JPH0526850A - 熱伝導度測定装置 - Google Patents
熱伝導度測定装置Info
- Publication number
- JPH0526850A JPH0526850A JP3181168A JP18116891A JPH0526850A JP H0526850 A JPH0526850 A JP H0526850A JP 3181168 A JP3181168 A JP 3181168A JP 18116891 A JP18116891 A JP 18116891A JP H0526850 A JPH0526850 A JP H0526850A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- photoacoustic
- thermal conductivity
- measured
- heat
- Prior art date
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- Pending
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、被測定物の裏面に熱が十分伝わら
ないような熱伝導度の小さい試料の測定ができ、かつ、
被測定物と非接触で試料の熱伝導度を測定することがで
きる熱伝導度測定装置を提供することを目的とする。 【構成】 本発明は、被測定物の端面近傍において、光
音響測定によるエッジ効果によって発せられる光音響位
相信号を測定し、上記被測定物の微小領域の熱伝導度を
非破壊的に求める熱伝導度測定装置である。
ないような熱伝導度の小さい試料の測定ができ、かつ、
被測定物と非接触で試料の熱伝導度を測定することがで
きる熱伝導度測定装置を提供することを目的とする。 【構成】 本発明は、被測定物の端面近傍において、光
音響測定によるエッジ効果によって発せられる光音響位
相信号を測定し、上記被測定物の微小領域の熱伝導度を
非破壊的に求める熱伝導度測定装置である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定物の微小領域の
熱伝導度を非破壊的に求めるのに適した熱伝導度測定装
置に関する。
熱伝導度を非破壊的に求めるのに適した熱伝導度測定装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、熱伝導度を測定する装置としては
パルス光を照射したときの発生熱の拡散の様子、あるい
は断続光を照射して光交流温度振幅を熱電対で裏面から
読み取って測定していた。
パルス光を照射したときの発生熱の拡散の様子、あるい
は断続光を照射して光交流温度振幅を熱電対で裏面から
読み取って測定していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の熱伝導度測定装置では、例えば熱伝導度が非常
に小さい試料の様な裏面に熱が十分伝わらない試料の測
定には適しておらず、また、測定の際熱電対を用いる場
合、試料に銀ペースト等で接着しなければならず試料を
汚損するおそれもあるという問題があった。
た従来の熱伝導度測定装置では、例えば熱伝導度が非常
に小さい試料の様な裏面に熱が十分伝わらない試料の測
定には適しておらず、また、測定の際熱電対を用いる場
合、試料に銀ペースト等で接着しなければならず試料を
汚損するおそれもあるという問題があった。
【０００４】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、被測定物の裏面に熱が十分伝わらないよう
な熱伝導度の小さい試料の測定ができ、かつ、被測定物
と非接触で試料の熱伝導度を測定することができる熱伝
導度測定装置を提供することを目的とする。
ものであり、被測定物の裏面に熱が十分伝わらないよう
な熱伝導度の小さい試料の測定ができ、かつ、被測定物
と非接触で試料の熱伝導度を測定することができる熱伝
導度測定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明熱伝導度測定装置
は、例えば図１に示すように、被測定物１０の端面近傍
において、光音響測定によるエッジ効果によって発せら
れる光音響位相信号を測定し、この被測定物１０の微小
領域の熱伝導度を非破壊的に求めるものである。
は、例えば図１に示すように、被測定物１０の端面近傍
