CN113866045A - 一种非接触式高温熔体基础物性测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非接触式高温熔体基础物性测量装置及方法，装置包括调温及悬浮系统、温度测量系统、熔体运动及形态光学测量系统、定点负压投送系统、装置框架本体平台；调温及悬浮系统使样品悬浮并达到预设温度条件；温度测量系统测量样品的温度数据；熔体运动及形态光学测量系统用于高温熔体的轮廓成像，并据此推算样品在高温熔体状态下的密度、粘性系数和表面张力系数；定点负压投送系统用于将样品送入预定悬浮位置。方法主要包括样品预处理，程序编制，系统调节设定，样品悬浮，样品控温，激励加载，各传感器测量，数据分析，样品后处理等步骤。本发明能够通过非接触式的控制和信号采集方式进行高温熔体密度、粘性系数、表面张力系数等物理量的测量。
Description
技术领域
本发明属于材料研究领域，具体涉及一种非接触式高温熔体基础物性测量装置。
背景技术
高温熔体基础物性测量技术在材料基础科研及核电安全研究领域有着重要的意义。除此之外，在钢铁、冶金、石油化工等生产技术领域，高温熔体基础物性测量技术也可在钢水物性确定、高炉炉渣粘度变化测量等方面发挥作用。
高温流体的粘度系数测量通常利用旋转法原理，通过测量流体作用于转子的粘性力矩或转子的转速来确定流体的粘度。现有的依靠旋转法原理的粘度仪主要包括测试装置和加热装置：测试装置连接转子，而加热装置内设置坩埚，流体承载于坩埚内。当流体与浸入其中的转子二者之一或两者都做旋转运动时，转子将受到流体粘性力矩的作用而改变原来的转速和转矩，从而可通过粘度仪直接测量流体的粘度(参见CN201285366Y、CN201540238Y、CN101685058A)。现有的表面张力系数可通过拉筒法测量，密度参数可以通过阿基米德法测量(CN105716997)。
现有的旋转法原理粘度仪中吊丝或扭矩法测量装置存在一定局限，例如：吊丝装配过程复杂，吊丝位置很难与电动机轴线重合，使其不易准确控制，造成较大误差；又如加热装置和测试装置距离较近时，温度范围受限，一般只能到300℃左右；又如测温范围在100-1000℃之间，加热装置与测试装置距离较远，在测试过程中为了避免转子与坩埚壁面发生碰撞，转子与坩埚之间必须保留较大的距离，从而限制了粘度测试的下限(参见CN105300842A)。现有的拉筒法测表面张力及阿基米德法测密度都涉及装置某些部件跟高温熔体接触，容易污染、熔化(CN105716997)。同时温度监测一般使用热电偶等接触式测量方法，温敏元件很难长期耐受高温或盐类物质的腐蚀作用。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种非接触式高温熔体基础物性测量装置，以能够通过非接触式的控制和信号采集方式进行高温熔体密度、粘性系数、表面张力系数等物理量的测量。
为实现此目的，本发明的技术方案如下：
一种非接触式高温熔体基础物性测量装置，包括调温及悬浮系统、温度测量系统、熔体运动及形态光学测量系统、定点负压投送系统和装置框架本体平台；
所述调温及悬浮系统、温度测量系统、熔体运动及形态光学测量系统和定点负压投送系统均安装在装置框架本体平台上；
所述调温及悬浮系统用于使样品悬浮并处于预设温度环境；
所述温度测量系统用于测量样品的温度数据；
所述熔体运动及形态光学测量系统用于测量样品的高温熔体密度、粘性系数和表面张力系数；
所述定点负压投送系统用于将样品送入预定悬浮位置。
