度为0.5K。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110031327A (zh) * 2019-04-19 2019-07-19 西北核技术研究所 复合材料高温力学性能-升温率相关性参数测试系统及方法
CN114986106B (zh) * 2022-07-06 2023-09-08 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种钽溅射靶材端面密封槽的加工方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102128755A (zh) * 2010-12-24 2011-07-20 江苏大学 一种激光冲击双向加载的环向拉伸试验装置和方法
KR20120000422A (ko) * 2010-06-25 2012-01-02 서울대학교산학협력단 펄스 레이저 증착을 이용한 나노 구조체의 형성 방법 및 나노 구조체를 포함하는 전극
CN105865651A (zh) * 2016-06-20 2016-08-17 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种基于反射率的动高压加载下材料温度测量系统及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120000422A (ko) * 2010-06-25 2012-01-02 서울대학교산학협력단 펄스 레이저 증착을 이용한 나노 구조체의 형성 방법 및 나노 구조체를 포함하는 전극
CN102128755A (zh) * 2010-12-24 2011-07-20 江苏大学 一种激光冲击双向加载的环向拉伸试验装置和方法
CN105865651A (zh) * 2016-06-20 2016-08-17 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种基于反射率的动高压加载下材料温度测量系统及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
强激光加载铝材料动态损伤特性及其微介观结构观测;张帆，等;《强激光与粒子束》;20150731;第27卷(第7期);071006-1-6 *

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