JP5993735B2 - Thermal constant measurement method - Google Patents
Thermal constant measurement method Download PDFInfo
- Publication number
- JP5993735B2 JP5993735B2 JP2012272443A JP2012272443A JP5993735B2 JP 5993735 B2 JP5993735 B2 JP 5993735B2 JP 2012272443 A JP2012272443 A JP 2012272443A JP 2012272443 A JP2012272443 A JP 2012272443A JP 5993735 B2 JP5993735 B2 JP 5993735B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- thermal
- resonance
- mode
- measuring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 title description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 42
- 210000001015 abdomen Anatomy 0.000 claims description 23
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 105
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 81
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 16
- 230000003187 abdominal effect Effects 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Description
本発明は、熱共振現象を利用して試料の熱定数を測定する方法に関する。 The present invention relates to a method for measuring a thermal constant of a sample using a thermal resonance phenomenon.
熱交換器、電子デバイス、及びヒートシンク等の工業機器の設計においては、材料の熱拡散率や熱伝導率といった物性値は欠かせないものであり、熱伝導現象を利用してこれらを測定する方法が広く知られている。例えば、特許文献1には、試料の表面の交流温度と裏面の交流温度との位相差から熱拡散率及び熱伝導率を算出する方法が提案されている。詳述すると、特許文献1における方法では、まず、同一材質の金属膜抵抗が表面及び裏面に設けられた試料を準備し、表面側の金属膜抵抗に交流電力を供給して試料を加熱する。そして、裏面側の金属膜抵抗の抵抗変化による交流温度信号と表面側の金属膜抵抗に加えた交流電力との位相差の特性線における勾配を求め、この勾配に基づいて試料の熱拡散率を算出する。さらに、熱拡散率と上述の交流温度信号及び交流電力とに基づいて熱伝導率を算出する。
In the design of industrial equipment such as heat exchangers, electronic devices, and heat sinks, physical properties such as thermal diffusivity and thermal conductivity of materials are indispensable, and a method of measuring these using the thermal conduction phenomenon Is widely known. For example,
しかしながら、上述したような方法では、特に、微小な試料や複雑な形状の試料、又は熱伝導率が大きい試料の場合、表面の交流温度と裏面の交流温度との位相差を測定することが難しく、熱拡散率及び熱伝導率等の熱定数を正確に測定することができないという問題があった。 However, in the method as described above, it is difficult to measure the phase difference between the AC temperature on the front surface and the AC temperature on the back surface, particularly in the case of a small sample, a sample having a complicated shape, or a sample having a high thermal conductivity. There has been a problem that heat constants such as thermal diffusivity and thermal conductivity cannot be measured accurately.
そこで、本発明は、試料の熱定数を正確に測定することができる方法を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the method which can measure the thermal constant of a sample correctly.
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、熱共振現象を利用して試料の熱定数を測定する方法であって、試料において発生させる熱共振のモードを決定するステップと、試料において、決定されたモードの熱共振の腹部に位置する第1の部分を瞬間的に加熱することによって、決定されたモードの熱共振を発生させるステップと、熱共振が発生している試料において、決定されたモードの熱共振の腹部に位置する第2の部分の温度を所定時間測定するステップと、第2の部分の温度の時間変化に基づいて減衰係数を算出するステップと、減衰係数に基づいて試料の熱拡散率を算出するステップと、を備える。 The present invention is for solving the above-described problem, and is a method for measuring the thermal constant of a sample using a thermal resonance phenomenon, the method of determining a mode of thermal resonance generated in the sample, A step of generating a thermal resonance of the determined mode by instantaneously heating a first portion located in the abdomen of the thermal resonance of the determined mode; Measuring the temperature of the second portion located in the abdomen of the thermal resonance of the selected mode for a predetermined time, calculating the attenuation coefficient based on the time change of the temperature of the second portion, and based on the attenuation coefficient Calculating the thermal diffusivity of the sample.
上記方法において利用される「熱共振現象」とは、試料に対して外部から熱が与えられた場合に試料内で空間的に試料形状に依存した特定の温度分布が発生することをいい、この温度分布は時間とともに平衡状態に達する。上記方法によれば、測定対象の試料において、所定のモードの熱共振を発生させ、この熱共振の腹部に位置する第2の部分の温度の時間変化のみを調べることによって、試料の熱拡散率を算出することができる。すなわち、上記方法においては、熱伝導現象を利用した従来の方法のように、試料において加熱された部分の温度とそれ以外の部分の温度との位相差等を求める必要はないため、試料の寸法、形状、及び熱伝導率の大きさ等にかかわらず、熱定数を正確に測定することができる。 The “thermal resonance phenomenon” used in the above method means that a specific temperature distribution depending on the shape of the sample spatially occurs in the sample when heat is applied to the sample from the outside. The temperature distribution reaches equilibrium with time. According to the above method, the thermal diffusivity of the sample is obtained by generating thermal resonance of a predetermined mode in the sample to be measured and examining only the temporal change in the temperature of the second part located at the abdomen of this thermal resonance. Can be calculated. That is, in the above method, it is not necessary to obtain the phase difference between the temperature of the heated portion of the sample and the temperature of the other portion, unlike the conventional method using the heat conduction phenomenon. Regardless of the size, shape, and thermal conductivity, the thermal constant can be accurately measured.
上記方法において、第1の部分は、決定されたモードの熱共振の腹部に位置する点状の部分であってもよい。 In the above method, the first portion may be a dot-like portion located at the antinode of the thermal resonance of the determined mode.
あるいは、上記方法において、第1の部分は、決定されたモードの熱共振の腹部に沿って帯状に延びる部分であってもよい。 Alternatively, in the above method, the first portion may be a portion extending in a band shape along the abdomen of the thermal resonance of the determined mode.
また、上記方法において、第2の部分は、前記決定されたモードの熱共振の腹部に位置する点状の部分とすることができる。 In the above method, the second portion may be a dot-like portion located at the abdomen of the determined mode of thermal resonance.
あるいは、上記方法において、第2の部分は、決定されたモードの熱共振の腹部に沿って帯状に延びる部分とすることもできる。 Or in the said method, a 2nd part can also be made into the part extended in strip | belt shape along the abdominal part of the thermal resonance of the determined mode.
また、上記方法において、第1の部分は、パルスレーザが照射されることによって瞬間的に加熱されることが好ましい。 In the above method, it is preferable that the first portion is instantaneously heated by irradiation with a pulse laser.
また、上記方法において、試料の上面に黒体を設けることもできる。 In the above method, a black body can be provided on the upper surface of the sample.
この場合、黒体は、試料において、決定された熱共振のモードの腹部と一致する位置にのみ設けられていてもよい。 In this case, the black body may be provided only at a position in the sample that coincides with the determined abdomen of the thermal resonance mode.