进一步地，上述的高温熔体基础物性测量装置，所述调温及悬浮系统包括三轴声学稳定悬浮系统、可调温惰性气体悬浮系统和激光加热系统；
所述的三轴声学稳定悬浮系统的三轴正交点与可调温惰性气体悬浮系统的样品悬浮点重合；
所述的激光加热系统的光路水平连线穿过所述样品悬浮点并与所述可调温惰性气体悬浮系统的出口气体路径垂直。
进一步地，上述的高温熔体基础物性测量装置，所述的三轴声学稳定悬浮系统包括3组空间正交且两两相对的声波换能器；每对换能器均以连线中点两两正交，并与竖直平面成45°夹角固定于所述的装置框架本体平台。
进一步地，上述的高温熔体基础物性测量装置，所述的可调温惰性气体悬浮系统包括气源、加热结构和气体加热装置本体；所述气源与所述气体加热装置本体的入口连接以提供惰性气体；所述加热结构设置在所述气体加热装置本体中以调节出口的惰性气体温度。
进一步地，上述的高温熔体基础物性测量装置，所述激光加热系统包括激光器、光导臂、防反镜、圆偏镜、全反镜和可调节汇聚透镜；
所述激光器发射的激光经过光导臂内的防反镜、圆偏镜、全反镜后由汇聚透镜聚焦以使光斑相向投射到样品表面。
进一步地，上述的高温熔体基础物性测量装置，所述的温度测量系统包括两台呈小角度布置、且高低量程拼接自适应的高精度红外双色温度传感器，所述的高精度红外双色温度传感器用于采集样品表面的温度，架设于样品的斜上方。
进一步地，上述的高温熔体基础物性测量装置，所述的定点负压投送系统包括可自动伸缩负压投送器；
所述的自动伸缩负压投送器为负压杆式设备，能够吸附样品，并按指定路径将样品移动至预定悬浮位置，切断负压后投送并撤回。
进一步地，上述的高温熔体基础物性测量装置，所述的熔体运动及形态光学测量系统包括激光定位及样品表面点/线形变子系统、光学图像采集子系统和相关数据分析子系统；
所述的激光定位及样品表面点/线/面形变子系统包括3个测试平面正交的点/线/面激光位移传感器，用于测量样品的移动轨迹及液态样品表面形变；
所述光学图像采集子系统用于记录样品的周期/非周期形态变化。
所述相关数据分析子系统用于分析所述光学图像采集子系统和所述的激光定位及样品表面点/线形变子系统的数据。
进一步地，上述的高温熔体基础物性测量装置，所述的光学图像采集子系统包括高速摄像机、单色激光照明设备、窄带滤波片和微距镜头；
所述的单色激光照明设备位于样品其中一侧，激光轴心穿过样品球心并与其保持水平，光斑完全覆盖样品；所述的窄带滤波片、微距镜头和高速摄像机位于样品另一侧，并与样品保持水平同轴；所述的窄带滤波片架设于所述微距镜头的一侧，仅能允许所述单色激光照明设备发出的光通过；所述微距镜头的另一侧与高速摄像机连接，所述单色激光照明设备射出的激光经过样品后最终被所述高速摄像机捕捉，最终呈现样品的轮廓。
一种采用上述装置进行高温熔体基础物性测量的方法，包括如下步骤：
1)样品悬浮：打开调温及悬浮系统中可调温惰性气体悬浮系统的惰性气体阀门，调节气体流量控制器至2-3L/min，运行气体温度控制程序将惰性气体加热至500℃以上，用定点负压投送系统将球形样品放至在喷口以上2-3cm，使其在竖直方向基本保持受力平衡，同时启动调温及悬浮系统中三轴声学稳定悬浮系统使球形样品在三维空间中保持稳定；
2)样品控温加热：打开调温及悬浮系统中激光加热系统电源及配套设备冷却系统，调节两组汇聚透镜与样品之间的距离使激光光斑投射到球形样品表面的直径为3-6mm，运行激光功率控制输入卡程序，使样品按预定程序加热熔化，并保持在待测温度上；