において、光音響測定によるエッジ効果によって発せら
れる光音響位相信号を測定し、この被測定物１０の微小
領域の熱伝導度を非破壊的に求めるものである。
【０００６】
【作用】本発明熱伝導度測定装置によれば、被測定物の
端面近傍において、光音響測定によるエッジ効果によっ
て発せられる光音響位相信号を測定し、この被測定物の
微小領域の熱伝導度を非破壊的に求めることにより、被
測定物の裏面に熱が十分伝わらないような試料の熱伝導
度の測定ができ、かつ、被測定物と非接触で試料の熱伝
導度を測定することができる。
端面近傍において、光音響測定によるエッジ効果によっ
て発せられる光音響位相信号を測定し、この被測定物の
微小領域の熱伝導度を非破壊的に求めることにより、被
測定物の裏面に熱が十分伝わらないような試料の熱伝導
度の測定ができ、かつ、被測定物と非接触で試料の熱伝
導度を測定することができる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明熱伝導度測定装置の一実施例に
ついて図１から図７を参照して説明する。
ついて図１から図７を参照して説明する。
【０００８】先ず、本実施例で使用した光音響装置は図
１に示すように、光学系、制御系、試料収納部及び信号
処理系より構成されるものである。
１に示すように、光学系、制御系、試料収納部及び信号
処理系より構成されるものである。
【０００９】光学系は光源としてのアルゴンレーザ発生
装置１、変調器としてのライトチョッパ２、Ｘ軸及びＹ
軸スキャナミラー３ａ及び３ｂ、集光用の平凸レンズ及
び光学顕微鏡５よりなるものである。ここでは平凸レン
ズは走査される光線が平行になるように、スキャナミラ
ーから焦点距離だけ離れた位置に取付けられている。ま
た光学顕微鏡５の対物レンズには、光音響セル１１と当
接しないように超長作動距離用のものを使用した。
装置１、変調器としてのライトチョッパ２、Ｘ軸及びＹ
軸スキャナミラー３ａ及び３ｂ、集光用の平凸レンズ及
び光学顕微鏡５よりなるものである。ここでは平凸レン
ズは走査される光線が平行になるように、スキャナミラ
ーから焦点距離だけ離れた位置に取付けられている。ま
た光学顕微鏡５の対物レンズには、光音響セル１１と当
接しないように超長作動距離用のものを使用した。
【００１０】なお、アルゴンレーザ発生装置１及びライ
トチョッパ２の代わりに、変調したレーザを用いること
も可能である。
トチョッパ２の代わりに、変調したレーザを用いること
も可能である。
【００１１】ここで、光音響効果について説明する。こ
の光音響効果は図２に示すように、試料１０の光吸収に
よる熱の発生で、物質自体やその表面に接する気体が交
流的な温度変化を示し、膨張、収縮を繰り返すことによ
って音響信号が発生する現象である。例えばマイクロホ
ン１２等を介して得られる光音響信号は、光照射領域１
０ａ内の吸光的性質や、下の数１で決定される熱拡散長
領域１０ｂ内の熱的性質の情報を含んでいる。
の光音響効果は図２に示すように、試料１０の光吸収に
よる熱の発生で、物質自体やその表面に接する気体が交
流的な温度変化を示し、膨張、収縮を繰り返すことによ
って音響信号が発生する現象である。例えばマイクロホ
ン１２等を介して得られる光音響信号は、光照射領域１
０ａ内の吸光的性質や、下の数１で決定される熱拡散長
領域１０ｂ内の熱的性質の情報を含んでいる。
【数１】
【００１２】制御系としてはスキャナミラー３ａ，３ｂ
をコントロールするためのＸ軸、Ｙ軸ドライバ６，７及
び制御用のパーソナルコンピュータ８（Ｄ／Ａコンバー
タ９を含む）が設けられている。
をコントロールするためのＸ軸、Ｙ軸ドライバ６，７及
び制御用のパーソナルコンピュータ８（Ｄ／Ａコンバー
タ９を含む）が設けられている。
【００１３】一方、試料１０の収納には、マイクロホン
による測定のため、密閉した光音響セル１１が使用され
ており、この光音響セル１１内には試料１０を収納する
ための空間の他、マイクロホン１２とプリアンプ１３を
収納する空間が設けられている。
による測定のため、密閉した光音響セル１１が使用され
ており、この光音響セル１１内には試料１０を収納する
ための空間の他、マイクロホン１２とプリアンプ１３を
収納する空間が設けられている。
【００１４】信号処理系は検出器としてのマイクロホン
１２、信号増幅のためのプリアンプ１３及びロックイン
アンプ１４があり、このロックインアンプ１４からの出