また、上記方法は、熱拡散率に基づいて試料の熱伝導率を算出するステップをさらに備えることができる。 The method may further include a step of calculating the thermal conductivity of the sample based on the thermal diffusivity.
本発明によれば、試料の熱定数を正確に測定することができる。 According to the present invention, the thermal constant of a sample can be accurately measured.
{第1実施形態}
以下、本発明の第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図3においては、紙面に垂直な方向をZ軸方向、試料の長辺に沿う方向をX軸方向、これらに垂直な方向をY軸方向とし、以下同様の座標系を使用する。
{First embodiment}
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 3, the direction perpendicular to the paper surface is the Z-axis direction, the direction along the long side of the sample is the X-axis direction, the direction perpendicular to these is the Y-axis direction, and the same coordinate system is used hereinafter.
まず、第1実施形態に係る熱定数の測定方法を実施するために使用する測定装置について説明する。図1に示すように、測定装置10は、試料Sに向かって励起光を出射する励起光源1と、試料Sに向かって検出光を出射する検出光源2と、試料Sにおける検出光の反射率を測定する測定器3と、を備えている。また、測定装置10は、励起光を反射させる反射鏡4a,4bと、励起光を集光する対物レンズ5aと、を備えている。さらに、測定装置10は、検出光を反射させる反射鏡4cと、検出光を分離するビームスプリッタ6と、検出光を集光する対物レンズ5bと、反射光を反射させる反射鏡4d,4eと、を備えている。
First, the measuring apparatus used in order to implement the thermal constant measuring method according to the first embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the
励起光源1は、Nd:YAGレーザ発振器であり、図1に示すように、パルスレーザである励起光L1を出射する。励起光L1は、反射鏡4a,4b及び対物レンズ5aを介して試料Sに照射され、これにより、試料Sにおいて後述する熱共振が発生する。励起光L1のパルス幅は短い方が好ましく、例えば、2ナノ秒以下とすることができる。また、励起光L1の繰り返し周波数は、試料Sにおける熱共振が平衡状態に達しない間に試料Sに励起光L1が再び照射されることがないように調整されていることが好ましい。
The
検出光源2は、チタンサファイアレーザ発振器であり、図1に示すように、パルスレーザである検出光L2を出射する。検出光L2は、反射鏡4cを介してビームスプリッタ6に入射し、ビームスプリッタ6によって分割される。そして、一部の検出光L21が測定器3に入射するとともに、一部の検出光L22が対物レンズ5bを介して試料Sに照射される。試料Sは検出光L22を反射し、この反射光L3は、対物レンズ5b、ビームスプリッタ6、及び反射鏡4d,4eを介して測定器3に入射する。なお、検出光L21の反射率は、検出光L22の反射率と同じである。
The
測定器3は、入射した反射光L3の強度と検出光L21の強度との差分に基づき、試料Sにおける検出光L22の反射率を測定する。試料Sにおける光の反射率は温度と相関があるため、検出光L22の反射率の時間変化から、試料Sにおいて検出光L22が照射された部分の温度の時間変化を導き出すことができる。
The
試料Sは、熱伝導率が等方性を示す材料を用いて直方体状に形成されている。試料Sは、図2に示すように、熱定数の測定に際し、温度調整器7によって支持されていてもよい。この温度調整器7と試料Sとの間で熱をやりとりすることで、試料Sの温度制御が行われる。なお、温度調整器7は、後述する熱共振による熱流が温度調整器7を介して試料Sの外部に漏れないよう、熱共振の節部に相当する位置に接触していることが好ましい。図2において、温度調整器7は、後述する熱共振のMODE5(図3(e))の節部N5a及びN5bに相当する位置において試料Sに接触している。
The sample S is formed in a rectangular parallelepiped shape using a material whose thermal conductivity is isotropic. As shown in FIG. 2, the sample S may be supported by a
なお、試料Sは、特に限定されるものではないが、従来は熱定数の測定が困難であった合成ダイヤモンドのように、寸法が小さく、熱伝導率が高いものであってもよい。例えば、試料Sの寸法は、少なくとも、X軸方向(幅方向)の長さが1mm以上、Y軸方向(奥行方向)の長さが1mm以上、Z軸方向(高さ方向)の長さが0.2mm以上であればよい。また、ここでいう高い熱伝導率とは、1000W/(m2・K)以上の熱伝導率を意味する。ただし、効果が顕著な寸法や熱伝導率は個別に指定されるのではなく測定しようとするモードの減衰係数と試料寸法との相対的な関係により決まるため、どのような熱伝導率及び試料の寸法であっても原則として測定可能である。具体的には、無次元時間τと無次元減衰係数λ’を導入すれば、試料の材料特性に依らず試料の寸法だけに依存した減衰挙動が決定され、温度計測法の感度限界から測定可能な試料寸法と熱伝導率の関係が決まる。ここで、τと有次元時間tとの間には式(1)の関係が、λ’と有次元減衰係数λとの間には式(2)のような関係がある。Lは代表長さであり、例えば、X軸方向に沿う辺の長さである。試料の材質には依存しない。 The sample S is not particularly limited, but may have a small size and a high thermal conductivity, such as synthetic diamond, which has conventionally been difficult to measure the thermal constant. For example, the sample S has at least a length in the X-axis direction (width direction) of 1 mm or more, a length in the Y-axis direction (depth direction) of 1 mm or more, and a length in the Z-axis direction (height direction). It may be 0.2 mm or more. Moreover, the high thermal conductivity here means a thermal conductivity of 1000 W / (m 2 · K) or more. However, since the dimensions and thermal conductivity that have a significant effect are not individually specified, they are determined by the relative relationship between the attenuation coefficient of the mode to be measured and the sample size. Even dimensions can be measured in principle. Specifically, if dimensionless time τ and dimensionless attenuation coefficient λ ′ are introduced, the attenuation behavior depends only on the sample dimensions, regardless of the material properties of the sample, and can be measured from the sensitivity limit of the temperature measurement method. The relationship between the sample size and the thermal conductivity is determined. Here, there is a relationship of Equation (1) between τ and the dimensional time t, and a relationship of Equation (2) between λ ′ and the dimensional attenuation coefficient λ. L is a representative length, for example, the length of the side along the X-axis direction. It does not depend on the material of the sample.