3)激励加载：在样品密度测量过程中，无需激励加载；在表面张力测量过程中，控制三轴声学稳定悬浮系统中其中一对换能器，在原有稳定悬浮控制波形的基础上加载一列正弦波，设定频率扫描的范围、频率步长、扫描速度及波幅值(如设定频率扫描区间为100～300Hz，频率步长为1Hz，在每个频率下停留时间2s)，使样品表面受激振荡，直至发生共振达到最大幅值；在粘性系数测量过程中，如上加载激励使样品表面共振，持续10-20s后停止激励信号加载，使样品表面进行阻尼振动，直至恢复稳定；
4)各传感器测量：实验过程中，温度测量系统持续工作实时监测样品的温度数据并给激光加热系统提供反馈信号，通过高速相机持续实时记录样品的轮廓变化，熔体运动及形态光学测量系统持续实时监测样品的位置同时记录表面轮廓的变化并与高速相机数据进行对比印证。
进一步地，上述高温熔体基础物性测量的方法，还包括测量实验前的准备步骤，具体如下：
样品预处理：按照化学计量比称量样品各组分粉末，均匀搅拌后称量出粉末、压制成直径4～8mm球状，经900-1500℃高温烧结，使样品的孔隙率达到5-15％，将球形样品称重，记录每一粒样品的质量；
激光功率输出控制程序编制：编辑激光功率控制输入卡，设置好初始输出控制参数，过程温度控制曲线和对应的持续时间；激光功率控制输入卡在激光器对样品进行加热阶段产生作用，其加热功率和时间使得样品按照预期的速度升温、熔化，当达到实验所需的温度，此程序与高温计耦合可以获得样品的实时温度，便于激光功率的精细调节，使得样品的温度稳定在设定的温度上；
高温成像系统调节设定：准备直径2mm的标准钢球对高速相机进行像素标定，调节高速相机、微距镜头、背景激光三者与样品的相对位置使成像聚焦并使球形样品占据视场的1/2-2/3位置，设置高速相机的帧率为800-1500Hz。
进一步地，上述高温熔体基础物性测量的方法，还包括测量实验后处理步骤，具体如下：
数据分析：实验数据全部转移至硬盘后，对拍摄的照片进行图片分析和数据拟合，获得每一帧图片所对应的椭圆半长轴、角度和位置信息，然后根据算法获得被测样品的密度、表面张力和粘度，编制数据库；
样品后处理：实验后样品集中存放，若存在有毒有害物质，需单独包装好，贴上警示标签，若涉及国家管制材料，实验后称量，建立台账明细，规范保存。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的高温熔体基础物性测量装置，能够通过非接触式的控制和信号采集方式进行高温熔体密度、粘性系数、表面张力系数等物理量的测量。
2、利用激光加热技术可使被测材料达到3000℃以上，可测温度范围宽，相向覆盖球形样品表面的激光加热设计能够使样品受热更加均匀；
3、利用声学辅助气体悬浮的方法使样品悬浮于空间中，达到无接触的目的；
4、测温手段采用高精度红外双色传感器，两台量程拼接总体测温范围可以是1000-3500℃，且能保证相对低温段时0.25％、高温段时0.5％的精度，比一般单量程传感器具有更加灵活可靠的精度配置，也远超热电偶所能测得的温度范围，且为非接触测量，可有效避免测温元件高温损坏；
5、测量原理经典清晰，采用表面位移信号分析法，获得样品在受外部激励发生形变时的共振频率及撤除激励后形变恢复的衰减因子推导出熔体样品的在某一温度下的表面张力系数和粘性系数，通过图像分析法，获得样品在重力作用小幅形变下的杨-拉普拉斯曲线，以此推导出熔体样品的密度；
6、本发明对材料没有限制，加热效率比常规电加热及电磁感应加热要高，非接触式测量可以很好地避免对样品的干扰及对敏感元件的污染、熔化，且装置可测物理参数有多个，集成性好。
附图说明
图1为示例性的本发明的高温熔体基础物性测量装置的结构图。
图2为示例性的本发明的高温熔体基础物性测量装置中的激光加热系统结构示意图。
