CN112630119A - 一种多孔陶瓷材料等效折射率测量装置及孔隙率计算方法 - Google Patents

一种多孔陶瓷材料等效折射率测量装置及孔隙率计算方法 Download PDF

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吴永红
刘林
谢阳
刘浩
葛萌
王宗军
刘晓旭
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Abstract

本发明公开了一种多孔陶瓷材料等效折射率测量装置及孔隙率计算方法，该装置包括：太赫兹波源、太赫兹透镜、太赫兹探测器和信号采集及处理系统；太赫兹波源用于输出探测用的太赫兹波束；太赫兹透镜用于聚焦太赫兹波束；太赫兹探测器用于探测太赫兹波在不同频率的强度信息；信号采集及处理系统根据所述强度信息计算穿过多孔陶瓷材料后的太赫兹波的频率信息，进而计算得到多孔陶瓷材料的等效折射率；所述方法根据公式：
Figure DDA0002801833270000011
即可测量得到待测量的多孔陶瓷材料孔隙率；本发明能够实现对防隔热的多孔陶瓷材料内部孔隙率的非接触式测量，达到非接触、无损快速测量的效果，便于对多孔陶瓷材料进行定量化评价。

Description

一种多孔陶瓷材料等效折射率测量装置及孔隙率计算方法
技术领域
本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种多孔陶瓷材料等效折射率测量装置及孔隙率计算方法。
背景技术
多孔陶瓷材料是一种内部具有孔状结构的陶瓷材料，由于其多孔结构特征，使其具有导热系数低、防隔热性质好的特点，被广泛应用于飞行器防隔热结构中。多孔陶瓷材料的孔隙率是多孔陶瓷材料理化特征参数之一，其大小直接影响到多孔陶瓷材料的防隔热特性。
一般采用排水法测量多孔陶瓷材料的孔隙率，常规方法属于接触式测量，测量用水易造成对被测材料的损坏；其次，排水法适用于开孔多孔陶瓷材料，而针对闭孔多孔陶瓷材料，排水法不适用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种多孔陶瓷材料等效折射率测量装置及孔隙率计算方法，能够实现对防隔热的多孔陶瓷材料内部孔隙率的非接触式测量，达到非接触、无损快速测量的效果，便于对多孔陶瓷材料进行定量化评价。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种多孔陶瓷材料等效折射率的测量装置，包括：太赫兹波源、第一太赫兹透镜、第二太赫兹透镜、太赫兹探测器和信号采集及处理系统；
所述太赫兹波源、第一太赫兹透镜、多孔陶瓷材料、第二太赫兹透镜及太赫兹探测器按顺序间隔设定距离布置；所述太赫兹探测器与所述信号采集及处理系统电气连接；
其中，所述太赫兹波源用于输出探测用的太赫兹波束；所述第一太赫兹透镜和第二太赫兹透镜用于聚焦太赫兹波束；所述太赫兹探测器用于探测经过第二太赫兹透镜后的太赫兹波在不同频率的强度信息，并将所述强度信息发送给信号采集及处理系统；所述信号采集及处理系统用于采集所述太赫兹波在不同频率的强度信息，并根据所述强度信息计算穿过多孔陶瓷材料后的太赫兹波的频率信息，进而计算得到多孔陶瓷材料的等效折射率。
进一步的，所述太赫兹波源、第一太赫兹透镜、多孔陶瓷材料、第二太赫兹透镜及太赫兹探测器的中心位于同一条直线上。
进一步的，所述太赫兹波源发射太赫兹波束的频率为0.1THz-1THz。
基于上述装置的一种多孔陶瓷材料孔隙率的计算方法，具体步骤如下：
第一步，通过所述多孔陶瓷材料等效折射率的测量装置，分别对参考标准的多孔陶瓷材料及待测量的多孔陶瓷材料的等效折射率进行测量，得到参考标准的多孔陶瓷材料等效折射率N参考及待测量的多孔陶瓷材料等效折射率N测量；
第二步，对参考标准的多孔陶瓷材料等效折射率N参考及待测量的多孔陶瓷材料等效折射率N测量进行比较，得到参考标准的多孔陶瓷材料等效折射率N参考与待测量的多孔陶瓷材料等效折射率N测量在不同太赫兹频率下的比值
Figure BDA0002801833250000021
第三步，根据第二步得到的比值及已知的参考标准的多孔陶瓷材料孔隙率，计算得到待测量的多孔陶瓷材料孔隙率：
Figure BDA0002801833250000022
进一步的，所述多孔陶瓷材料等效折射率的测量装置的太赫兹波源发射太赫兹波束的频率为0.1THz-1THz。
有益效果：本发明通过太赫兹波探测多孔陶瓷材料，获取多孔陶瓷材料的等效折射率，并利用等效折射率与孔隙率的线性关系，得到多孔陶瓷材料孔隙率；采用太赫兹波的测量方法属于非接触式测量，具有非破坏性和非接触的优点；同时，利用太赫兹波测量，对多孔陶瓷材料的内部孔型没有要求，既可以测量开孔结构，也可以测量闭孔结构，满足对多种陶瓷材料内部孔隙率的测量需求。
附图说明
图1为多孔陶瓷材料等效折射率的测量装置的结构组成图；
图2为多孔陶瓷材料孔隙率的计算方法的流程图；
其中，1-太赫兹波源，2-第一太赫兹透镜，3-多孔陶瓷材料，4-第二太赫兹透镜，5-太赫兹探测器，6-信号采集及处理系统。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：