例えば、図4に、無次元時間を用いた温度変化率の時間変化の有限差分法を用いた数値シミュレーションによる計算例を示す(縦軸が0のときが平衡温度である。)。図4に示す例では、アルミニウム試料のX軸方向に沿う辺(奥側)の中央を励起位置とし、励起位置と同位置を検出点1、上面中央を検出点2、下面奥側の頂点を検出点3としている。計測方法が割合として10−4程度の温度変化を感知できるとすると、無次元化温度域で、τ=0.6程度の範囲で起こる減衰過程は測定可能である。式(1)の関係に基づくと、例えば、もし、試料の熱伝導率κが小さく、その結果、熱平衡に達するまでの時間が長い(λ値が小さい)としても、試料寸法Lを小さくすれば、熱共振の減衰が観測可能な条件を見いだすことができる。このような数値シミュレーションを用いることで、適当な試料寸法を決定することが可能である。
For example, FIG. 4 shows a calculation example by a numerical simulation using a finite difference method of the time change of the temperature change rate using dimensionless time (when the vertical axis is 0, it is the equilibrium temperature). In the example shown in FIG. 4, the center of the side (back side) along the X-axis direction of the aluminum sample is the excitation position, the
以下、上述したように構成された測定器10を用いて、試料Sにおける熱定数を測定する方法について説明する。
Hereinafter, a method for measuring the thermal constant of the sample S using the measuring
まず、測定対象の試料Sにおいて発生させる熱共振のモードを決定する。図3は、3辺の寸法比率がある値の試料Sを上方から見た場合における熱共振の概念図である。MODEパターンが現れる順番は試料寸法比率に依存する。図3の節部と腹部のハッチングは、簡略化して表示しているが、実際には、節部から腹部へと連続的に温度変化の振幅が分布しており、明確に、腹部と節部を定義することはできない。温度変化の振幅の大きい箇所において熱共振を励起した際に、温度の時間変化が精度よく測定できさえすれば、そのような励起位置並びに測定位置は技術的に腹部とみなすものとする。図3に示すように、試料Sにおいて発生し得る熱共振のモードは複数存在するが、熱共振が平衡状態に達するまでの時間の長さ(熱共振のモードの選択性)の観点から、減衰係数が小さいと予想されるモードを選択することが好ましい。このため、第1実施形態においては、後述する励起部E5aを励起した場合に試料Sに発生し得る熱共振(MODE5(図3(e))、MODE10(図3(j))、及びMODE11(図3(k)))のうち、減衰係数が最も小さいと予想されるMODE5の熱共振を選択した。なお、図3におけるl,m,nは、それぞれX軸,Y軸,Z軸方向における温度分布の波の周期数であり、例えば、MODE5の場合は、l=2,m=0,n=0であるから、X軸方向にのみ温度分布の波が発生し、その波の周期数が2であることを意味する。
First, the mode of thermal resonance generated in the sample S to be measured is determined. FIG. 3 is a conceptual diagram of thermal resonance when the sample S having a certain size ratio of the three sides is viewed from above. The order in which the MODE patterns appear depends on the sample size ratio. The hatching of the node and abdomen in FIG. 3 is shown in a simplified manner, but in reality, the amplitude of the temperature change is continuously distributed from the node to the abdomen. Cannot be defined. When the thermal resonance is excited at a location where the amplitude of the temperature change is large, the excitation position and the measurement position are technically regarded as the abdomen as long as the temperature change over time can be measured accurately. As shown in FIG. 3, there are a plurality of modes of thermal resonance that can occur in the sample S, but from the viewpoint of the length of time until thermal resonance reaches an equilibrium state (selectivity of modes of thermal resonance), attenuation is performed. It is preferable to select a mode in which the coefficient is expected to be small. For this reason, in the first embodiment, thermal resonance (MODE 5 (FIG. 3 (e)), MODE 10 (FIG. 3 (j)), and MODE 11 (MODE 11) that can occur in the sample S when an
次に、図1及び図5に示すように、測定装置10に試料Sをセットし、MODE5(図3(e))の熱共振の腹部A5aに位置する点状の部分(検出部)D5aにおける検出光L22の反射率を測定する準備を行う。具体的には、測定装置10において、検出光源2からパルスレーザである検出光L2を出射し、測定器3に検出光L21を入射させるともに、試料Sの検出部D5aに検出光L22を照射し、この状態を維持しておく。このとき、測定器3では、試料S内で熱共振が生じていない場合の検出部D5aにおける検出光L22の反射率が測定されている。なお、検出部D5aは、本発明における「第2の部分」に相当する。
Next, as shown in FIGS. 1 and 5, the sample S is set in the
続いて、図5に示すように、試料SにおけるMODE5(図3(e))の熱共振の腹部A5bに位置する点状の部分(励起部)E5aに対し、パルスレーザである励起光L1を励起光源1によって照射する。これにより、試料Sの励起部E5aが瞬間的に加熱され、試料SではMODE5の熱共振が発生する。このとき、励起部E5aは、MODE1〜3、6〜9、及び12の熱共振の節部であるため、試料Sにおいては、MODE1〜3、6〜9、及び12の熱共振は発生しない。一方、試料Sにおいて、MODE10(図3(j))及びMODE11(図3(k))の熱共振は発生し得るが、MODE10及びMODE11の熱共振は、減衰係数が大きく、MODE5の熱共振よりも早く平衡状態に達する。式(6)に示すように、l、m、nの値が大きくなると、モードの減衰係数も大きくなる。このため、試料Sにおいて発生するMODE10及びMODE11の熱共振は、MODE5の熱共振に対応する反射率の測定にほとんど影響を与えない。なお、励起部E5aは、本発明における「第1の部分」に相当する。
Subsequently, as shown in FIG. 5, the excitation light L1, which is a pulse laser, is applied to the dot-like part (excitation part) E5a located in the abdominal part A5b of the thermal resonance of MODE 5 (FIG. 3E) in the sample S. Irradiated by the
試料SにおいてMODE5の熱共振が発生すると、図5に示すように、検出部D5aに照射されている検出光L22の反射率が変化する。測定器3は、反射光L3の強度と試料Sに照射される前の検出光L21の強度との差分に基づいて、試料Sに照射された検出光L22の反射率の変化を測定する。検出部D5aにおける検出光L22の反射率の変化は、試料S内でMODE5の熱共振が発生すると瞬間的に大きくなり、その後、時間をかけて平衡状態に達する。
When thermal resonance of
検出部D5aにおける検出光L22の反射率の変化が平衡状態に達した後、試料Sにおける熱共振の発生から平衡状態に達するまでの間の反射率の変化の時間変化に基づき、この間の検出部D5aにおける温度の時間変化を導出する。そして、この温度の変化率をMODE5の熱共振に対応する減衰係数とする。 After the change in the reflectance of the detection light L22 in the detection unit D5a reaches the equilibrium state, the detection unit during this period is based on the time change of the reflectance change from the occurrence of thermal resonance to the equilibrium state in the sample S. The time change of the temperature at D5a is derived. The change rate of the temperature is set as an attenuation coefficient corresponding to the thermal resonance of MODE5.