图3为示例性的本发明的高温熔体基础物性测量装置中的可调温惰性气体悬浮系统的结构剖面示意图。
图4为示例性的本发明的高温熔体基础物性测量装置中的光学图像采集子系统的结构示意图。
上述附图中，01、激光；02、激光；03、声波换能器；04、声波换能器；05、声波换能器；06、声波换能器；07、声波换能器；08、声波换能器；09、可调温惰性气体悬浮系统；10、温度测量系统；11-14、熔体运动及形态光学测量系统；15、定点负压投送系统；16、样品；17、汇聚透镜；18、汇聚透镜；19、全反镜；20、全反镜；21、防反镜；22、防反镜；23、圆偏镜；24、圆偏镜；25、激光器；26、激光器；27、气体加热装置本体；28、入口；29、出口；30、加热棒；31、加热棒；32、加热棒；33、加热棒；34、单色激光照明设备；35、窄带滤波片；36、微距镜头；37、高速摄像机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
如图1所示，本发明的高温熔体基础物性测量装置，包括调温及悬浮系统、温度测量系统、熔体运动及形态光学测量系统、定点负压投送系统和装置框架本体平台；所述调温及悬浮系统、温度测量系统、熔体运动及形态光学测量系统和定点负压投送系统均安装在装置框架本体平台上；所述调温及悬浮系统用于使样品悬浮并处于预设温度环境；所述温度测量系统用于测量样品的温度数据；所述熔体运动及形态光学测量系统用于测量样品的高温熔体密度、粘性系数和表面张力系数；所述定点负压投送系统用于将样品送入预定悬浮位置。
本发明的高温熔体基础物性测量装置通过悬浮系统使样品悬浮，达到无接触的目的，能够避免现有技术中吊丝和电动机之间影响，能够大幅度提高控制准确率，能够有效降低误差。
所述调温及悬浮系统包括三轴声学稳定悬浮系统、可调温惰性气体悬浮系统和激光加热系统；所述的三轴声学稳定悬浮系统的三轴正交点与可调温惰性气体悬浮系统的样品悬浮点重合；所述的激光加热系统的光路水平连线穿过所述样品悬浮点并与所述可调温惰性气体悬浮系统的出口气体路径垂直。本发明的一个实施例，三轴声学稳定悬浮系统与可调温惰性气体悬浮系统09立体交叉前者的三轴正交点与后者的样品16悬浮点重合，前者任意一对换能器的水平连线与竖直或水平线夹角为45°，后者惰性气体由竖直方向自下而上喷出；激光加热系统的光路水平连线穿过样品16并与可调温惰性气体悬浮系统09垂直；熔体运动及形态光学测量系统11-14水平放置于样品16一侧，并与可调温惰性气体悬浮系统09垂直。
如图2所示，激光加热系统包括两台激光器(25，26)、光导臂及两组圆偏镜(23,24)、两组防反镜(21,22)、两组90度全反镜(19，20)、两组可调节汇聚透镜(17，18)，可将所述样品16加热至熔化状态，最高温度可达3000℃以上。本发明的实施例中，所述激光器为连续或者脉冲式激光器，光斑直径3-10mm的平行光，功率为50-400W，出光口均竖直向上；光导臂为直径3-6cm的带直角中空圆柱，直角处安装全反镜(19，20)，光导臂长度可在一定范围内调节；可调节汇聚透镜(17，18)为焦距10-30mm的凸透镜，透镜的位置可在一定范围内调节，以使激光(01,02)的光斑投射到样品16表面。本发明利用激光加热技术可使被测材料达到3000℃以上，可测温度范围宽。
定点负压投送系统包括可自动伸缩负压投送器15；本实施例中的样品16为球形，直径2-5mm，可采用密度不大于10000kg/m3的任意材料。自动伸缩负压投送器15为负压杆式设备，可吸附上述球形样品16，并按指定路径将样品移动至样品悬浮点，切断负压后投送并撤回。