力がＡ／Ｄコンバータ１５を介してポーソナルコンピュ
ータ８に直接取り込まれ、モニターディスプレイ１６に
表示される。
１２、信号増幅のためのプリアンプ１３及びロックイン
アンプ１４があり、このロックインアンプ１４からの出
力がＡ／Ｄコンバータ１５を介してポーソナルコンピュ
ータ８に直接取り込まれ、モニターディスプレイ１６に
表示される。
【００１５】なお、ここでは検出器としてマイクロホン
１２を用いたが、圧電素子等のセンサーで検出すること
もできる。
１２を用いたが、圧電素子等のセンサーで検出すること
もできる。
【００１６】また、ロックインアンプ１４からの出力
は、Ａ／Ｄコンバータ１５を介して直接取り込むように
しているが、ＧＰ−ＩＢバスを経由する等、様々なバリ
エーションを採ることができる。
は、Ａ／Ｄコンバータ１５を介して直接取り込むように
しているが、ＧＰ−ＩＢバスを経由する等、様々なバリ
エーションを採ることができる。
【００１７】上述の構成の光音響装置では電気的なノイ
ズと振動的なノイズの発生が予想される。前者は外部か
らマイクロホン１２とプリアンプ１３の間のコードにピ
ックアップされるもの、マイクロホン１２やプリアンプ
１３の素子が発生源になっているものなどである。そこ
でマイクロホン１２とプリアンプ１３の電源には電池を
使用し、また光音響セル１１を外部と接地することで外
部からの影響をなるべく受けないようにした。
ズと振動的なノイズの発生が予想される。前者は外部か
らマイクロホン１２とプリアンプ１３の間のコードにピ
ックアップされるもの、マイクロホン１２やプリアンプ
１３の素子が発生源になっているものなどである。そこ
でマイクロホン１２とプリアンプ１３の電源には電池を
使用し、また光音響セル１１を外部と接地することで外
部からの影響をなるべく受けないようにした。
【００１８】また、後者は床を伝わってくる様々な振動
をマイクロホン１２が拾うことによるものと考えられ
る。そこで、装置全体を防振台の上に載せ、外部からの
振動を極力除去するようにした。
をマイクロホン１２が拾うことによるものと考えられ
る。そこで、装置全体を防振台の上に載せ、外部からの
振動を極力除去するようにした。
【００１９】一方上述の光音響装置におけるソフトウェ
アは図４に示すように、走査を制御する部分１７と測定
データを処理する部分１８とから構成されている。
アは図４に示すように、走査を制御する部分１７と測定
データを処理する部分１８とから構成されている。
【００２０】制御系を処理するパラメータには、走査幅
と走査速度があり、各々いくつかの値を選択することが
できるようになっている。そして設定したパラメータ
は、測定時にデータベース１９に蓄えられる。
と走査速度があり、各々いくつかの値を選択することが
できるようになっている。そして設定したパラメータ
は、測定時にデータベース１９に蓄えられる。
【００２１】Ｘ−Ｙミラー制御処理ステップ２０におい
て処理されたスキャナ制御信号は、パーソナルコンピュ
ータ８からＤ／Ａコンバータ９を介してスキャナミラー
ドライバに送られるようになっており、Ｘ軸用６とＹ軸
用７に２チャンネルの信号を使用している。
て処理されたスキャナ制御信号は、パーソナルコンピュ
ータ８からＤ／Ａコンバータ９を介してスキャナミラー
ドライバに送られるようになっており、Ｘ軸用６とＹ軸
用７に２チャンネルの信号を使用している。
【００２２】マイクロホン１２より発せられる電気信号
は、プリアンプ１３、ロックインアンプ１４を通って、
Ａ／Ｄコンバータ１５へと送られ、パーソナルコンピュ
ータ８に入力される。
は、プリアンプ１３、ロックインアンプ１４を通って、
Ａ／Ｄコンバータ１５へと送られ、パーソナルコンピュ
ータ８に入力される。
【００２３】測定時に取り込まれた入力データは１次元
画像としてモニターディスプレイ１６にカラー表示する
ように処理されデータ入力ステップ２１、データ画像ス
テップ２２及びデータ出力ステップ２３を介して逐次デ
ータベース１９へと転送される。
画像としてモニターディスプレイ１６にカラー表示する
ように処理されデータ入力ステップ２１、データ画像ス
テップ２２及びデータ出力ステップ２３を介して逐次デ
ータベース１９へと転送される。
【００２４】以上が、本実施例で使用した光音響装置の
ハードウェア及びソフトウェアの構成であるが、この光
音響装置を使用して試料１０について実際に測定を行っ
た。以下、その測定結果について詳述する。
ハードウェア及びソフトウェアの構成であるが、この光
音響装置を使用して試料１０について実際に測定を行っ
た。以下、その測定結果について詳述する。
【００２５】測定した試料は光照射面及び端部側面が鏡
面加工されたフェライトである。この試料１０を光音響
セル１１内に収納し、図３に示すように、中を密閉状態
とするためにガラス板１１ｄにグリスを塗って封着した
後、光学顕微鏡５のステージに載せ、通常の顕微鏡５の
光学像にて光学的焦点近傍位置にセットした。次いでア
ルゴンレーザ発生装置１よりレーザを発生させて適当な
パワーで試料１０の表面を照射し、再度レーザで焦点を
合わせた。そして試料１０の光音響測定を行った。
面加工されたフェライトである。この試料１０を光音響
セル１１内に収納し、図３に示すように、中を密閉状態
とするためにガラス板１１ｄにグリスを塗って封着した
後、光学顕微鏡５のステージに載せ、通常の顕微鏡５の
光学像にて光学的焦点近傍位置にセットした。次いでア
ルゴンレーザ発生装置１よりレーザを発生させて適当な
パワーで試料１０の表面を照射し、再度レーザで焦点を
合わせた。そして試料１０の光音響測定を行った。
【００２６】その結果図５に示すように試料１０の端面
のエッジ効果による位相の変化が観察された。すなわ
ち、図５に示すように端面に近づくにつれて位相の値が
徐々に小さくなり、やがて極小値を示した後に急激に上
昇してエッジが観測される。下の数２より、極小値は、
エッジより熱拡散長を１．０４倍した長さの内部にあら
われることが導出される（図６参照）。
のエッジ効果による位相の変化が観察された。すなわ
ち、図５に示すように端面に近づくにつれて位相の値が
徐々に小さくなり、やがて極小値を示した後に急激に上
昇してエッジが観測される。下の数２より、極小値は、
エッジより熱拡散長を１．０４倍した長さの内部にあら
われることが導出される（図６参照）。
【００２７】
【数２】
【００２８】図５においては、種々の周波数における極
小値の生じる距離を求め、１．０４で割ることにより熱
拡散長μｓを求めた。その結果は表１に示すとおりであ
る。
小値の生じる距離を求め、１．０４で割ることにより熱
拡散長μｓを求めた。その結果は表１に示すとおりであ
る。
【００２９】
【表１】
【００３０】また、熱拡散長μｓは理論どおり数１に示
されるように周波数の平方根に反比例することが確認さ
れた。周波数２００Ｈｚ，４００Ｈｚ，６００Ｈｚ，９
００Ｈｚ，１２００Ｈｚの時の熱拡散長μｓと周波数の
関係を図７に表示してある。
されるように周波数の平方根に反比例することが確認さ
れた。周波数２００Ｈｚ，４００Ｈｚ，６００Ｈｚ，９
００Ｈｚ，１２００Ｈｚの時の熱拡散長μｓと周波数の
関係を図７に表示してある。
【００３１】次に、これらの結果をもとにして熱伝導度
の算定を行った。数１より熱伝導度は下式で求められ
る。
の算定を行った。数１より熱伝導度は下式で求められ
る。
【数３】 なお、試料に用いたフェライトの物性値は以下の通りで
ある。 密度ρ＝４．９５〔ｇ／ｃｍ3 〕 比熱ｃ＝０．６７
〔ｋＪ／ｋｇＫ〕 よって表１、数３および物性値から熱伝導度ｋを求める
ことができる。その結果を表２に示す。
ある。 密度ρ＝４．９５〔ｇ／ｃｍ3 〕 比熱ｃ＝０．６７
〔ｋＪ／ｋｇＫ〕 よって表１、数３および物性値から熱伝導度ｋを求める
ことができる。その結果を表２に示す。
【００３２】
【表２】
【００３３】上の結果より測定に用いたフェライトの熱
伝導度は平均して３．５７〔Ｗ／ｍＫ〕である。なお、
それぞれの周波数における値のばらつきは測定誤差のた
めと考えられる。
伝導度は平均して３．５７〔Ｗ／ｍＫ〕である。なお、
それぞれの周波数における値のばらつきは測定誤差のた
めと考えられる。
【００３４】以上説明したように、本発明熱伝導度測定
装置によれば、被測定物の裏面に熱が十分伝わらないよ
うな熱伝導度の小さい試料の測定ができ、かつ、被測定
物と非接触で試料の熱伝導度を測定することができると
いう利益が得られる。
装置によれば、被測定物の裏面に熱が十分伝わらないよ
うな熱伝導度の小さい試料の測定ができ、かつ、被測定
物と非接触で試料の熱伝導度を測定することができると
いう利益が得られる。
【００３５】なお、本発明は上述の実施例に限らず本発
明の要旨を逸脱することなく種々の構成を採り得ること
はもちろんである。
明の要旨を逸脱することなく種々の構成を採り得ること
はもちろんである。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明熱伝導度測
定装置によれば、被測定物の裏面に熱が十分伝わらない
ような熱伝導度の小さい試料の測定ができ、かつ、被測
定物と非接触で試料の熱伝導度を測定することができる
という利益が得られる。
定装置によれば、被測定物の裏面に熱が十分伝わらない
ような熱伝導度の小さい試料の測定ができ、かつ、被測
定物と非接触で試料の熱伝導度を測定することができる
という利益が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本例の熱伝導度測定装置のハードウェア構成図
である。
である。
【図２】光音響効果の原理の模式図である。
【図３】本例で用いた光音響セルの斜視図である。
【図４】本例の熱伝導度測定装置のソフトウェア構成図
である。
である。
【図５】位相に対するエッジからの距離の効果を示す線
図である。
図である。
【図６】位相の極小位置と熱拡散長との関係を示す線図
である。
である。
【図７】熱拡散長と周波数の関係を示す線図である。
１ アルゴンレーザ発生装置 ２ ライトチョッパ ３ａ，３ｂ スキャナミラー ８ パーソナルコンピュータ １０ 試料 １１ 光音響セル １２ マイクロホン
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 被測定物の端面近傍において、光音響測
定によるエッジ効果によって発せられる光音響位相信号
を測定し、上記被測定物の微小領域の熱伝導度を非破壊
的に求めることを特徴とする熱伝導度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3181168A JPH0526850A (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | 熱伝導度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3181168A JPH0526850A (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | 熱伝導度測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0526850A true JPH0526850A (ja) | 1993-02-02 |
Family
ID=16096078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3181168A Pending JPH0526850A (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | 熱伝導度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0526850A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6419761B1 (en) | 1998-03-04 | 2002-07-16 | Nippon Steel Corporation | Steels for cold forging and process for producing the same |
| KR100834965B1 (ko) * | 2001-10-10 | 2008-06-03 | 에스케이케미칼주식회사 | 천연 살충 조성물 |
-
1991
- 1991-07-22 JP JP3181168A patent/JPH0526850A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6419761B1 (en) | 1998-03-04 | 2002-07-16 | Nippon Steel Corporation | Steels for cold forging and process for producing the same |
| KR100834965B1 (ko) * | 2001-10-10 | 2008-06-03 | 에스케이케미칼주식회사 | 천연 살충 조성물 |
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