本实施例提供了一种多孔陶瓷材料等效折射率的测量装置，参见附图1，包括：太赫兹波源1、第一太赫兹透镜2、第二太赫兹透镜4、太赫兹探测器5和信号采集及处理系统6；
所述太赫兹波源1、第一太赫兹透镜2、多孔陶瓷材料3、第二太赫兹透镜4及太赫兹探测器5按顺序间隔设定距离并列布置；且太赫兹波源1、第一太赫兹透镜2、多孔陶瓷材料3、第二太赫兹透镜4及太赫兹探测器5的中心位于同一条直线上；所述太赫兹探测器5与所述信号采集及处理系统6电气连接；
其中，所述太赫兹波源1用于输出探测用的太赫兹波束；所述第一太赫兹透镜2和第二太赫兹透镜4用于聚焦太赫兹波束；所述太赫兹探测器5用于探测经过第二太赫兹透镜4后的太赫兹波在不同频率的强度信息，并将所述强度信息发送给信号采集及处理系统6；所述信号采集及处理系统6用于采集所述太赫兹波在不同频率的强度信息，并根据所述强度信息计算穿过多孔陶瓷材料3后的太赫兹波的频率信息，进而计算得到多孔陶瓷材料3的等效折射率；
工作原理：所述太赫兹波源1发射频率在0.1THz-1THz范围的太赫兹波束；所述太赫兹波束经所述第一太赫兹透镜2聚焦到被多孔陶瓷材料3上，所述太赫兹波束穿过所述多孔陶瓷材料3后，被第二太赫兹透镜4聚焦，聚焦后的太赫兹波被太赫兹探测器5探测，所述太赫兹探测器5将探测到的太赫兹波在不同频率的强度信息发送给信号采集及处理系统6；所述信号采集及处理系统6根据所述强度信息计算穿过多孔陶瓷材料3后的太赫兹波的频率信息，进而计算得到多孔陶瓷材料3的等效折射率。
实施例2：
本实施例提供了一种多孔陶瓷材料孔隙率的计算方法，基于上述实施例1的装置，参见附图2，该方法的具体步骤如下：
第一步，通过实施例1的装置，分别对参考标准的多孔陶瓷材料及待测量的多孔陶瓷材料的等效折射率进行测量，得到参考标准的多孔陶瓷材料等效折射率N参考及待测量的多孔陶瓷材料等效折射率N测量；
第二步，对参考标准的多孔陶瓷材料等效折射率N参考及待测量的多孔陶瓷材料等效折射率N测量进行比较，得到参考标准的多孔陶瓷材料等效折射率N参考与待测量的多孔陶瓷材料等效折射率N测量在不同太赫兹频率下的比值
Figure BDA0002801833250000031
第三步，根据第二步得到的比值及已知的参考标准的多孔陶瓷材料孔隙率，计算得到待测量的多孔陶瓷材料孔隙率：
Figure BDA0002801833250000032
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多孔陶瓷材料等效折射率的测量装置，其特征在于，包括：太赫兹波源(1)、第一太赫兹透镜(2)、第二太赫兹透镜(4)、太赫兹探测器(5)和信号采集及处理系统(6)；
所述太赫兹波源(1)、第一太赫兹透镜(2)、多孔陶瓷材料(3)、第二太赫兹透镜(4)及太赫兹探测器(5)按顺序间隔设定距离布置；所述太赫兹探测器(5)与所述信号采集及处理系统(6)电气连接；
其中，所述太赫兹波源(1)用于输出探测用的太赫兹波束；所述第一太赫兹透镜(2)和第二太赫兹透镜(4)用于聚焦太赫兹波束；所述太赫兹探测器(5)用于探测经过第二太赫兹透镜(4)后的太赫兹波在不同频率的强度信息，并将所述强度信息发送给信号采集及处理系统(6)；所述信号采集及处理系统(6)用于采集所述太赫兹波在不同频率的强度信息，并根据所述强度信息计算穿过多孔陶瓷材料(3)后的太赫兹波的频率信息，进而计算得到多孔陶瓷材料(3)的等效折射率。
2.如权利要求1所述的一种多孔陶瓷材料等效折射率的测量装置，其特征在于，所述太赫兹波源(1)、第一太赫兹透镜(2)、多孔陶瓷材料(3)、第二太赫兹透镜(4)及太赫兹探测器(5)的中心位于同一条直线上。
3.如权利要求1所述的一种多孔陶瓷材料等效折射率的测量装置，其特征在于，所述太赫兹波源(1)发射太赫兹波束的频率为0.1THz-1THz。
4.基于权利要求1的一种多孔陶瓷材料孔隙率的计算方法，其特征在于，具体步骤如下：
第一步，通过所述多孔陶瓷材料等效折射率的测量装置，分别对参考标准的多孔陶瓷材料及待测量的多孔陶瓷材料的等效折射率进行测量，得到参考标准的多孔陶瓷材料等效折射率N参考及待测量的多孔陶瓷材料等效折射率N测量；
第二步，对参考标准的多孔陶瓷材料等效折射率N参考及待测量的多孔陶瓷材料等效折射率N测量进行比较，得到参考标准的多孔陶瓷材料等效折射率N参考与待测量的多孔陶瓷材料等效折射率N测量在不同太赫兹频率下的比值
Figure FDA0002801833240000011
第三步，根据第二步得到的比值及已知的参考标准的多孔陶瓷材料孔隙率，计算得到待测量的多孔陶瓷材料孔隙率：
Figure FDA0002801833240000012
5.如权利要求4所述的一种多孔陶瓷材料孔隙率的计算方法，其特征在于，所述多孔陶瓷材料等效折射率的测量装置的太赫兹波源(1)发射太赫兹波束的频率为0.1THz-1THz。
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