本实施例中，三轴声学稳定悬浮系统包括3组空间正交且两两相对的声波换能器(03,04,05,06,07,08)，可实现直径2-5mm、密度0-10000kg/m3任意材料的空间稳定悬浮和液态形变作用力的施加，每对声波换能器之间的距离为10-20cm，工作频率2-3WHz，声压级100-150dB，频带宽度20-50Hz，可输入0-200Hz的调制信号；每对换能器均以连线中点两两正交，并与竖直平面成45°夹角固定于所述的装置框架本体平台。
可调温惰性气体悬浮系统09包括气源、加热结构(30,31,32,33)和气体加热装置本体27；所述气源与所述气体加热装置本体27的入口28连接以提供惰性气体；所述加热结构(30,31,32,33)设置在所述气体加热装置本体27中以调节出口29的惰性气体温度。所述气源可以是气瓶，通过气体流通管道与所述气体加热装置本体27连接，并设置有压力表、减压阀和气体流量计。本实施例中，所述气体加热装置本体27的气体出口29流速为10-30m/s，气体温度范围300-600℃，气体出口29内径2-8mm。
本发明的一个实施例中，气瓶为耐压容器，可耐受8-15MPa，内部气体可以是氮气、氩气等惰性气体；
气体加热器采用陶瓷电加热方法，相应地，所述加热结构(26，27，28，29)为陶瓷电加热管，加热直管段长度为30-100mm，内径为6-12mm，功率为100-200W，热效率90％以上，陶瓷材料为Al2O3或SiC等。此外，气体加热装置本体23还可以设置气体温度计以监测出口气体温度。
高温熔体温度测量系统10包括两个呈小角度布置、且量程拼接自适应的高精度红外双色传感器及其控制器，测温范围为1000-3500℃，精度为0.25-0.5％，光斑直径为0.8-2mm，工作距离为120-250mm，其架设于样品16的斜上方，并与上述所有系统不发生干涉；高精度红外双色传感器用于采集样品16表面的温度，系统配备可见激光光斑及视频显示、采集卡用于测温位置调整及操作过程监控。本发明采用高精度红外双色传感器，量程范围可以是1000-3500℃，远超热电偶所能测得的温度范围，且为非接触测量，可有效避免测温元件高温损坏。
熔体运动及形态光学测量系统11-14包括激光定位及样品表面点/线形变子系统、光学图像采集子系统及相关数据分析子系统；激光定位及样品表面点/线形变子系统包括3个测试平面正交的点/线激光位移传感器，测量目标为上述球形样品16，测量物理量为样品16的移动轨迹及液态样品16表面形变；
样品表面点/线形变子系统与所述三轴声学稳定悬浮系统成一定空间夹角互不干涉地架设于所述装置框架本体平台上，并以球形样品16为中心点；
激光位移传感器工作距离为50-300mm，采样频率100-10KHz内按需求可调；
如图4所示，光学图像采集子系统包括高速摄像机37、单色激光照明设备34、窄带滤波片35和微距镜头36；单色激光照明设备34位于样品16其中一侧，激光轴心穿过样品球心并与其保持水平，光斑完全覆盖样品，所述的窄带滤波片35、微距镜头36和高速摄像机37位于样品16另一侧，并与样品16保持水平同轴，所述的窄带滤波片35架设于所述微距镜头36的一侧，仅能允许所述单色激光照明设备34发出的光通过，所述微距镜头36的另一侧与高速摄像机37连接，高速摄像机37架设于距离样品20-40cm的水平一侧，样品16位于可见视场的中心，并占据视场的1/2-1/4，图像采集频率足够记录由激光加热系统01-02、三轴声学稳定悬浮系统03-08和可调温惰性气体悬浮系统09共同作用下样品16的周期/非周期形态变化；