ここで、試料の熱定数を算出するための一般式について説明する。式(3)のような熱伝導方程式を考えた場合、直方体状の試料の場合の一般解は式(4)で表される。すなわち、直方体状の試料の場合、外部から熱が与えられると、試料内の温度分布は式(4)にしたがって平衡状態に達する。なお、式(3)において、ρは密度、Cは比熱、κは熱伝導率、Tは温度、tは時間である。 Here, a general formula for calculating the thermal constant of the sample will be described. When a heat conduction equation such as Equation (3) is considered, a general solution in the case of a rectangular parallelepiped sample is represented by Equation (4). That is, in the case of a rectangular parallelepiped sample, when heat is applied from the outside, the temperature distribution in the sample reaches an equilibrium state according to Equation (4). In equation (3), ρ is density, C is specific heat, κ is thermal conductivity, T is temperature, and t is time.
式(4)において、l,m,nは、それぞれX軸,Y軸,Z軸方向の波の周期数、Almnは面積、kl,km,knは、それぞれX軸,Y軸,Z軸方向の波数、λlmnは減衰係数である。kl,km,knは式(5)〜(7)、λlmnは式(8)で表される。式(8)において、Lx,Ly,Lxは、それぞれ試料のX軸,Y軸,Z軸方向の長さ、κは熱伝導率、κ/ρCは熱拡散率である。 In the formula (4), l, m, n are, X-axis, respectively, Y-axis, Z-axis direction of the periodicity of the wave, A lmn is the area, k l, k m, k n is, X-axis, respectively, Y-axis , Wave number in the Z-axis direction, λ lmn is an attenuation coefficient. k l, k m, k n is Equation (5) ~ (7), λ lmn is expressed by Equation (8). In Expression (8), L x , L y , and L x are the lengths of the sample in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, κ is the thermal conductivity, and κ / ρC is the thermal diffusivity.
第1実施形態における試料Sの熱定数の測定方法に戻って説明を続ける。第1実施形態においては、試料Sにおいて発生させる熱共振のモードとしてMODE5を選択した。このMODE5の熱共振の波数は、図3(e)に示すように、l=2,m=0,n=0であるから、これを上記式(8)に代入すると、以下の式(9)が導き出される。なお、第1実施形態においては、m=0,n=0であるMODE5を選択しているため、式(8)における第2項及び第3項はゼロになるが、他のモードを選択した場合、式(8)における第2項及び第3項の少なくとも一方がゼロより大きくなる。
Returning to the method for measuring the thermal constant of the sample S in the first embodiment, the description will be continued. In the first embodiment,
上述した通り、MODE5の熱共振に対応する減衰係数は既に測定されているため、この減衰係数及び試料SのX軸方向の長さを式(9)のλ200及びLxに代入することによって、熱拡散率κ/ρCが算出される。 As described above, since the attenuation coefficient corresponding to heat the resonance of MODE5 is already measured, by substituting the length in the X-axis direction of the attenuation coefficient and the sample S in lambda 200 and L x of formula (9) The thermal diffusivity κ / ρC is calculated.
さらに、試料Sの密度ρ及び比熱Cが既知であれば、熱拡散率κ/ρCから熱伝導率κを算出することができる。 Furthermore, if the density ρ and specific heat C of the sample S are known, the thermal conductivity κ can be calculated from the thermal diffusivity κ / ρC.
以上のように、第1実施形態においては、試料SにおいてMODE5の熱共振を発生させ、検出部D5aの温度の時間変化のみを調べることによって、試料Sの熱拡散率及び熱伝導率を算出することができる。このため、熱伝導現象を利用した従来の方法のように、試料において加熱された部分の温度とそれ以外の部分の温度との位相差等を求める必要はなく、試料の寸法、形状、及び熱伝導率の大きさ等にかかわらず、熱拡散率及び熱伝導率を正確に測定することができる。
As described above, in the first embodiment, thermal diffusivity and thermal conductivity of the sample S are calculated by generating thermal resonance of the
{第2実施形態}
以下、本発明の第2実施形態について説明する。
{Second Embodiment}
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described.
第2実施形態は、試料Sにおける励起部が複数存在すること以外は第1実施形態と同様である。なお、以下の各実施形態においては、第1実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。 The second embodiment is the same as the first embodiment except that there are a plurality of excitation portions in the sample S. In the following embodiments, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図6に示すように、第2実施形態では、第1実施形態と同様に、MODE5(図3(e))の熱共振の腹部A5bに位置する励起部E5aに励起光源1(図1)からの励起光L1を照射する。これと同時に、MODE5の熱共振の腹部A5aに位置する励起部E5bにも励起光源1からの励起光L1を照射する。これにより、試料SにおいてMODE5の熱共振が発生する。なお、励起光L1を励起部E5a及びE5bに同時に照射する方法は特に限定されず、1つの励起光源1からの励起光L1を途中で分岐させて励起部E5a及びE5bに照射するようにしてもよいし、2つの励起光源1からの励起光L1をそれぞれ励起部E5a及びE5bに照射するようにしてもよい。ただし、励起光を複数使用する場合、それらは同期している(試料表面において位相がそろっている)ことが望ましい。
As shown in FIG. 6, in the second embodiment, as in the first embodiment, the excitation light source 1 (FIG. 1) is applied to the excitation unit E5a located in the thermal resonance antinode A5b of MODE 5 (FIG. 3 (e)). The excitation light L1 is irradiated. At the same time, the excitation light L1 from the
このように、第2実施形態では、試料Sにおいて、MODE5の熱共振の腹部A5bに位置する励起部E5aだけでなく、別の腹部A5aに位置する励起部E5bにも励起光L1を照射する。このため、試料Sにおいて、MODE5の熱共振を確実に発生させることができる。
Thus, in the second embodiment, in the sample S, the excitation light L1 is irradiated not only on the excitation part E5a located in the abdominal part A5b of the thermal resonance of MODE5 but also on the excitation part E5b located in another abdominal part A5a. For this reason, in the sample S, the thermal resonance of
なお、第2実施形態においては励起部が2箇所の例について説明したが、励起部は3箇所以上であってもよい。ただし、各励起部は、選択したモードの熱共振の腹部に位置している必要がある。 In addition, in 2nd Embodiment, although the excitation part demonstrated the example of two places, the excitation part may be three or more places. However, each excitation part needs to be located in the abdominal part of the thermal resonance of the selected mode.
{第3実施形態}
以下、本発明の第3実施形態について説明する。
{Third embodiment}
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described.