所述单色激光照明设备射出的激光经过样品后最终被所述高速摄像机捕捉，最终呈现样品的轮廓；
窄带滤波片架设于高速摄像机镜头前，仅能允许所述单色激光照明设备发出的光通过；
相关数据分析子系统包括激光位移数据分析程序和光学图像分析程序。
装置框架本体平台包括主设备位置及高度调节框架、惰性气体出射角度调节框架、配套水电设备集成框架及信号采集控制设备集成框架，用于各系统的安装定位。
采用上述实施例提供的装置进行高温熔体基础物性测量的方法，主要包含实验前准备，实验过程及实验后处理，具体涉及样品预处理，激光功率输出控制程序编制，高温成像系统调节设定，样品悬浮，样品控温加热，激励加载，各传感器测量，数据分析，样品后处理等步骤。
测量实验前的准备步骤主要包括如下内容：
样品预处理：按照化学计量比称量样品各组分粉末，均匀搅拌后称量出粉末、压制成直径4～8mm球状，经900-1500℃高温烧结，使样品的孔隙率达到5-15％，将球形样品称重，记录每一粒样品的质量；
激光功率输出控制程序编制：编辑激光功率控制输入卡，设置好初始输出控制参数，过程温度控制曲线和对应的持续时间。激光功率控制输入卡在激光器对样品进行加热阶段产生作用，其加热功率和时间使得样品按照预期的速度升温、熔化，当达到实验所需的温度，此程序与高温计耦合可以获得样品的实时温度，便于激光功率的精细调节，使得样品的温度稳定在设定的温度上；
高温成像系统调节设定：准备直径2mm的标准钢球对高速相机进行像素标定，调节高速相机、微距镜头、背景激光三者与样品的相对位置使成像聚焦并使球形样品占据视场的1/2-2/3位置，设置高速相机的帧率为800-1500Hz。
具体的测量实验过程包括如下步骤：
1)样品悬浮：打开可调温惰性气体悬浮系统的惰性气体阀门，调节气体流量控制器至2-3L/min，运行气体温度控制程序将惰性气体加热至500℃以上，用定点负压投送系统将球形样品放至在喷口以上2-3cm，使其在竖直方向基本保持受力平衡，同时启动三轴声学稳定悬浮系统使球形样品在三维空间中保持稳定；
2)样品控温加热：打开激光加热系统电源及配套设备冷却系统，调节两组汇聚透镜与样品之间的距离使激光光斑投射到球形样品表面的直径为3-6mm，运行激光功率控制输入卡程序，使样品按预定程序加热熔化，并保持在待测温度上；
3)激励加载：在样品密度测量过程中，无需激励加载；在表面张力测量过程中，控制三轴声学稳定悬浮系统中其中一对换能器，在原有稳定悬浮控制波形的基础上加载一列正弦波，设定频率扫描的范围、频率步长、扫描速度及波幅值(如设定频率扫描区间为100～300Hz，频率步长为1Hz，在每个频率下停留时间2s)，使样品表面受激振荡，直至发生共振达到最大幅值；在粘性系数测量过程中，如上加载激励使样品表面共振，持续10-20s后停止激励信号加载，使样品表面进行阻尼振动，直至恢复稳定；
4)各传感器测量：实验过程中，双色高温计持续工作实时监测样品的温度数据并给激光加热系统提供反馈信号，高速相机持续工作实时记录样品的轮廓变化，激光定位系统持续工作实时监测样品的位置同时记录表面轮廓的变化以和高速相机数据进行对比印证。
测量实验后处理步骤主要包括如下内容：
数据分析：实验数据全部转移至硬盘后，对拍摄的照片进行图片分析和数据拟合，获得每一帧图片所对应的椭圆半长轴、角度和位置信息，然后根据算法获得被测样品的密度、表面张力和粘度，编制数据库；
样品后处理：实验后样品集中存放，若存在有毒有害物质，需单独包装好，贴上警示标签，若涉及国家管制材料，实验后称量，建立台账明细，规范保存。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。
Claims (12)
1.一种非接触式高温熔体基础物性测量装置，其特征在于，包括调温及悬浮系统、温度测量系统、熔体运动及形态光学测量系统、定点负压投送系统和装置框架本体平台；
所述调温及悬浮系统、温度测量系统、熔体运动及形态光学测量系统和定点负压投送系统均安装在装置框架本体平台上；
所述调温及悬浮系统用于使样品悬浮并达到预设温度条件；
所述温度测量系统用于测量样品的温度数据；
所述熔体运动及形态光学测量系统用于高温熔体的轮廓成像，并据此推算样品在高温熔体状态下的密度、粘性系数和表面张力系数；
所述定点负压投送系统用于将样品送入预定悬浮位置。
2.根据权利要求1所述的高温熔体基础物性测量装置，其特征在于，所述调温及悬浮系统包括三轴声学稳定悬浮系统、可调温惰性气体悬浮系统和激光加热系统；
所述的三轴声学稳定悬浮系统的三轴正交点与可调温惰性气体悬浮系统的样品悬浮点重合；
所述的激光加热系统的光路水平连线穿过所述样品悬浮点并与所述可调温惰性气体悬浮系统的出口气体路径垂直。
3.根据权利要求2所述的高温熔体基础物性测量装置，其特征在于，所述的三轴声学稳定悬浮系统包括3组空间正交且两两相对的声波换能器；每对换能器均以连线中点两两正交，并与竖直平面成45°夹角固定于所述的装置框架本体平台。
4.根据权利要求2所述的高温熔体基础物性测量装置，其特征在于，所述的可调温惰性气体悬浮系统包括气源、加热结构和气体加热装置本体；所述气源与所述气体加热装置本体的入口连接以提供惰性气体；所述加热结构设置在所述气体加热装置本体中以调节出口的惰性气体温度。
5.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于：所述激光加热系统包括激光器、光导臂、防反镜、圆偏镜、全反镜和可调节汇聚透镜；
所述激光器发射的激光经过光导臂内的防反镜、圆偏镜、全反镜后由汇聚透镜聚焦以使光斑相向投射到样品表面。
6.根据权利要求1所述的高温熔体基础物性测量装置，其特征在于，所述的温度测量系统包括两台呈小角度布置、且高低量程拼接自适应的高精度红外双色温度传感器，所述的高精度红外双色温度传感器用于采集样品表面的温度，架设于样品的斜上方。
7.根据权利要求1所述的高温熔体基础物性测量装置，其特征在于，所述的定点负压投送系统包括可自动伸缩负压投送器；
所述的自动伸缩负压投送器为负压杆式设备，能够吸附样品，并按指定路径将样品移动至预定悬浮位置，切断负压后投送并撤回。
8.根据权利要求1-7任一所述的高温熔体基础物性测量装置，其特征在于，所述的熔体运动及形态光学测量系统包括激光定位及样品表面点/线形变子系统、光学图像采集子系统和相关数据分析子系统；
所述的激光定位及样品表面点/线/面形变子系统包括3个测试平面正交的点/线/面激光位移传感器，用于测量样品的移动轨迹及液态样品表面形变；
所述光学图像采集子系统用于记录样品的周期/非周期形态变化。
所述相关数据分析子系统用于分析所述光学图像采集子系统和所述的激光定位及样品表面点/线形变子系统的数据。
9.根据权利要求8所述的高温熔体基础物性测量装置，其特征在于，所述的光学图像采集子系统包括高速摄像机、单色激光照明设备、窄带滤波片和微距镜头；