第3実施形態は、試料Sにおける励起部の形状以外は第1実施形態と同様である。図7に示すように、第3実施形態では、試料Sにおいて、MODE5(図3(e))の熱共振の腹部A5bに沿った帯状の部分を励起部E5cとする。この励起部E5c全体に励起光源1(図1)から帯状の励起光L1を照射し、試料SにおいてMODE5の熱共振を発生させる。
The third embodiment is the same as the first embodiment except for the shape of the excitation part in the sample S. As shown in FIG. 7, in the third embodiment, in the sample S, a band-like portion along the abdominal portion A5b of thermal resonance in MODE 5 (FIG. 3 (e)) is defined as an excitation portion E5c. The entire excitation section E5c is irradiated with the strip-shaped excitation light L1 from the excitation light source 1 (FIG. 1), and thermal resonance of
なお、第3実施形態では励起部が1箇所の例について説明したが、試料Sにおいて、他の腹部A5a及び/又はA5cにも帯状の励起部を設け、励起光L1を複数の励起部に同時に照射することもできる。また、試料Sにおいては、帯状の各励起部に沿ってスリットを形成してもよい。 In the third embodiment, an example in which the excitation part is one has been described. However, in the sample S, the other abdominal part A5a and / or A5c is also provided with a belt-like excitation part, and the excitation light L1 is simultaneously supplied to a plurality of excitation parts. Irradiation is also possible. Further, in the sample S, a slit may be formed along each band-like excitation part.
{第4実施形態}
以下、本発明の第4実施形態について説明する。
{Fourth embodiment}
The fourth embodiment of the present invention will be described below.
第4実施形態は、試料Sにおける検出部が複数存在すること以外は第1実施形態と同様である。図8に示すように、第4実施形態では、第1実施形態と同様に、MODE5(図3(e))の熱共振の腹部A5aに位置する検出部D5aに検出光源2(図1)からの検出光L22を照射する。これと同時に、試料Sにおいて、MODE5の熱共振の腹部A5bに位置する検出部D5bにも検出光源2からの検出光L22を照射する。なお、検出光L22を検出部D5a及びD5bに同時に照射する方法は特に限定されず、検出光L22を途中で分岐させて検出部D5a及びD5bに照射するようにしてもよいし、2つの検出光源2からの検出光L22をそれぞれ検出部D5a及びD5bに照射するようにしてもよい。
The fourth embodiment is the same as the first embodiment except that there are a plurality of detection units in the sample S. As shown in FIG. 8, in the fourth embodiment, as in the first embodiment, the detection light source 2 (FIG. 1) is applied to the detection unit D5a located in the thermal resonance antinode A5a of MODE 5 (FIG. 3 (e)). The detection light L22 is irradiated. At the same time, in the sample S, the detection light L22 from the
試料Sにおいて、励起光L1の照射によってMODE5の熱共振が発生することにより、測定器3は、検出部D5aにおける検出光L22の反射率の変化と、検出部D5bにおける検出光L22の反射率の変化とを取得する。その後、検出部D5aにおける反射率の変化に基づいて減衰係数が算出され、また、検出部D5bにおける反射率の変化に基づいて減衰係数が算出される。
In the sample S, thermal resonance of the
このように、第4実施形態では、2つの検出部D5a及びD5bにおける反射率の変化それぞれに基づいて、2つの減衰係数が算出される。試料Sにおいては選択したMODE5以外のモードの熱共振も発生し得るが、2つの減衰係数を比較することで算出された減衰係数がMODE5に対応していることを確認することができる。これにより、算出された減衰係数の信頼性が向上し、結果として、減衰係数から算出される熱拡散率及び熱伝導率の信頼性も向上する。
As described above, in the fourth embodiment, two attenuation coefficients are calculated based on the reflectance changes in the two detection units D5a and D5b. In the sample S, thermal resonance of modes other than the selected
なお、第4実施形態においては検出部が2箇所の例について説明したが、検出部は3箇所以上であってもよい。ただし、各検出部は、選択したモードの熱共振の腹部に位置している必要がある。 In addition, in 4th Embodiment, although the detection part demonstrated the example of two places, the detection part may be three or more places. However, each detection part needs to be located in the abdominal part of the thermal resonance of the selected mode.
{第5実施形態}
以下、本発明の第5実施形態について説明する。
{Fifth embodiment}
The fifth embodiment of the present invention will be described below.
第5実施形態は、試料Sにおける検出部の形状以外は第1実施形態と同様である。図9に示すように、第5実施形態では、試料Sにおいて、MODE5(図3(e))の熱共振の腹部A5aに沿った帯状の部分を検出部D5cとする。この検出部D5c全体に検出光源2(図1)から帯状の検出光L22を照射し、試料SにMODE5の熱共振が発生した際の検出部D5cにおける検出光L22の反射率の変化を測定器3によって取得する。
The fifth embodiment is the same as the first embodiment except for the shape of the detection unit in the sample S. As shown in FIG. 9, in the fifth embodiment, in the sample S, a band-shaped portion along the abdominal portion A5a of the thermal resonance of MODE 5 (FIG. 3E) is set as a detection unit D5c. The entire detection unit D5c is irradiated with the band-shaped detection light L22 from the detection light source 2 (FIG. 1), and a change in the reflectance of the detection light L22 in the detection unit D5c when the
なお、第5実施形態では検出部が1箇所の例について説明したが、試料Sにおいて、その他の腹部A5b及び/又はA5cにも帯状の検出部を設け、検出光L22を複数の検出部に同時に照射することもできる。 In the fifth embodiment, an example in which one detection unit is provided has been described. However, in the sample S, other abdominal portions A5b and / or A5c are also provided with band-like detection units, and the detection light L22 is simultaneously supplied to a plurality of detection units. Irradiation is also possible.
第2〜第5実施形態では、励起部及び検出部の形状及び数が異なる場合について個別に説明したが、第2〜第5実施形態の励起部及び検出部を適宜組み合わせることができる。例えば、試料Sは、複数の点状の励起部と1つの帯状の検出部とが設けられていてもよいし、1つの帯状の励起部と複数の点状の検出部とが設けられていてもよい。また、励起部及び検出部は、それぞれ複数存在していてもよく、その形状は、点状であってもよいし帯状であってもよい。さらに、試料Sにおいては、点状の励起部と帯状の励起部とが混在していてもよいし、点状の検出部と帯状の検出部とが混在していてもよい。 In 2nd-5th embodiment, although the case where the shape and number of an excitation part and a detection part differ was demonstrated separately, the excitation part and detection part of 2nd-5th embodiment can be combined suitably. For example, the sample S may be provided with a plurality of point-like excitation parts and one band-like detection part, or may be provided with one band-like excitation part and a plurality of point-like detection parts. Also good. In addition, a plurality of excitation units and detection units may exist, and the shape may be a dot shape or a belt shape. Further, in the sample S, a point-like excitation part and a band-like excitation part may be mixed, or a point-like detection part and a band-like detection part may be mixed.
以上、本発明の第1〜第5実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。 The first to fifth embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記各実施形態では、試料Sにおいて発生させる熱共振のモードとしてMODE5(図3(e))を選択していたが、熱共振の腹部に相当する部分の温度の時間変化を正確に測定することができれば他のモードを選択してもよい。例えば、図10に示すように、試料Sにおいて発生させる熱共振のモードとしてMODE1(図3(a))を選択する場合、MODE1の熱共振の腹部A1aに位置する励起部E1aに励起光L1を照射してMODE1の熱共振を励起し、腹部A1aに位置する検出部D1aで検出光L22の反射率を測定すればよい。なお、試料Sにおいて複数のモードの熱共振が発生する場合、減衰係数が大きいモードの熱共振は比較的早く平衡状態に達してしまい、温度の時間変化の測定が困難であるため、減衰係数が極力小さいモードを選択することが好ましい。なお、図5及び図10に示すグラフから、MODE1の熱共振に対応する反射率はMODE5の熱共振の場合よりも平衡状態に達するのが遅く、MODE1の熱共振における減衰係数はMODE5の熱共振における減衰係数よりも小さいことがわかる。
For example, in each of the above embodiments, MODE 5 (FIG. 3E) is selected as the mode of thermal resonance generated in the sample S, but the time change of the temperature of the portion corresponding to the abdomen of thermal resonance is accurately measured. Other modes may be selected if possible. For example, as shown in FIG. 10, when MODE 1 (FIG. 3A) is selected as the mode of thermal resonance to be generated in the sample S, the excitation light L1 is applied to the excitation unit E1a located at the abdominal part A1a of thermal resonance of
また、上記各実施形態においては、試料SにおいてMODE5(図3(e))の熱共振のみを選択的に励起及び検出していたが、複数のモードの熱共振を選択的に励起及び検出することもできる。例えば、図5に示すように、試料Sの励起部E5aに励起光L1を照射すると、試料SにおいてはMODE5、MODE10(図3(j))、及びMODE11(図3(k))の熱共振が発生する。MODE5、MODE10、及びMODE11それぞれについて、試料Sにおける熱共振の腹部に相当する部分の検出光L22の反射率の時間変化を測定すると、MODE5、MODE10、及びMODE11の減衰係数を得ることができる。 In each of the above embodiments, only the thermal resonance of MODE 5 (FIG. 3E) is selectively excited and detected in the sample S. However, the thermal resonance of a plurality of modes is selectively excited and detected. You can also. For example, as shown in FIG. 5, when the excitation light E1 is irradiated to the excitation part E5a of the sample S, the thermal resonance of MODE5, MODE10 (FIG. 3 (j)), and MODE11 (FIG. 3 (k)) is applied to the sample S. Will occur. For each of MODE5, MODE10, and MODE11, when the change over time of the reflectance of the detection light L22 in the portion corresponding to the abdomen of thermal resonance in the sample S is measured, the attenuation coefficients of MODE5, MODE10, and MODE11 can be obtained.
また、上記各実施形態においては、検出光源2によってパルスレーザである検出光L22を検出部に照射し、その反射率を測定することで試料Sの温度を導出していたがこれに限定されるものではなく、例えば、熱電対等のセンサを用いて試料Sの検出部の温度を測定してもよい。 In each of the above embodiments, the detection light source 22 is irradiated with the detection light L22, which is a pulse laser, and the reflectance is measured to derive the temperature of the sample S. However, the present invention is not limited to this. For example, you may measure the temperature of the detection part of the sample S using sensors, such as a thermocouple.
また、上記各実施形態においては、励起光源1によってパルスレーザである励起光L1を励起部に照射していたが、試料において所定のモードの熱共振を励起することができればこれに限定されない。
In each of the above embodiments, the
また、試料Sの上面に、図11に示すように、外部から与えられた熱を吸収及び放射するための黒体8を設けることもできる。この黒体8は、図11に示すように、試料Sにおいて発生させる熱共振のモードの腹部上にのみ設けられていてもよいが、試料Sの上面全体に設けられていてもよい。また、試料Sにおける熱共振の腹部に相当する部分を、黒体8を介して瞬間的に加熱することができればよいため、黒体8に対しては、第1実施形態で説明したような点状の励起光が照射されてもよいし、第3実施形態で説明したような帯状の励起光が照射されてもよい。
Further, as shown in FIG. 11, a
また、上記各実施形態においては、試料Sは熱伝導率が等方性を示す材料で形成されていたが、試料の材料は特に限定されるものではない。熱伝導率が異方性を示す材料で形成された試料であっても、複数のモードの熱共振を利用すれば熱定数を測定することができる。例えば、2つの独立な熱伝導率を有する試料においては、2つのモードの熱共振を発生させてそれぞれのモードに対応する減衰係数を取得すれば、これらの2つの熱伝導率を決定することができる。 In each of the above embodiments, the sample S is formed of a material whose thermal conductivity is isotropic, but the material of the sample is not particularly limited. Even for a sample formed of a material whose thermal conductivity is anisotropic, the thermal constant can be measured by utilizing thermal resonance of a plurality of modes. For example, in a sample having two independent thermal conductivities, if two modes of thermal resonance are generated to obtain attenuation coefficients corresponding to the respective modes, these two thermal conductivities can be determined. it can.
また、上記各実施形態においては、直方体状の試料Sの熱定数を測定していたが、複雑な形状の試料の熱定数を測定することもできる。この場合、上記式(4)は適用できないが、例えば、有限要素法やスペクトル法等の公知の方法で上記式(3)の熱伝導方程式に基づく固有値問題を解くことにより、試料の温度分布、すなわち、試料において発生し得る熱共振のモードを求めればよい。試料において発生する熱共振のモードが決定すれば、上記各実施形態と同様にして、測定された温度の時間変化に基づく減衰係数から試料の熱拡散率及び熱伝導率を求めることができる。具体的には、固有値方程式を解いて得られるある形状のある測定対象モードの無次元固有値を−λとおくと上記の式(9)左辺に相当する測定可能な有次元減衰係数λmとの間には、下記の式(10)の関係がある。なお、式(10)のLは代表長さである。この式から熱伝導率等が算出できる。 Moreover, in each said embodiment, although the thermal constant of the rectangular parallelepiped sample S was measured, the thermal constant of the sample of a complicated shape can also be measured. In this case, although the above equation (4) is not applicable, for example, by solving the eigenvalue problem based on the heat conduction equation of the above equation (3) by a known method such as a finite element method or a spectrum method, the temperature distribution of the sample, That is, a mode of thermal resonance that can occur in the sample may be obtained. If the mode of thermal resonance generated in the sample is determined, the thermal diffusivity and the thermal conductivity of the sample can be obtained from the attenuation coefficient based on the time variation of the measured temperature, as in the above embodiments. Specifically, if a dimensionless eigenvalue of a measurement target mode having a certain shape obtained by solving the eigenvalue equation is set to −λ, a measurable dimensional attenuation coefficient λ m corresponding to the left side of the above equation (9) is obtained. There is a relationship of the following formula (10) between them. In addition, L of Formula (10) is a representative length. From this equation, the thermal conductivity and the like can be calculated.