所述的单色激光照明设备位于样品其中一侧，激光轴心穿过样品球心并与其保持水平，光斑完全覆盖样品；所述的窄带滤波片、微距镜头和高速摄像机位于样品另一侧，并与样品保持水平同轴；所述的窄带滤波片架设于所述微距镜头的一侧，仅能允许所述单色激光照明设备发出的光通过；所述微距镜头的另一侧与高速摄像机连接，所述单色激光照明设备射出的激光经过样品后最终被所述高速摄像机捕捉，最终呈现样品的轮廓。
10.一种采用权利要求1-9中任意一项所述装置进行高温熔体基础物性测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)样品悬浮：打开调温及悬浮系统中可调温惰性气体悬浮系统的惰性气体阀门，调节气体流量控制器至2-3L/min，运行气体温度控制程序将惰性气体加热至500℃以上，用定点负压投送系统将球形样品放至在喷口以上2-3cm，使其在竖直方向基本保持受力平衡，同时启动调温及悬浮系统中三轴声学稳定悬浮系统使球形样品在三维空间中保持稳定；
2)样品控温加热：打开调温及悬浮系统中激光加热系统电源及配套设备冷却系统，调节两组汇聚透镜与样品之间的距离使激光光斑投射到球形样品表面的直径为3-6mm，运行激光功率控制输入卡程序，使样品按预定程序加热熔化，并保持在待测温度上；
3)激励加载：在样品密度测量过程中，无需激励加载；在表面张力测量过程中，控制三轴声学稳定悬浮系统中其中一对换能器，在原有稳定悬浮控制波形的基础上加载一列正弦波，设定频率扫描的范围、频率步长、扫描速度及波幅值(如设定频率扫描区间为100～300Hz，频率步长为1Hz，在每个频率下停留时间2s)，使样品表面受激振荡，直至发生共振达到最大幅值；在粘性系数测量过程中，如上加载激励使样品表面共振，持续10-20s后停止激励信号加载，使样品表面进行阻尼振动，直至恢复稳定；
4)各传感器测量：实验过程中，温度测量系统持续工作实时监测样品的温度数据并给激光加热系统提供反馈信号，通过高速相机持续实时记录样品的轮廓变化，熔体运动及形态光学测量系统持续实时监测样品的位置同时记录表面轮廓的变化并与高速相机数据进行对比印证。
11.如权利要求10所述的高温熔体基础物性测量的方法，其特征在于，还包括测量实验前的准备步骤，具体如下：
样品预处理：按照化学计量比称量样品各组分粉末，均匀搅拌后称量出粉末、压制成直径4～8mm球状，经900-1500℃高温烧结，使样品的孔隙率达到5-15％，将球形样品称重，记录每一粒样品的质量；
激光功率输出控制程序编制：编辑激光功率控制输入卡，设置好初始输出控制参数，过程温度控制曲线和对应的持续时间；激光功率控制输入卡在激光器对样品进行加热阶段产生作用，其加热功率和时间使得样品按照预期的速度升温、熔化，当达到实验所需的温度，此程序与高温计耦合可以获得样品的实时温度，便于激光功率的精细调节，使得样品的温度稳定在设定的温度上；
高温成像系统调节设定：准备直径2mm的标准钢球对高速相机进行像素标定，调节高速相机、微距镜头、背景激光三者与样品的相对位置使成像聚焦并使球形样品占据视场的1/2-2/3位置，设置高速相机的帧率为800-1500Hz。
12.如权利要求10或11所述的高温熔体基础物性测量的方法，其特征在于，还包括测量实验后处理步骤，具体如下：
数据分析：实验数据全部转移至硬盘后，对拍摄的照片进行图片分析和数据拟合，获得每一帧图片所对应的椭圆半长轴、角度和位置信息，然后根据算法获得被测样品的密度、表面张力和粘度，编制数据库；
样品后处理：实验后样品集中存放，若存在有毒有害物质，需单独包装好，贴上警示标签，若涉及国家管制材料，实验后称量，建立台账明细，规范保存。
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