ここで、上記各実施形態に係る熱定数の測定方法の共通概念について、図12のフローチャートを参照しつつ説明する。 Here, the common concept of the thermal constant measurement method according to each of the above embodiments will be described with reference to the flowchart of FIG.
図12に示すように、まず、試料において発生させる熱共振のモードを決定する(ステップS1)。このとき、上述したように、試料において発生する熱共振のモードの選択性の観点から、減衰係数が極力小さいと予想される熱共振のモードを選択することが好ましい。 As shown in FIG. 12, first, the mode of thermal resonance generated in the sample is determined (step S1). At this time, as described above, it is preferable to select a thermal resonance mode in which the attenuation coefficient is expected to be as small as possible from the viewpoint of the selectivity of the mode of thermal resonance generated in the sample.
次に、試料において、ステップS1で決定した熱共振のモードの腹部に相当する部分(励起部)を瞬間的に加熱することによって、そのモードの熱共振を発生させる(ステップS2)。そして、熱共振が発生してから平衡状態に達するまで、試料において、熱共振のモードの腹部に相当する部分(検出部)の温度を測定する(ステップS3)。 Next, in the sample, a portion corresponding to the abdomen of the thermal resonance mode determined in step S1 (excitation portion) is instantaneously heated to generate thermal resonance in that mode (step S2). Then, from the occurrence of thermal resonance until the equilibrium state is reached, the temperature of the portion corresponding to the abdomen of the thermal resonance mode (detection unit) is measured in the sample (step S3).
その後、ステップS3において測定した温度の時間変化に基づいて減衰係数を算出し(ステップS4)、この減衰係数に基づいて試料の熱拡散率を算出する(ステップS5)。なお、試料の密度及び比熱が既知である場合は、熱拡散率から熱伝導率を求めてもよい。 Thereafter, an attenuation coefficient is calculated based on the time variation of the temperature measured in step S3 (step S4), and the thermal diffusivity of the sample is calculated based on the attenuation coefficient (step S5). In addition, when the density and specific heat of the sample are known, the thermal conductivity may be obtained from the thermal diffusivity.
以下、実施例によって本発明をさらに詳しく説明する。ただし、本発明は下記実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
X軸方向(幅方向)の長さLxが1.978mm、Y軸方向(奥行方向)の長さLyが1.492mm、Z軸方向(高さ方向)の長さLzが1.011mmのアルミニウム直方体(試料S)について、MODE5(図3(e))の熱共振現象を再現するシミュレーションを構築し、減衰係数の理論値を求めた。
Example 1
The length L x in the X-axis direction (width direction) is 1.978 mm, the length L y in the Y-axis direction (depth direction) is 1.492 mm, and the length L z in the Z-axis direction (height direction) is 1. For a 011 mm aluminum rectangular parallelepiped (sample S), a simulation that reproduces the thermal resonance phenomenon of MODE5 (FIG. 3E) was constructed, and the theoretical value of the damping coefficient was obtained.
図13に示すように、実施例1においては、試料Sの上面中央点P11を励起点とし、上面中央点P11、上面右側の辺の中心点P12、及び上面手前側の辺の中心点P13を検出点として、シミュレーションを行った。なお、検出点P11〜P13のいずれも、MODE5の熱共振の腹部に位置している。実施例1のシミュレーションによって導き出された理論上の減衰係数λ1は、980.4s−1であった。一方、上記各実施形態において説明した測定方法によって算出された減衰係数λ200は、985.74s−1であった。 As shown in FIG. 13, in Example 1, the upper surface center point P11 of the sample S is used as an excitation point, and the upper surface center point P11, the center point P12 on the right side of the upper surface, and the center point P13 on the near side of the upper surface. Simulation was performed as a detection point. Note that all of the detection points P11 to P13 are located in the abdomen of thermal resonance of MODE5. The theoretical damping coefficient λ 1 derived by the simulation of Example 1 was 980.4 s −1 . On the other hand, the attenuation coefficient λ 200 calculated by the measurement method described in the above embodiments was 985.74 s −1 .
(実施例2)
実施例1と同様の試料について、MODE1(図3(a))の熱共振現象を再現するシミュレーションを構築し、減衰係数の理論値を求めた。
(Example 2)
A simulation that reproduces the thermal resonance phenomenon of MODE 1 (FIG. 3A) was constructed for the same sample as in Example 1, and the theoretical value of the damping coefficient was obtained.
図14に示すように、実施例2においては、試料Sの上面左側の辺の中心点P21を励起点とし、上面左側の辺の中心点P21、上面中央点P22、及び下面奥側の頂点P23を検出点として、シミュレーションを行った。なお、検出点P21及びP23はMODE1の熱共振の腹部に位置しているが、検出点P22はMODE1の熱共振の節部に位置している。実施例2のシミュレーションによって導き出された理論上の減衰係数λ2は、246.6s−1であった。一方、上記各実施形態において説明した測定方法によって算出された減衰係数λ100は、246.6s−1であった。 As shown in FIG. 14, in Example 2, the center point P21 on the left side of the upper surface of the sample S is used as the excitation point, the center point P21 on the left side of the upper surface, the upper surface center point P22, and the vertex P23 on the lower surface side. A simulation was carried out using as a detection point. The detection points P21 and P23 are located at the antinodes of the thermal resonance of MODE1, while the detection points P22 are located at the nodes of the thermal resonance of MODE1. The theoretical damping coefficient λ 2 derived by the simulation of Example 2 was 246.6 s −1 . On the other hand, the attenuation coefficient λ 100 calculated by the measurement method described in each of the above embodiments was 246.6 s −1 .
(実施例3)
実施例1と同様の試料について、モード2(図3(b))の熱共振現象を再現するシミュレーションを構築し、減衰係数の理論値を求めた。
(Example 3)
For the same sample as in Example 1, a simulation that reproduces the thermal resonance phenomenon in mode 2 (FIG. 3B) was constructed, and the theoretical value of the damping coefficient was obtained.
図15に示すように、実施例3においては、試料Sの上面奥側の辺の中心点P31を励起点とし、上面奥側の辺の中心点P31、上面中央点P32、及び下面奥側の頂点P33を検出点として、シミュレーションを行った。なお、検出点P31及びP33はモード2の熱共振の腹部に位置しているが、検出点P32はモード2の熱共振の節部に位置している。実施例3のシミュレーションによって導き出された理論上の減衰係数λ3は、432.3s−1であった。一方、上記各実施形態において説明した測定方法によって算出された減衰係数λ010は、433.13s−1であった。
As shown in FIG. 15, in Example 3, the center point P31 of the side on the back side of the upper surface of the sample S is used as an excitation point, the center point P31 of the side on the back side of the top surface, the top surface center point P32, and the back side of the bottom surface. A simulation was performed using the vertex P33 as a detection point. Although the detection points P31 and P33 are located at the antinodes of the
(評価)
以上のように、試料Sにおける熱共振現象のシミュレーションにより、上記各実施形態において説明した測定方法によって算出される減衰係数をほぼ正確に再現することができた。このシミュレーションを用いることにより、例えば、図2に示すように試料Sを支持する場合、この支持によって影響を受けにくいモードの選定を行うことができる。
(Evaluation)
As described above, by the simulation of the thermal resonance phenomenon in the sample S, the attenuation coefficient calculated by the measurement method described in the above embodiments can be reproduced almost accurately. By using this simulation, for example, when the sample S is supported as shown in FIG. 2, it is possible to select a mode that is not easily affected by the support.
S 試料
A1a,A5a〜A5c 腹部
E1a,E5a〜E5c 励起部(第1の部分)
D1a,D5a〜D5a 検出部(第2の部分)
8 黒体
S Sample A1a, A5a-A5c Abdominal part E1a, E5a-E5c Excitation part (1st part)
D1a, D5a to D5a detector (second part)
8 Black body
Claims (9)
前記試料において発生させる熱共振のモードを決定するステップと、
前記試料において、前記決定されたモードの熱共振の腹部に位置する第1の部分を瞬間的に加熱することによって、前記決定されたモードの熱共振を発生させるステップと、
前記熱共振が発生している試料において、前記決定されたモードの熱共振の腹部に位置する第2の部分の温度を所定時間測定するステップと、
前記第2の部分の温度の時間変化に基づいて減衰係数を算出するステップと、
前記減衰係数に基づいて前記試料の熱拡散率を算出するステップと、
を備える、熱定数の測定方法。 A method for measuring the thermal constant of a sample using a thermal resonance phenomenon,
Determining a mode of thermal resonance generated in the sample;
Generating a thermal resonance of the determined mode by instantaneously heating a first portion located in the abdomen of the thermal resonance of the determined mode in the sample;
Measuring a temperature of a second portion located in an abdomen of the determined mode thermal resonance for a predetermined time in the sample in which the thermal resonance occurs;
Calculating an attenuation coefficient based on a temporal change in temperature of the second portion;
Calculating a thermal diffusivity of the sample based on the attenuation coefficient;
A method for measuring a thermal constant.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012272443A JP5993735B2 (en) | 2012-12-13 | 2012-12-13 | Thermal constant measurement method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012272443A JP5993735B2 (en) | 2012-12-13 | 2012-12-13 | Thermal constant measurement method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014119274A JP2014119274A (en) | 2014-06-30 |
JP5993735B2 true JP5993735B2 (en) | 2016-09-14 |
Family
ID=51174244
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012272443A Active JP5993735B2 (en) | 2012-12-13 | 2012-12-13 | Thermal constant measurement method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5993735B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104132961B (en) * | 2014-07-07 | 2016-08-17 | 蓝星(北京)技术中心有限公司 | Exchanger heat switching performance real-time estimating method, device and heat-exchange system |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000146880A (en) * | 1998-11-13 | 2000-05-26 | Shinku Riko Kk | Method for measuring thermal conductivity of thin film on substrate by optical heating angstrom method, and sample used for measurement therein |
JP4104785B2 (en) * | 1999-06-04 | 2008-06-18 | アルバック理工株式会社 | Method and apparatus for measuring thermal diffusivity of thin film by laser heating angstrom method |
JP4817328B2 (en) * | 2007-06-18 | 2011-11-16 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Thermophysical property measurement method |
-
2012
- 2012-12-13 JP JP2012272443A patent/JP5993735B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014119274A (en) | 2014-06-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6301951B2 (en) | Sample inspection method and system using thermography | |
JP6632624B2 (en) | Get true diffusion constant | |
KR20170049590A (en) | Thermographic examination means and method for non-destructive examination of a near-surface structure at a test object | |
EP2840385A1 (en) | Lock-in thermography method and system for determining material layer parameters of a sample | |
EP2733482B1 (en) | Heat generation point detection method and device | |
WO2012154384A1 (en) | Interferometric material sensing apparatus including adjustable coupling and associated methods | |
WO2012154386A1 (en) | Interferometric material sensing apparatus including adjustable reference arm and associated methods | |
JP4980147B2 (en) | Thermophysical property measuring device, thermophysical property measuring method | |
CN106768464A (en) | A kind of laser-ultrasound detection method and system in uniform material component inside temperature field | |
Delauré et al. | A simultaneous PIV and heat transfer study of bubble interaction with free convection flow | |
JP5993735B2 (en) | Thermal constant measurement method | |
WO2012154382A1 (en) | Interferometric sensing apparatus including adjustable reference arm and associated methods | |
Thiel et al. | Localization of subsurface defects in uncoated aluminum with structured heating using high-power VCSEL laser arrays | |
JP6127019B2 (en) | Method for measuring thermal diffusivity of translucent materials | |
WO2012154385A1 (en) | Interferometric biological sensing apparatus including adjustable reference arm and associated methods | |
JP7351503B2 (en) | Thermal resistance information acquisition device, thermal resistance information acquisition method, program, and contact information acquisition device | |
WO2012154383A1 (en) | Interferometric biometric sensing apparatus including adjustable coupling and associated methods | |
JP6730792B2 (en) | Thermophysical property measuring device and thermophysical property measuring method | |
JP2017072475A (en) | Optical nondestructive inspection apparatus and optical nondestructive inspection method | |
JP3732491B2 (en) | Ultrasonic flaw detection method and apparatus using longitudinal wave and transverse wave diffracted wave | |
JP2012103176A (en) | Inspection apparatus | |
JP2011185706A (en) | Method and device for monitoring surface defect using laser ultrasonic waves | |
JP2002303597A (en) | Device and method for measuring thermal property | |
JP6457546B2 (en) | Analysis apparatus and analysis method | |
JP5889061B2 (en) | Apparatus and method for measuring solid surface temperature by light heating |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151006 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160810 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160816 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160822 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5993735 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |