JPH08261967A - Measuring method and device for thermal constant using laser flash method - Google Patents

Measuring method and device for thermal constant using laser flash method

Info

Publication number
JPH08261967A
JPH08261967A JP9429195A JP9429195A JPH08261967A JP H08261967 A JPH08261967 A JP H08261967A JP 9429195 A JP9429195 A JP 9429195A JP 9429195 A JP9429195 A JP 9429195A JP H08261967 A JPH08261967 A JP H08261967A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
deviation
specific heat
thermal diffusivity
temperature response
biot number
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.)
Granted
Application number
JP9429195A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3568271B2 (en
Inventor
Kazuya Hosono
和也 細野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CHIYOUKOUON ZAIRYO KENKYUSHO K
CHIYOUKOUON ZAIRYO KENKYUSHO KK
YAMAGUCHI PREF GOV SANGYO GIJU
YAMAGUCHI PREF GOV SANGYO GIJUTSU KAIHATSU KIKO
Original Assignee
CHIYOUKOUON ZAIRYO KENKYUSHO K
CHIYOUKOUON ZAIRYO KENKYUSHO KK
YAMAGUCHI PREF GOV SANGYO GIJU
YAMAGUCHI PREF GOV SANGYO GIJUTSU KAIHATSU KIKO
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CHIYOUKOUON ZAIRYO KENKYUSHO K, CHIYOUKOUON ZAIRYO KENKYUSHO KK, YAMAGUCHI PREF GOV SANGYO GIJU, YAMAGUCHI PREF GOV SANGYO GIJUTSU KAIHATSU KIKO filed Critical CHIYOUKOUON ZAIRYO KENKYUSHO K
Priority to JP09429195A priority Critical patent/JP3568271B2/en
Publication of JPH08261967A publication Critical patent/JPH08261967A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3568271B2 publication Critical patent/JP3568271B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE: To accurately and efficiently determine the thermal constants of an unknown layer in a multi-layer material by comparing the temperature response on the back face side obtained when a laser flash is radiated from the surface side of the multi- layer material and the theoretical temperature response including thermal diffusivity, specific heat, and Biot number as variables. CONSTITUTION: The temperature response on the back face side obtained when a laser pulse is radiated from the surface of a multi-layer material containing one layer having unknown thermal diffusivity (α) and specific heat (c) is fed to a computer. It is compared with the theoretical temperature response F(α, c, h, t) or F'(α, c, h, p) including the thermal diffusivity α, specific heat (c), and Biot number (h) of the surface and back face of an unknown layer in the material set from documentary records as variables and calculated as a function of the time (t) or Laplace variable (p) of the temperature response. The thermal diffusivity α, specific heat (c), and Biot number (h) are set when the deviation R between the functions E(t) and E'(p) using the time (t) and variable (p) of the actual temperature response as variables becomes the minimum deviation Rm, then the thermal constants such as the Biot number (h), specific heat (c), and thermal diffusivity α of the unknown layer can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高精度で試料の熱拡散
率、比熱及びビオー数等の熱定数を決定することのでき
るレーザフラッシュ法を用いた熱定数の測定方法及びそ
の装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring a thermal constant using a laser flash method and an apparatus therefor capable of accurately determining a thermal diffusivity, a specific heat and a thermal constant such as Biot number of a sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザフラッシュ法は均質材料の熱拡散
率及び比熱の測定方法として、近年急速に普及してきた
方法であり、他の方法に較べて測定試料が少量でよく、
広い温度範囲まで高精度の測定値が得られるところに特
徴を有している。本方法はレーザにより発生させたパル
スを試料面に照射して、該試料の裏面温度を放射温度計
等を用いて測定し、その温度応答特性のデータから試料
の熱拡散率及び比熱等を求めるものである。
2. Description of the Related Art The laser flash method is a method that has rapidly spread in recent years as a method for measuring the thermal diffusivity and specific heat of a homogeneous material, and requires a small amount of measurement sample compared to other methods.
The feature is that highly accurate measurement values can be obtained over a wide temperature range. In this method, the sample surface is irradiated with a pulse generated by a laser, the back surface temperature of the sample is measured using a radiation thermometer, and the thermal diffusivity and specific heat of the sample are obtained from the data of the temperature response characteristics. It is a thing.

【0003】1次元の物質内部に非定常の熱流がある場
合、δT/δt=α・(δ2 T/δx2 )式により記述
される。Tは温度、αは熱拡散率、xは1次元座標変数
であり、初期条件、及び境界条件を設定することにより
Tの解を求めることができる。この式中の熱拡散率αは
α=κ/(Cp ・ρ)=κ/cで定義され、Cp 、ρ、
cはそれぞれ定圧比熱、密度、単位体積当たりの熱容量
(以下比熱という)である。従って、測定試料の定圧比
熱及び密度がわかれば、熱拡散率αを用いて試料の熱伝
導率κを求めることができる。そして、近年、このよう
なレーザフラッシュ法を多層材料に適用して、多層材料
の中の未知の熱拡散率を求める試みがなされているが、
計算式が複雑になるため多数回の計算を繰り返すことで
計算誤差が蓄積する等の問題により満足のいく結果は得
られていない。ここでは単層材料の熱拡散率解析方法に
ついて述べる。
When there is an unsteady heat flow inside a one-dimensional material, it is described by the equation δT / δt = α · (δ 2 T / δx 2 ). T is temperature, α is thermal diffusivity, x is a one-dimensional coordinate variable, and the solution of T can be obtained by setting initial conditions and boundary conditions. The thermal diffusivity α in this equation is defined by α = κ / (C p · ρ) = κ / c, and C p , ρ,
c is a constant pressure specific heat, density, and heat capacity per unit volume (hereinafter referred to as specific heat). Therefore, if the constant pressure specific heat and density of the measurement sample are known, the thermal conductivity κ of the sample can be obtained using the thermal diffusivity α. Then, in recent years, an attempt has been made to apply such a laser flash method to a multilayer material to obtain an unknown thermal diffusivity in the multilayer material.
Satisfactory results have not been obtained due to problems such as the accumulation of calculation errors due to repeated calculations many times because the calculation formulas are complicated. Here, the method for analyzing the thermal diffusivity of a single layer material is described.

【0004】レーザフラッシュ法における熱拡散率の一
般的な測定方法は、測定試料裏面温度の測定値データに
理論解を一致させるものとして求められる。即ち、一次
元熱伝導方程式による試料の裏面温度の理論温度応答T
は、多層材料中の一層における未知数である熱拡散率
α、比熱c、及び熱損失に関わるパラメータであるビオ
ー数hをそれぞれ仮定して、レーザパルスをQ(t)と
すると、時間tを用いてT=F(α、c、h、t)の関
係式によって厳密に示すことができ、単層材料の場合に
はT=F(α、h、t)となる。しかし、前記理論温度
応答F(α、c、h、t)を現実の裏面温度応答E
(t)によるパターンに合致させる条件で、前記の未知
数α、hを求めるには、式中に三角関数、指数関数を含
む陰関数が含まれ、実際の数値計算は極めて困難となる
ため、一般的には特定の変数について近似値を用い、計
算に使用するデータを特定の領域内のデータのみに限定
する等により、計算を簡略化する方法が取られている。
現在、このようなレーザフラッシュ法による熱拡散率の
解析方法として以下に示すような半価値到達時間t
1/2 法と面積法、及び比熱の解析方法として測定試
料の温度上昇を測定して比熱を求める方法等が知られて
いる。
A general method for measuring the thermal diffusivity in the laser flash method is required to match the theoretical solution to the measured value data of the back surface temperature of the measured sample. That is, the theoretical temperature response T of the backside temperature of the sample by the one-dimensional heat conduction equation
Assuming a thermal diffusivity α, which is an unknown number in one layer in the multilayer material, a specific heat c, and a Biot number h which is a parameter related to heat loss, respectively, when the laser pulse is Q (t), the time t is used. Can be strictly shown by the relational expression of T = F (α, c, h, t), and T = F (α, h, t) in the case of a single layer material. However, the theoretical temperature response F (α, c, h, t) is replaced with the actual back surface temperature response E.
In order to obtain the unknowns α and h under the condition of matching the pattern according to (t), an implicit function including a trigonometric function and an exponential function is included in the formula, and actual numerical calculation is extremely difficult. Specifically, a method of simplifying the calculation is used by using an approximate value for a specific variable and limiting the data used for the calculation to only the data within a specific region.
Currently, as a method of analyzing the thermal diffusivity by such a laser flash method, the half-value arrival time t as shown below is used.
The 1/2 method, the area method, and the method of analyzing the specific heat are known, such as the method of measuring the temperature rise of the measurement sample to obtain the specific heat.

【0005】半価値到達時間法 半価値到達時間t1/2 とは、材料の裏面における温度応
答曲線上で初期温度値から最高上昇温度Tm の半分の値
に温度が上昇するまでに要する時間である。そして、温
度応答曲線上で最高上昇温度Tm の半分の値に温度が上
昇するまでの半価値到達時間t1/2 を用いて、熱損失が
ないと仮定した時に成立するα0 =1.36975L2
/(π2 ・t1/2 )式により、半価値達時間法による熱
拡散率α0 を計算する。ここで、Lは測定試料の厚さで
ある。前記最高上昇温度Tm は、温度立ち上がり後の減
衰曲線をパルス照射時刻に外挿して求める。ついで該減
衰曲線の緩和係数k(減衰曲線の時定数τの逆数)と前
記半価値到達時間t1/2 との積により、熱損失補正係数
Kを求め、該熱損失補正係数Kに前記半価値到達時間に
よる熱拡散率α0 をかけて補正された熱拡散率αを求め
る。
Half-value arrival time method The half-value arrival time t 1/2 is the time required for the temperature to rise from the initial temperature value to half the maximum rising temperature T m on the temperature response curve on the back surface of the material. Is. Then, using the half-value arrival time t 1/2 until the temperature rises to half the maximum rise temperature T m on the temperature response curve, it is established that there is no heat loss, and α 0 = 1. 36975L 2
The thermal diffusivity α 0 by the half-value reaching time method is calculated from the expression / (π 2 · t 1/2 ). Here, L is the thickness of the measurement sample. The maximum temperature rise Tm is obtained by extrapolating the decay curve after the temperature rises to the pulse irradiation time. Then, the heat loss correction coefficient K is obtained from the product of the relaxation coefficient k of the decay curve (the reciprocal of the time constant τ of the decay curve) and the half-value arrival time t 1/2, and the heat loss correction coefficient K is divided by the half value. The corrected thermal diffusivity α is calculated by multiplying the thermal diffusivity α 0 by the value arrival time.

【0006】面積法 温度応答に設定した特定の区間領域での平均温度と、理
論式から求められる平均温度との偏差Rを計算すること
により、熱拡散率αを求める方法であって、温度立ち上
がり後の温度応答の減衰曲線をレーザパルス照射時刻に
外挿して最高上昇温度Tm として、該減衰曲線の時定数
τを用いてビオー数hを熱拡散率αの関数として、ま
た、前記偏差Rを表記し、ついで該偏差Rについての条
件式R=0により、熱拡散率αを計算する方法である。
Area method A method for obtaining a thermal diffusivity α by calculating a deviation R between an average temperature in a specific section area set in the temperature response and an average temperature obtained from a theoretical formula. Extrapolating the subsequent temperature response decay curve to the laser pulse irradiation time as the maximum rise temperature T m , using the time constant τ of the decay curve, the Biot number h as a function of the thermal diffusivity α, and the deviation R Is expressed, and then the thermal diffusivity α is calculated by the conditional expression R = 0 for the deviation R.

【0007】一定量のレーザフラッシュを測定試料に
照射して、測定試料の温度上昇値ΔTを測定することに
より該測定試料の比熱を算出する方法は、以下の手順に
より行う。 (a)吸収エネルギーQの測定 室温において比熱既知の板(通常サファイア板等を使用
する)にグラッシーカーボン板をシリコングリースで張
り付けた後、レーザパルスを照射して吸収エネルギーQ
を測定する。それぞれの重量及び比熱は既知として、温
度上昇値ΔT′の測定値から吸収エネルギーQは下式で
表される。 Q=(M1 1 +M2 2 +M3 3 )・ΔT′ ここに、M1 、M2 、M3 はそれぞれグラッシーカーボ
ン、シリコングリース、及びサファイアの重量であり、
1 、C2 、C3 はそれぞれグラッシーカーボン、シリ
コングリース、及びサファイアの比熱である。 (b)室温における試料比熱測定 次に室温において試料にグラッシーカーボン板をシリコ
ングリースで張り付ける(a)と同様にレーザパルスを
照射して温度上昇値ΔTを測定する。グラッシーカーボ
ンの放射率が等しいとすると吸収エネルギーは等しくな
り次式が成立する。 Q=(M1 1 +M2 2 +Ms s0)・ΔT ここで、Ms は試料の重量、Cs0は室温下における試料
の比熱である。従って、試料の室温下での比熱Cs0
(a)で求めたQを用いて次式で与えられる。 Cs0=(Q・ΔT-1−M1 1 −M2 2 )/Ms (c)高温における試料の比熱測定 試料単体にレーザパルスを照射し、室温、及び高温下に
おける温度上昇値ΔT0 、ΔT1 をそれぞれ測定する。
このとき、Q′=Cs0s ΔT0 、Q″=Cs1s ΔT
1 であり、試料の吸収エネルギーが温度によって変わら
ないとするとQ′=Q″となり、これより試料の比熱は
次式で与えられる。 Cs1=Cs0ΔT0 /ΔT1 レーザパルスの吸収率が小さい場合には、試料に吸収率
の高い材料(カーボンスプレイ等)を塗布して測定す
る。
The method of irradiating a measurement sample with a fixed amount of laser flash and measuring the temperature rise value ΔT of the measurement sample to calculate the specific heat of the measurement sample is performed by the following procedure. (A) Measurement of Absorbed Energy Q After a glassy carbon plate is attached to a plate (usually a sapphire plate or the like) having a known specific heat at room temperature with silicon grease, a laser pulse is applied to absorb the absorbed energy Q.
To measure. The weight and specific heat of each are known, and the absorbed energy Q is expressed by the following equation from the measured value of the temperature rise value ΔT ′. Q = (M 1 C 1 + M 2 C 2 + M 3 C 3 ) ΔT ′ where M 1 , M 2 and M 3 are the weights of glassy carbon, silicon grease and sapphire, respectively.
C 1 , C 2 , and C 3 are the specific heats of glassy carbon, silicon grease, and sapphire, respectively. (B) Measurement of specific heat of sample at room temperature Next, at room temperature, a temperature rise value ΔT is measured by irradiating a laser pulse with a laser pulse in the same manner as in (a) of attaching a glassy carbon plate to a sample with silicon grease. If the emissivities of the glassy carbons are equal, the absorbed energies become equal and the following equation holds. Q = (M 1 C 1 + M 2 C 2 + M s C s0) · ΔT where, M s is the weight of the sample, C s0 is the specific heat of the sample at room temperature. Therefore, the specific heat C s0 of the sample at room temperature is given by the following equation using the Q obtained in (a). C s0 = (Q · ΔT −1 −M 1 C 1 −M 2 C 2 ) / M s (c) Measurement of specific heat of sample at high temperature Temperature rise value at room temperature and high temperature by irradiating laser pulse on sample alone Measure ΔT 0 and ΔT 1 , respectively.
At this time, Q ′ = C s0 M s ΔT 0 , Q ″ = C s1 M s ΔT
1, when the absorbed energy of the sample is not altered by the temperature Q '= Q "becomes, than this specific heat of the sample is given by the following equation. C s1 = C s0 ΔT 0 / ΔT 1 laser pulse absorption rate of If the sample is small, a material having a high absorptivity (such as carbon spray) is applied to the sample for measurement.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たレーザフラッシュ法における熱拡散率及び比熱の解析
方法では、単層材料を対象としているため、多層材料中
の未知の熱拡散率あるいは比熱を求めるような場合に上
述の方法を適用する際には、計算が極めて煩雑になるた
めに計算誤差が蓄積して計算誤差の介在する要素が大き
くなり、精度の高い値を求めることが著しく困難とな
る。図2に示すように、レーザパルスの強度分布を時間
tの関数としてQ(t)のように表記し、該レーザパル
スを多層材料の表面側から照射することにより、裏面側
におけるその温度応答E(t)が得られる。図3はn枚
からなる多層材料の断面図であり、第i層における熱拡
散率α、比熱c及び多層材料の表面と裏面におけるビオ
ー数hが未知数であり、その層の厚み及び残りの層につ
いての全ての熱定数及び厚みが既知であるとする。
However, in the above-described method of analyzing thermal diffusivity and specific heat in the laser flash method, since a single layer material is targeted, an unknown thermal diffusivity or specific heat in a multilayer material should be obtained. In such a case, when the above method is applied, the calculation becomes extremely complicated, and the calculation error accumulates, the elements intervening the calculation error increase, and it becomes extremely difficult to obtain a highly accurate value. As shown in FIG. 2, the intensity distribution of the laser pulse is represented as Q (t) as a function of time t, and by irradiating the laser pulse from the front surface side of the multilayer material, its temperature response E on the back surface side is shown. (T) is obtained. FIG. 3 is a cross-sectional view of a multilayer material consisting of n sheets, in which the thermal diffusivity α in the i-th layer, the specific heat c and the Biot number h on the front and back surfaces of the multilayer material are unknown, and the thickness of the layer and the remaining layers All thermal constants and thicknesses for

【0009】そして、このような裏面側の理論温度応答
Tは、T=F(α、c、h、t)として厳密に表記さ
れ、多層材料中の熱特性値であるα、c、hの具体的な
数値を与えることにより理論温度応答Tと温度応答Eと
の偏差を計算することができる。そして、前記偏差が小
さいほど理論温度応答Tと温度応答Eとの適合度が高
く、このとき設定されるα、c、hの値の精度は高くな
る。即ち、図2に示すF(α、c、h、t)よりもF
(α′、c′、h′、t)の方が温度応答E(t)との
偏差が大きく、従って(α、c、h)の方が(α′、
h′、c′)よりも精度の高い数値となる。しかし、多
層材料における理論温度応答T=F(α、c、h、t)
の式が複雑となるために、このような偏差の最小値を数
学的解析手段で厳密に求めることは極めて困難である。
Then, such a theoretical temperature response T on the back surface side is strictly expressed as T = F (α, c, h, t), and is represented by the thermal characteristic values α, c, h of the multilayer material. The deviation between the theoretical temperature response T and the temperature response E can be calculated by giving a specific numerical value. The smaller the deviation, the higher the degree of conformity between the theoretical temperature response T and the temperature response E, and the higher the accuracy of the values of α, c, and h set at this time. That is, F is greater than F (α, c, h, t) shown in FIG.
The deviation of (α ', c', h ', t) from the temperature response E (t) is larger, and therefore (α, c, h) is (α',
It is a numerical value with higher accuracy than h ', c'). However, the theoretical temperature response T = F (α, c, h, t) in the multilayer material
Since the equation of is complicated, it is extremely difficult to exactly obtain such a minimum value of the deviation by mathematical analysis means.

【0010】また、の一定量のレーザフラッシュを測
定試料に照射して、測定試料の温度上昇値ΔTを測定す
ることにより該測定試料の比熱を算出する方法には、次
のような問題点がある。 (イ)パルスエネルギーが繰り返し照射によって変わら
ないことが測定の条件であるがその保証がない。 (ロ)試料の吸収率が温度に対して一定である必要があ
るが、その保証はない。また、吸収エネルギーを上げる
塗布材が高温まで変質せず吸収エネルギーが一定である
必要があるが、この保証もない。 (ハ)温度上昇値の絶対値を必要とするため熱電対で測
定する。試料がセラミックス等の場合、接着剤で試料に
取り付けるが、この接着剤が機能する温度は通常100
0K程度までであり、それ以上の温度では比熱の測定は
できない。 (ニ)この熱電対の取り付けは煩雑であり、熟練を要す
る作業である。通常、熱拡散率の測定には速い応答が要
求されること、及び温度の絶対値が不要のため、放射温
度計により測定され、比熱の測定の場合には温度の絶対
値が必要なため熱電対により測定することが必要であ
る。従って、熱伝導率を求めるような場合には2回測定
しなければならない。
Further, the method of irradiating a measurement sample with a fixed amount of laser flash and measuring the temperature rise value ΔT of the measurement sample to calculate the specific heat of the measurement sample has the following problems. is there. (B) The measurement condition is that the pulse energy does not change with repeated irradiation, but there is no guarantee. (B) The absorption rate of the sample needs to be constant with respect to temperature, but there is no guarantee. In addition, the coating material that raises the absorbed energy needs to be constant in the absorbed energy without deteriorating up to a high temperature, but there is no guarantee for this. (C) Since the absolute value of the temperature rise value is required, measure with a thermocouple. When the sample is ceramics or the like, it is attached to the sample with an adhesive, and the temperature at which this adhesive functions is usually 100.
It is up to about 0K, and the specific heat cannot be measured at temperatures higher than that. (D) Installation of this thermocouple is complicated and requires skill. Usually, a fast response is required to measure the thermal diffusivity, and the absolute value of the temperature is not required, so it is measured by a radiation thermometer.When measuring the specific heat, the absolute value of the temperature is required. It is necessary to measure in pairs. Therefore, when obtaining the thermal conductivity, it is necessary to measure twice.

【0011】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、高精度でかつ効率的に多層材料中の一層におけ
る未知の熱拡散率、比熱等の熱定数を決定することがで
き、しかも測定の環境条件に影響されることの少ないレ
ーザフラッシュ法を用いた熱定数の測定方法及びその装
置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to accurately and efficiently determine unknown thermal diffusivity, specific heat and other thermal constants in one layer of a multilayer material, and An object of the present invention is to provide a method for measuring a thermal constant using a laser flash method and an apparatus for the same, which are less affected by environmental conditions of measurement.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項1
記載のレーザフラッシュ法を用いた熱定数の測定方法
は、熱拡散率及び比熱が未知の一層を含む多層材料の表
面側からレーザフラッシュを照射して得られる裏面側の
温度応答と、熱拡散率、比熱、及びビオー数を変数とし
て含む理論温度応答とを比較し、前記熱拡散率、比熱、
及びビオー数を求めるように構成されている。
A method according to the above-mentioned object.
The method for measuring the thermal constant using the laser flash method described is a temperature response on the back surface side obtained by irradiating a laser flash from the front surface side of a multilayer material including one layer whose thermal diffusivity and specific heat are unknown, and the thermal diffusivity. , Specific heat, and the theoretical temperature response including Biot number as a variable, the thermal diffusivity, specific heat,
And a Biot number.

【0013】請求項2記載のレーザフラッシュ法を用い
た熱定数の測定方法は、請求項1記載のレーザフラッシ
ュ法を用いた熱定数の測定方法において、前記熱拡散
率、比熱、及びビオー数のいずれかをA、残りの一方を
B、他方をCとして、前記A及びBの初期値を設定し
て、前記多層材料の裏面における温度応答と理論温度応
答との偏差を最小とするCを求めて、該偏差を最小偏差
の初期値として設定する第1工程と、前記多層材料の新
たなA及びBを、最小偏差を与えるA及びBの近傍に設
定する第2工程と、前記多層材料のA及びBから、前記
多層材料の理論温度応答及び裏面温度応答との偏差が最
小となるC及び偏差を求める第3工程と、前記偏差と最
小偏差とを比較して、前記偏差が最小偏差より大きい場
合には、第2工程から第3工程を繰り返して、前記偏差
が最小偏差以下になった時には、該偏差を最小偏差とし
て新たに設定して第2工程から第3工程を繰り返すと共
に、最小偏差がその極小値近傍に到達した時点で、熱拡
散率、比熱、及びビオー数を出力する第4工程とを有す
るように構成されている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for measuring a thermal constant using a laser flash method, wherein the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number are the same as those in the first method. By setting one of them as A, the other as B, and the other as C, the initial values of A and B are set, and C that minimizes the deviation between the temperature response and the theoretical temperature response on the back surface of the multilayer material is obtained. A first step of setting the deviation as an initial value of the minimum deviation, a second step of setting new A and B of the multilayer material in the vicinity of A and B giving the minimum deviation, and The third step of obtaining C and the deviation from A and B at which the deviation between the theoretical temperature response and the back surface temperature response of the multilayer material is minimized is compared with the deviation and the minimum deviation. If it is large, from the second step When the deviation becomes less than or equal to the minimum deviation after repeating three steps, the deviation is newly set as the minimum deviation, the second to third steps are repeated, and the minimum deviation reaches the vicinity of the minimum value. And a fourth step of outputting the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number.

【0014】請求項3記載のレーザフラッシュ法を用い
た熱定数の測定方法は、請求項1記載のレーザフラッシ
ュ法を用いた熱定数の測定方法において、熱拡散率、比
熱、及びビオー数の各初期値を設定し、該各初期値を含
む理論温度応答と裏面温度応答との偏差を求め、該熱拡
散率、比熱、ビオー数、及び偏差をそれぞれ設定熱拡散
率、設定比熱、設定ビオー数及び設定偏差とする第1工
程と、前記設定された熱拡散率及び比熱のいずれかを
A、残りの一方をBとして、前記Aの近傍に新たなAを
設定する第2工程と、前記設定されたA、及び設定ビオ
ー数を含む理論温度応答と裏面温度応答との偏差を最小
とするBを求める計算工程によりBを求めて、該熱拡散
率及び比熱によりビオー数を更新して新たな設定ビオー
数を定め、該Aを固定した状態における偏差極小値近傍
に到達するまで該計算工程を繰り返して熱拡散率、比
熱、ビオー数を定める第3工程と、前記熱拡散率、比
熱、及びビオー数を含む理論温度応答と温度応答との偏
差を求めて、該最小偏差が極小値近傍に到達したか判定
し、到達していない場合には前記第2工程から第3工程
までを繰り返し、偏差がその極小値近傍に到達した時に
は、その時点での熱拡散率、比熱、及びビオー数を出力
する第4工程とを有するように構成されている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for measuring a thermal constant using a laser flash method, wherein each of the thermal diffusivity, the specific heat and the Biot number is the same as the method for measuring a thermal constant using the laser flash method. The initial value is set, the deviation between the theoretical temperature response including the initial value and the back surface temperature response is obtained, and the thermal diffusivity, specific heat, biot number, and deviation are set to the thermal diffusivity, specific heat, and biot number, respectively. And a first step of setting deviation, a second step of setting a new A in the vicinity of the A by setting one of the set thermal diffusivity and the specific heat to A and the other one to B, and the setting. The calculated A and the B that minimizes the deviation between the theoretical temperature response including the set Biot number and the backside temperature response are used to obtain B, and the Biot number is updated by the thermal diffusivity and specific heat. Set the number of biot and set A The third step of determining the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number by repeating the calculation step until the vicinity of the minimum deviation value in the above-mentioned state, and the theoretical temperature response and the temperature response including the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number Then, it is determined whether the minimum deviation has reached the minimum value, and if it has not reached the minimum value, the above steps 2 to 3 are repeated. When the deviation reaches the minimum value, And a fourth step of outputting the thermal diffusivity, specific heat, and Biot number at that time.

【0015】請求項4記載のレーザフラッシュ法を用い
た熱定数の測定装置は、熱拡散率及び比熱が未知の一層
を含む多層材料の表面側からレーザフラッシュを照射し
て得られる裏面側の温度応答と、熱拡散率、比熱、及び
ビオー数を変数として含む理論温度応答とを比較し、前
記熱拡散率、比熱、及びビオー数を求めるレーザフラッ
シュ法を用いた前記多層材料の熱定数の測定装置であっ
て、前記熱拡散率、比熱、及びビオー数のいずれかを
A、残りの一方をB、他方をCとして、前記A及びBの
初期値を設定して、前記多層材料の裏面における温度応
答と理論温度応答との偏差を最小とするCを求めて、該
偏差を最小偏差の初期値として設定する第1の演算手段
と、前記多層材料の新たなA及びBを、最小偏差を与え
るA及びBの近傍に設定する第1の計算と、前記多層材
料のA及びBから、前記多層材料の理論温度応答及び裏
面温度応答との偏差が最小となるC及び偏差を求める第
2の計算を行い、前記偏差と最小偏差とを比較して、前
記偏差が最小偏差より大きい場合には、前記第1及び第
2の計算を繰り返して、前記偏差が最小偏差以下になっ
たときには、該偏差を最小偏差として新たに設定する第
2の演算手段と、該最小偏差が極小値近傍に到達したか
判定し、到達していない場合には前記第1及び第2の計
算を繰り返して最小偏差値がその極小値近傍に到達した
時点で、熱拡散率、比熱、及びビオー数を出力する第3
の演算手段とを有するように構成されている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring a thermal constant using a laser flash method, wherein a temperature of a rear surface obtained by irradiating a laser flash from a front surface side of a multi-layered material including one layer whose thermal diffusivity and specific heat are unknown. Measurement of the thermal constant of the multilayer material using the laser flash method for determining the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number by comparing the response and the theoretical temperature response including the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number as variables. A device, wherein one of the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number is A, the other one is B, and the other is C, and the initial values of A and B are set, and First calculation means for obtaining C which minimizes the deviation between the temperature response and the theoretical temperature response and setting the deviation as an initial value of the minimum deviation, and the new deviations A and B of the multilayer material In the vicinity of A and B And a second calculation for obtaining a C and a deviation that minimize the deviation between the theoretical temperature response and the back surface temperature response of the multilayer material from A and B of the multilayer material. If the deviation is larger than the minimum deviation by comparing with the minimum deviation, the first and second calculations are repeated, and when the deviation becomes the minimum deviation or less, the deviation is newly set as the minimum deviation. The second calculating means to be set and whether or not the minimum deviation has reached the vicinity of the minimum value are determined. If not, the first and second calculations are repeated to bring the minimum deviation value to the vicinity of the minimum value. Outputs the thermal diffusivity, specific heat, and Biot number when it reaches the third
And a computing means of.

【0016】請求項5記載のレーザフラッシュ法を用い
た熱定数の測定装置は、熱拡散率及び比熱が未知の一層
を含む多層材料の表面側からレーザフラッシュを照射し
て得られる裏面側の温度応答と、熱拡散率、比熱、及び
ビオー数を変数として含む理論温度応答とを比較し、前
記熱拡散率、比熱、及びビオー数を求めるレーザフラッ
シュ法を用いた前記多層材料の熱定数の測定装置であっ
て、熱拡散率、比熱、及びビオー数の各初期値を設定
し、該各初期値を含む理論温度応答と裏面温度応答との
偏差を求め、該熱拡散率、比熱、ビオー数、及び偏差を
それぞれ設定熱拡散率、設定比熱、設定ビオー数及び設
定偏差とする第1の演算手段と、前記設定された熱拡散
率及び比熱のいずれかをA、残りの一方をBとして、前
記Aの近傍に新たなAを設定する第2の演算手段と、前
記第2の演算手段により設定されるA、及び設定ビオー
数を含む理論温度応答と裏面温度応答との偏差を最小と
するBを計算して、その計算結果により得られる熱拡散
率及び比熱によりビオー数を更新して新たな設定ビオー
数を定め、該Aを固定した状態における偏差極小値近傍
に到達するまで前記計算を繰り返して熱拡散率、比熱、
ビオー数を定める第3の演算手段と、前記第3の演算手
段により得た熱拡散率、比熱、及びビオー数を含む理論
温度応答と温度応答との偏差を求めて、該偏差が極小値
近傍に到達したか判定する第4の演算手段と、前記第4
の演算手段より求められる前記偏差がその極小値近傍に
到達していない時には、より小さな極小値を与える方向
に設定される新たなAを前記第2の演算手段に入力し、
その極小値近傍に到達した時に、その時点での熱拡散
率、比熱、及びビオー数を出力する第5の演算手段とを
有するように構成されている。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a device for measuring a thermal constant using a laser flash method, wherein a temperature of a rear surface obtained by irradiating a laser flash from a front surface side of a multilayer material including a single layer whose thermal diffusivity and specific heat are unknown. Measurement of the thermal constant of the multilayer material using the laser flash method for determining the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number by comparing the response and the theoretical temperature response including the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number as variables. An apparatus, wherein each initial value of thermal diffusivity, specific heat, and Biot number is set, a deviation between a theoretical temperature response including the initial value and a back surface temperature response is obtained, and the thermal diffusivity, specific heat, and Biot number are obtained. , And deviation are respectively set thermal diffusivity, set specific heat, set Biot number and set deviation, and one of the set thermal diffusivity and specific heat is A, and the other one is B, New in the vicinity of A Calculating the second calculation means for setting, A set by the second calculation means, and B for minimizing the deviation between the theoretical temperature response including the set Biot number and the back surface temperature response, and the calculation The Biot number is updated by the resulting thermal diffusivity and specific heat to determine a new set Biot number, and the above calculation is repeated until the vicinity of the minimum deviation value in the state where A is fixed is reached.
A third computing means for determining the Biot number and a deviation between the theoretical temperature response and the temperature response including the thermal diffusivity, the specific heat and the Biot number obtained by the third computing means are obtained, and the deviation is near the minimum value. A fourth calculation means for determining whether or not
When the deviation obtained by the calculation means of 1 does not reach the vicinity of the minimum value, a new A set in the direction of giving a smaller minimum value is input to the second calculation means,
When it reaches the vicinity of the minimum value, it has a fifth calculation means for outputting the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number at that time.

【0017】ここで、理論温度応答と裏面温度応答との
偏差としては、両者の差の2乗の総和である順2乗偏
差、各々の逆数の差の2乗の総和をとった逆2乗偏差、
それぞれの対数の差の2乗の総和をとった対数2乗偏
差、及びそれらの組合わせからなる偏差について適用す
ることができる。また、それぞれの測定データ、及び理
論温度応答データにラプラス変換を施して演算処理を行
うか、もしくは実データのままで演算を行うこともでき
る。差及び差分とはいわゆる差の絶対値をいうものとす
る。また、特定許容値、特定基準値、及び許容基準値と
は、偏差等を更新するための判定値であり、必要とする
計算誤差の許容される限度に応じてそれぞれ適宜設定さ
れる値である。前記偏差がその極小値近傍に到達した時
とは、偏差の更新計算を繰り返しても更新前後の差が予
め規定してある許容基準値の範囲内に留まる状態をい
う。
Here, the deviation between the theoretical temperature response and the back surface temperature response is the forward squared deviation which is the sum of the squares of the difference between the two, and the inverse squared which is the sum of the squares of the differences of the respective reciprocals. deviation,
It can be applied to a logarithmic square deviation obtained by summing squares of respective logarithmic differences, and a deviation formed by a combination thereof. Further, the respective measurement data and the theoretical temperature response data may be subjected to the Laplace transform for arithmetic processing, or the actual data may be used for the arithmetic processing. The difference and the difference are so-called absolute values of the difference. Further, the specific allowable value, the specific reference value, and the allowable reference value are determination values for updating the deviation and the like, and are values that are appropriately set according to the allowable limit of the required calculation error. . When the deviation reaches the vicinity of the minimum value, it means that the difference before and after the update remains within the predetermined allowable reference value range even if the update calculation of the deviation is repeated.

【0018】[0018]

【作用】一次元熱伝導方程式による試料裏面の理論温度
応答Tは、多層材料中の一層における熱拡散率α、比熱
c、及び多層材料の表裏面における熱損失に関わるパラ
メータであるビオー数hをそれぞれ設定すると、時間t
あるいはラプラス変数pの関数としてT=F(α、c、
h、t)あるいはT=F′(α、c、h、p)として厳
密に表すことができる。請求項1〜3記載のレーザフラ
ッシュ法を用いた熱定数の測定方法においては、理論温
度応答F(α、c、h、t)あるいはF′(α、c、
h、p)と実際に得られる温度応答の時間tを変数とす
る関数E(t)、あるいはラプラス変数pを変数とする
関数E′(p)との偏差Rを指標として、熱拡散率α、
ビオー数h及び比熱cを最小偏差Rm を与える値の近傍
に逐次設定していくことにより、最小偏差Rm の更新を
行って、求めるビオー数h、比熱c及び熱拡散率αの真
値を得ることができる。
The theoretical temperature response T of the back surface of the sample by the one-dimensional heat conduction equation is calculated by the thermal diffusivity α in one layer of the multilayer material, the specific heat c, and the Biot number h which is a parameter related to the heat loss in the front and back surfaces of the multilayer material. When set respectively, time t
Alternatively, as a function of the Laplace variable p, T = F (α, c,
h, t) or T = F '(α, c, h, p). In the method for measuring a thermal constant using the laser flash method according to any one of claims 1 to 3, the theoretical temperature response F (α, c, h, t) or F '(α, c,
h, p) and the function E (t) having the time t of the actually obtained temperature response as a variable or the function E '(p) having the Laplace variable p as a variable, the thermal diffusivity α is used as an index. ,
By the Biot's number h and the specific heat c will sequentially set to a value near that giving the minimum deviation R m, performs updating of minimum deviation R m, determined Biot number h, specific heat c and the true value of the thermal diffusivity α Can be obtained.

【0019】請求項2記載のレーザフラッシュ法を用い
た熱定数の測定方法においては前記熱拡散率、比熱、及
びビオー数のいずれかをA、残りの一方をB、他方をC
として、最小偏差を与えるA及びBの近傍に一組以上の
A及びBの値を設定して、A及びBの組合わせに対し偏
差を最小とするC及び偏差をそれぞれ求め、最小偏差同
士を比較して順次より小さい最小偏差を与える方向に
A、Bを更新して、最小偏差がその極小値近傍に到達し
た時点で、熱拡散率、比熱、及びビオー数を出力するの
で、3つの未知数の中から状況に応じて適宜、2つの未
知数を選択することにより、正確かつ迅速に所望の値を
求めることができる。なお、以下の説明においては、比
熱をA、ビオー数及び熱拡散率をそれぞれB、Cとして
割り当てた場合について示す。以下に図4に示すフロー
図に基づいて、この熱拡散率α、比熱cを求める手順を
詳細に説明する。
In the method of measuring the thermal constant using the laser flash method according to the second aspect, any one of the thermal diffusivity, the specific heat and the Biot number is A, the other one is B, and the other is C.
, One or more values of A and B are set in the vicinity of A and B that give the minimum deviation, and C and the deviation that minimize the deviation are obtained for the combination of A and B, and the minimum deviations are By comparing and updating A and B in the direction that gives the smallest smaller deviation sequentially, when the minimum deviation reaches the vicinity of the minimum value, the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number are output. It is possible to accurately and promptly obtain a desired value by appropriately selecting two unknowns from the above, depending on the situation. In the following description, the specific heat is assigned as A, the Biot number and the thermal diffusivity are assigned as B and C, respectively. The procedure for obtaining the thermal diffusivity α and the specific heat c will be described in detail below based on the flow chart shown in FIG.

【0020】まず、図3に示すような多層材料中の一層
における未知数である比熱c、及びビオー数hを文献値
等から適当に定めて、それぞれの初期値c0 、h0 を設
定する(S−1)。そして、前記S−1で設定した各初
期値(c0 、h0 )を理論温度応答F(α、c、h、
t)、あるいはF′(α、c、h、p)に代入して、実
際の温度応答E(t)、あるいはE′(p)との2乗偏
差Rを最小とするαの値をδR/δα=0とすることに
より求める。ここで、δR/δα=0式は、変数として
αのみを含むg(α)=0の形式の一元方程式であり、
この根αをニュートン法等の数値解析法により精密に求
めることができる形態のものである。このようにして得
られる熱拡散率αの初期値をα0 、偏差Rの初期値をR
0 として、これら初期値の組(R0 、α0 、c0
0 )を仮の最小値の組(Rm 、αm 、cm 、hm )と
して設定する(S−2)。
First, the specific heat c and the Biot number h, which are unknowns in one layer in a multilayer material as shown in FIG. 3, are appropriately determined from literature values and the like, and respective initial values c 0 and h 0 are set ( S-1). Then, the respective initial values (c 0 , h 0 ) set in S-1 are set to the theoretical temperature response F (α, c, h,
t) or F ′ (α, c, h, p), and the value of α that minimizes the square deviation R from the actual temperature response E (t) or E ′ (p) is δR. It is calculated by setting / δα = 0. Here, the expression δR / δα = 0 is a one-dimensional equation of the form g (α) = 0 including only α as a variable,
This root α can be precisely obtained by a numerical analysis method such as Newton's method. The initial value of the thermal diffusivity α thus obtained is α 0 , and the initial value of the deviation R is R
0 , the set of these initial values (R 0 , α 0 , c 0 ,
h 0 ) is set as a set of temporary minimum values (R m , α m , cm , h m ) (S-2).

【0021】続いて、最小値の組(Rm 、αm 、cm
m )について、(cm 、hm )で表示される二次元平
面上の点の近傍に新たな値の組(ci 、hi )を設定す
る(S−3)。そして、ci 、hi の値を理論温度応答
F(α、c、h、t)、あるいはF′(α、c、h、
p)に代入して、実際の温度応答E(t)あるいはE′
(p)との2乗偏差Rを最小とするようなαの値をδR
/δα=0とすることにより求める。このときの得られ
る熱拡散率αの値をαi 、偏差Rの値をRi として、こ
れらの組(Ri 、αi 、hi 、ci )を設定する(S−
4)。S−5では、最小値として既に設定されているR
m と、前記S−4で得られたRi とを比較してRi がR
m より大きい場合にはS−3に戻り、Ri がRm より小
さい場合には、Rm =Ri とすることにより最小値Rm
をその時のRi により更新する(S−6)。S−6に次
いで、予め設定してある許容基準値εと最小値Rm とを
比較して(S−7)、最小値Rm が前記許容基準値εよ
り大きいときにはS−3に戻り、許容基準値εより小さ
いときには、その時点での最小値の組(Rm 、αm 、c
m 、hm )を所望のα、c、hとみなして出力して(S
−8)、多層材料における熱拡散率α、比熱cを求める
全手順を終了させる。
Then, the set of minimum values (R m , α m , cm ,
For h m ), a new set of values (c i , h i ) is set near the point on the two-dimensional plane represented by ( cm , h m ) (S-3). Then, the values of c i and h i are set to the theoretical temperature response F (α, c, h, t) or F ′ (α, c, h,
p), and the actual temperature response E (t) or E '
The value of α that minimizes the squared deviation R from (p) is δR
It is calculated by setting / δα = 0. The value of the thermal diffusivity α obtained at this time is α i and the value of the deviation R is R i , and these pairs (R i , α i , h i , c i ) are set (S−
4). In S-5, R already set as the minimum value
When m is compared with R i obtained in S-4, R i is R
When m is greater than returns to S-3, when R i is smaller than R m is the minimum value by the R m = R i R m
Is updated with R i at that time (S-6). After S-6, the preset allowable reference value ε is compared with the minimum value R m (S-7), and when the minimum value R m is larger than the allowable reference value ε, the process returns to S-3, When it is smaller than the allowable reference value ε, the set of minimum values at that time (R m , α m , c
m , h m ) is regarded as desired α, c, h and is output (S
-8), End all the procedures for obtaining the thermal diffusivity α and the specific heat c in the multilayer material.

【0022】以下〜にS−3におけるhi 、ci
設定方法の一例を示す。 ビオー数を固定する。 比熱を順次変えて熱拡散率、偏差を求め、偏差の大小
を比較してより小さい偏差を与える方向に比熱を移動す
る。この比熱の移動量はビオー数を固定した状態におけ
る偏差極小値に近づくに従い小さくする。この手順によ
り1つのビオー数に対する比熱、熱拡散率、偏差が求め
られる。 ビオー数の設定値を変え、、の手順を実行する。
によりビオー数毎に定まる偏差の大小を比較して、よ
り小さい偏差を与える方向にビオー数を移動する。この
ビオー数の移動量は偏差極小値に近づくに従い小さくす
る。この手順により偏差極小値を与えるビオー数、比
熱、熱拡散率が求められる。上記の手順においてビオー
数、比熱をそれぞれ複数設定することも可能であり、こ
の場合にはビオー数および比熱の設定間隔ΔXを偏差極
小値に近づくに従い小さくなるように設定する。
[0022] or less to the an example of a method of setting h i, c i of S-3. Fix the number of bios. The specific heat is sequentially changed to obtain the thermal diffusivity and the deviation, the magnitudes of the deviations are compared, and the specific heat is moved in the direction of giving the smaller deviation. The amount of transfer of this specific heat becomes smaller as it approaches the minimum deviation value when the Biot number is fixed. By this procedure, the specific heat, the thermal diffusivity, and the deviation for one Biot number are obtained. Change the setting value of Biot number, and execute the procedure of.
By comparing the magnitude of the deviation determined for each Biot number, the Biot number is moved in the direction of giving a smaller deviation. The movement amount of the Biot number is reduced as it approaches the minimum deviation value. By this procedure, the Biot number, the specific heat and the thermal diffusivity that give the minimum deviation value are obtained. In the above procedure, it is possible to set a plurality of Biot numbers and specific heats respectively. In this case, the Biot number and specific heat setting intervals ΔX are set to be smaller as the deviation minimum value is approached.

【0023】なお、S−7の判定としては、この他に熱
拡散率、比熱、ビオー数あるいは偏差の一つをXi とし
て、その時点での値をXm として、|(Xi −Xm )/
m|<ε、又は|Xi −Xm |<εを満たす条件で判
定を行ってもよい。
In addition to the above, in the determination of S-7, one of the thermal diffusivity, the specific heat, the Biot number or the deviation is X i , and the value at that time is X m , and | (X i −X m ) /
The determination may be performed under the condition that X m | <ε or | X i −X m | <ε.

【0024】請求項3記載のレーザフラッシュ法を用い
た熱定数の測定方法においては、熱拡散率及び比熱のい
ずれかを先に設定することができる。以下においては比
熱を先に設定して熱定数を求める場合について説明す
る。最小偏差を与える比熱の近傍に新たな比熱を設定し
た後、該比熱、及び最小偏差を与える熱拡散率の値とに
より定まる関係式に基づいてビオー数を更新するので、
比熱cのみを変数として所望のα、c、hの値を正確か
つ迅速に求めることができる。この測定手順を図5に示
すフロー図に従って、以下に詳述する。まず、多層材料
における未知の一層における比熱c、及び熱拡散率αの
各初期値としてc0 、α0 を文献値等を参照して適当に
定める(S−1)。熱拡散率については、放射損失が無
い場合のt1/2 と平均熱拡散率との関係を用いて求めて
も良い。次いで、ビオー数hの初期値h0 を温度応答曲
線から得られる時定数τ、及び半価値到達時間t1/2
値を用いて関係式h0 =f(t1/2 、τ)より計算し
(S−2)、前記各初期値をそれぞれ設定比熱、設定熱
拡散率、及び設定ビオー数とする。以上S−1、S−2
により第1工程が終了する。この初期値設定方法は請求
項3記載の測定方法のみに限定されるものではない。続
いて、前記設定比熱の近傍に新たな比熱ci を設定して
(S−3)、第2工程を終了する。そして、前記S−
2、S−3で設定した値(ci 、h0 )を理論温度応答
F(α、c、h、t)、あるいはこれをラプラス変換し
て得られるF′(α、c、h、p)に代入して、実際の
温度応答E(t)、あるいはE′(p)との偏差Rを最
小とするようなαの値をδR/δα=0とすることによ
り求め、これをαi とする(S−4)。
In the method for measuring the thermal constant using the laser flash method according to the third aspect, either the thermal diffusivity or the specific heat can be set first. Hereinafter, a case where the specific heat is set first to obtain the heat constant will be described. After setting a new specific heat in the vicinity of the specific heat that gives the minimum deviation, the Biot number is updated based on the relational expression determined by the specific heat and the value of the thermal diffusivity that gives the minimum deviation,
The desired values of α, c, and h can be accurately and quickly obtained using only the specific heat c as a variable. This measurement procedure will be described in detail below with reference to the flow chart shown in FIG. First, the specific heat c and the thermal diffusivity α of an unknown layer in a multilayer material are appropriately determined as initial values c 0 and α 0 with reference to literature values (S-1). The thermal diffusivity may be obtained by using the relationship between t 1/2 and the average thermal diffusivity when there is no radiation loss. Then, the initial value h 0 of the Biot number h is calculated from the relational expression h 0 = f (t 1/2 , τ) using the time constant τ obtained from the temperature response curve and the value of the half value arrival time t 1/2. The calculation is performed (S-2), and the initial values are set as the set specific heat, the set thermal diffusivity, and the set Biot number, respectively. Above S-1, S-2
Thus, the first step is completed. This initial value setting method is not limited to the measuring method described in claim 3. Subsequently, by setting a new specific heat c i in the vicinity of the set specific heat (S-3), and terminates the second process. Then, the S-
2, the theoretical temperature response F (α, c, h, t) of the value (c i , h 0 ) set in S-3, or F ′ (α, c, h, p) obtained by Laplace transforming this. ), The value of α that minimizes the deviation R from the actual temperature response E (t) or E ′ (p) is obtained by δR / δα = 0, and this is obtained by α i (S-4).

【0025】S−5においては、前記設定されたci
及びαi の値を用いてhi =g(αi 、ci )式により
更新されたビオー数hi を得る(S−5)。ここで、h
i の更新は例えば以下の式に基づいて計算することがで
きる。 cav=(Σ(ρj ・Cpj・Δlj ))/ln αav=ln /((Σ(Δlj /(ρj ・Cpj・αj )))・cav) β0i=ln /(sqrt(αav・τ) hi =β0i・((sinβ0i-1−(tanβ0i-1) 但し、ρj ・Cpj・Δlj 、ln はそれぞれ、第j層に
おける密度、定圧比熱、第j層の厚み、及び全層の厚み
であり、cavは多層材料の単位体積当たりの熱容量の平
均値、αavは多層材料の平均熱拡散率、Σは第1層から
最終層である第n層までについての各項の総和を表すも
のとする。次に、前記S−4及びS−5で得られる各値
(熱拡散率、ビオー数、偏差)のいずれかと既に設定さ
れている各設定値との差分あるいはその差分の各値との
比率を許容基準値に基づいて比較することにより判定し
て(S−6)、判定条件を満足するまで前記S−4、S
−5を繰り返して、最終的に所望の熱定数(熱拡散率、
ビオー数、比熱)の組が得られ、ここで第3工程を終え
る。S−6で用いる熱拡散率とは不明層の熱拡散率ある
いは不明層を含む全体あるいは一部の層の平均熱拡散率
である。
In S-5, the set c i ,
And the value of α i are used to obtain the updated Biot number h i by the formula h i = g (α i , c i ) (S-5). Where h
The update of i can be calculated based on the following formula, for example. c av = (Σ (ρ j · C pj · Δl j )) / l n α av = l n / ((Σ (Δl j / (ρ j · C pj · α j ))) · c av ) β 0i = l n / (sqrt (α av · τ) h i = β 0i · ((sinβ 0i) -1 - (tanβ 0i) -1) where, ρ j · C pj · Δl j, l n respectively, first The density in the j layer, the specific heat at constant pressure, the thickness of the j-th layer, and the thickness of all layers, c av is the average value of the heat capacity per unit volume of the multilayer material, α av is the average thermal diffusivity of the multilayer material, and Σ is The sum of each term from the first layer to the n-th layer, which is the last layer, is to be shown.Next, the respective values (thermal diffusivity, Biot number, deviation) obtained in S-4 and S-5. Is determined by comparing the difference between any of the above and each of the already set values or the ratio of each of the values of the difference based on the allowable reference value (S-6), and the determination condition is satisfied until the determination condition is satisfied. S-4, S
-5 is repeated until the desired thermal constant (thermal diffusivity,
A Biot number, specific heat) pair is obtained, and the third step is finished here. The thermal diffusivity used in S-6 is the thermal diffusivity of the unknown layer or the average thermal diffusivity of all or a part of the layers including the unknown layer.

【0026】S−7においては、前記熱拡散率、比熱、
及びビオー数を含む理論温度応答と温度応答との偏差を
求めて、該比熱あるいは該偏差と前記設定比熱及び設定
偏差との差分と設定比熱及び設定偏差との比率又は差分
を計算して(S−8)、該比率又は差分が特定許容値よ
り大きい場合には、S−3に戻ってS−3からS−7ま
でを繰り返し、前記比率又は差分が特定許容値以下にな
った時には、その時点での熱拡散率、比熱、及びビオー
数を出力(S−9)して、第4工程が終了すると共に全
手順を終える。
In S-7, the thermal diffusivity, specific heat,
Then, the deviation between the theoretical temperature response including the Biot number and the temperature response is obtained, and the ratio or difference between the specific heat or the deviation and the set specific heat and the set deviation and the set specific heat and the set deviation are calculated (S -8), when the ratio or difference is larger than the specific allowable value, the process returns to S-3 and S-3 to S-7 are repeated, and when the ratio or difference becomes less than or equal to the specific allowable value, The thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number at the time point are output (S-9), and the fourth step ends and the whole procedure ends.

【0027】S−3における比熱の設定方法の例を以下
に示す。まず、比熱設定値を変更すると比熱毎にビオー
数、熱拡散率および偏差が求められる。この偏差の大小
を比較し、小さい偏差を与える方向に次の比熱を設定す
る。この比熱の変化量は偏差極小値に近づくに従い小さ
くする。上記手順において比熱を複数設定することも可
能である。この場合、比熱の設定間隔Δcを偏差極小値
に近づくに従い小さくする。
An example of the method of setting the specific heat in S-3 is shown below. First, when the specific heat set value is changed, the Biot number, thermal diffusivity and deviation are obtained for each specific heat. The magnitude of this deviation is compared, and the next specific heat is set in the direction that gives the smaller deviation. The amount of change in the specific heat is reduced as it approaches the minimum deviation value. It is also possible to set a plurality of specific heats in the above procedure. In this case, the specific heat setting interval Δc is reduced as it approaches the minimum deviation value.

【0028】なお、S−8の判定には、この他に熱拡散
率、ビオー数の一つをXとして、|(Xi −Xm )/X
m |<ε、又は|Xi −Xm |<εを満たす条件で判定
を行ってもよい。また、S−3において比熱を複数設定
する場合には、S−4、S−5、S−6により各比熱に
対して熱拡散率、ビオー数、偏差を求め、S−7におい
て、この中から最小の偏差を与える比熱を選択し、S−
8において同様の判定を行う。条件を満足しない場合に
はS−3にて、より小さい偏差を与える方向に新たな比
熱を複数設定する。
In the determination of S-8, in addition to this, one of the thermal diffusivity and the Biot number is set as X, and | (X i −X m ) / X
The determination may be performed under the condition that m | <ε or | X i −X m | <ε. When a plurality of specific heats are set in S-3, the thermal diffusivity, the Biot number, and the deviation are obtained for each specific heat by S-4, S-5, and S-6. Select the specific heat that gives the smallest deviation from
At 8, the same judgment is made. If the conditions are not satisfied, a plurality of new specific heats are set in S-3 so as to give smaller deviations.

【0029】請求項4記載のレーザフラッシュ法を用い
た熱定数の測定装置においては、前記熱拡散率、比熱、
及びビオー数のいずれかをA、残りの一方をB、他方を
Cとして、A及びBの初期値を設定して、多層材料の裏
面における温度応答と理論温度応答との偏差を最小とす
るCを求めて、該偏差を最小偏差の初期値として設定す
る第1の演算手段と、前記多層材料の新たなA及びB
を、最小偏差を与えるA及びBの近傍に設定する第1の
計算と、前記多層材料のA及びBから、前記多層材料の
理論温度応答及び裏面温度応答との偏差が最小となるC
及び偏差を求める第2の計算を行い、前記偏差と最小偏
差とを比較して、前記偏差が最小偏差より大きい場合に
は、前記第1及び第2の計算を繰り返して、前記偏差が
最小偏差以下になったときには、該偏差を最小偏差とし
て新たに設定する第2の演算手段と、該最小偏差が極小
値近傍に到達したか判定し、到達していない場合には前
記第1及び第2の計算を繰り返して最小偏差値がその極
小値近傍に到達した時点で、熱拡散率、比熱、及びビオ
ー数を出力する第3の演算手段とを有するので、理論温
度応答の時間関数F(α、c、h、t)、あるいこのラ
プラス変換形であるF′(α、c、h、p)と実際に得
られる温度応答E(t)、あるいはE′(p)との偏差
Rを指標として、A及びBを最小偏差Rm を与える値の
近傍に逐次設定して、最小偏差Rm の更新を行って、未
知のビオー数、比熱及び熱拡散率の真値を単純な計算手
段の構成により求めることができる。そして、前記第1
〜第3の演算手段は、予め設定されたプログラムに従っ
て、実際の演算が行われるように構成されたコンピュー
タからなる。
In the apparatus for measuring thermal constants using the laser flash method according to claim 4, the thermal diffusivity, the specific heat,
And one of the Biot numbers is A, the other one is B and the other is C, and the initial values of A and B are set to minimize the deviation between the temperature response and the theoretical temperature response on the back surface of the multilayer material. And a new calculation means for setting the deviation as an initial value of the minimum deviation, and new A and B for the multilayer material.
Is set in the vicinity of A and B that give the minimum deviation, and C that minimizes the deviation from the theoretical temperature response and the back surface temperature response of the multilayer material from A and B of the multilayer material.
And a second calculation for obtaining the deviation, and comparing the deviation with the minimum deviation. If the deviation is larger than the minimum deviation, the first and second calculations are repeated to obtain the minimum deviation. When it becomes the following, it is determined whether or not the deviation is newly set as the minimum deviation, and whether or not the minimum deviation reaches the vicinity of the minimum value. When the minimum deviation value reaches the vicinity of the minimum value by repeating the calculation of, the third calculation means for outputting the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number is included, and therefore the theoretical temperature response time function F (α , C, h, t), or F '(α, c, h, p), which is the Laplace transform form of this, and the temperature response E (t) actually obtained, or the deviation R between E' (p) as an index, by sequentially setting the a and B in the vicinity of a value giving the minimum deviation R m Performing updating of minimum deviation R m, unknown Biot number, can be determined by the configuration of a simple calculation means the true value of the specific heat and thermal diffusivity. And the first
The third calculation means is a computer configured to perform actual calculation according to a preset program.

【0030】請求項5記載のレーザフラッシュ法を用い
た熱定数の測定装置においては、熱拡散率、比熱、及び
ビオー数の各初期値を設定し、該各初期値を含む理論温
度応答と裏面温度応答との偏差を求め、該熱拡散率、比
熱、ビオー数、及び偏差をそれぞれ設定熱拡散率、設定
比熱、設定ビオー数及び設定偏差とする第1の演算手段
と、前記設定された熱拡散率及び比熱のいずれかをA、
残りの一方をBとして、前記Aの近傍に新たなAを設定
する第2の演算手段と、前記第2の演算手段により設定
されるA、及び設定ビオー数を含む理論温度応答と温度
応答との偏差を最小とするBを計算して、その計算結果
により得られる熱拡散率及び比熱によりビオー数を更新
して新たな設定ビオー数を定め、該Aを固定した状態に
おける偏差極小値近傍に到達するまで前記計算を繰り返
して熱拡散率、比熱、ビオー数を定める第3の演算手段
と、前記第3の演算手段により得た熱拡散率、比熱、及
びビオー数を含む理論温度応答と裏面温度応答との偏差
を求めて、該偏差が極小値近傍に到達したか判定する第
4の演算手段と、前記第4の演算手段より求められる前
記偏差がその極小値近傍に到達していない時には、より
小さな極小値を与える方向に設定される新たなAを前記
第2の演算手段に入力し、その極小値近傍に到達した時
に、その時点での熱拡散率、比熱、及びビオー数を出力
する第5の演算手段とを有するので、熱拡散率及び比熱
を基にしてビオー数が更新され、理論温度応答の時間関
数F(α、c、h、t)、あるいこのラプラス変換形で
あるF′(α、c、h、p)と実際に得られる温度応答
E(t)、あるいはE′(p)との偏差Rを指標とし
て、比熱cを最小偏差Rm を与える値の近傍に逐次設定
して、最小偏差Rm の更新を行って、未知のビオー数、
比熱及び熱拡散率の真値を単純な演算計算手段の繰り返
しにより求めることができる。
In the apparatus for measuring thermal constants using the laser flash method according to claim 5, initial values of thermal diffusivity, specific heat and Biot number are set, and the theoretical temperature response and the back surface including the initial values are set. A first computing means for obtaining a deviation from the temperature response, the thermal diffusivity, the specific heat, the Biot number, and the deviation being the set thermal diffusivity, the set specific heat, the set Biot number, and the set deviation, respectively, and the set heat. Either the diffusivity or the specific heat is A,
Second computing means for setting a new A in the vicinity of A with the other one as B, A set by the second computing means, and a theoretical temperature response and a temperature response including a set Biot number. B that minimizes the deviation of B is calculated, the Biot number is updated by the thermal diffusivity and specific heat obtained from the calculation result, and a new set Biot number is determined, and the deviation is close to the minimum deviation value when A is fixed. The third calculation means for determining the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number by repeating the calculation until reaching, and the theoretical temperature response and the back surface including the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number obtained by the third calculation means. Fourth calculating means for determining a deviation from the temperature response and determining whether the deviation has reached the vicinity of the minimum value, and when the deviation calculated by the fourth calculating means does not reach the vicinity of the minimum value. Gives a smaller minimum Fifth calculating means for inputting a new A set in the direction to the second calculating means and outputting the thermal diffusivity, specific heat and Biot number at that time when the value reaches the vicinity of the minimum value. , And the Biot number is updated on the basis of the thermal diffusivity and the specific heat, and the time function F (α, c, h, t) of the theoretical temperature response or F ′ (α, c, h, p) and the temperature response E (t) actually obtained or E ′ (p) as an index, the specific heat c is sequentially set in the vicinity of the value giving the minimum deviation R m , By updating the minimum deviation R m , the unknown biot number,
The true values of the specific heat and the thermal diffusivity can be obtained by repeating the simple calculation calculation means.

【0031】[0031]

【実施例】続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明
を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供す
る。ここに、図1は本発明の一実施例に係るレーザフラ
ッシュ法を用いた熱定数の測定方法を適用したレーザフ
ラッシュ装置の構成図、図2はレーザフラッシュ法を用
いた熱定数の測定方法の説明図、図3は多層材料を用い
るレーザフラッシュ法の説明図、図4はレーザフラッシ
ュ法を用いた熱定数の測定方法における直接法のフロー
図、図5はレーザフラッシュ法を用いた熱定数の測定方
法の時定数法のフロー図、図6は3層からなる多層材料
中の未知層の厚みを変化させた場合における時定数法の
計算誤差を示す図、図7はレーザフラッシュ法を用いた
熱定数の測定方法における直接法のフロー図、図8は3
層からなる多層材料中の未知層の厚みを変化させた場合
における直接法の計算誤差を示す図である。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings to provide an understanding of the present invention. Here, FIG. 1 is a block diagram of a laser flash device to which a thermal constant measuring method using the laser flash method according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 2 shows a thermal constant measuring method using the laser flash method. FIG. 3 is an explanatory view of a laser flash method using a multilayer material, FIG. 4 is a flow chart of a direct method in a method of measuring a thermal constant using the laser flash method, and FIG. 5 is a thermal constant using a laser flash method. Flow chart of the time constant method of the measurement method, FIG. 6 is a diagram showing the calculation error of the time constant method when the thickness of the unknown layer in the multilayer material consisting of three layers is changed, and FIG. 7 is the laser flash method. Fig. 8 shows the flow chart of the direct method in the method of measuring thermal constants.
It is a figure which shows the calculation error of the direct method when changing the thickness of the unknown layer in the multilayer material which consists of layers.

【0032】まず、図1に示す本発明の実施例に係るレ
ーザフラッシュ法を用いた熱拡散率、比熱、及びビオー
数等の熱定数の測定装置について説明する。これはレー
ザパルス発生装置を用い、測定試料を多層材料10とし
て該多層材料10中に含まれる一層における未知の熱定
数を測定する装置である。レーザパルス発生装置は必要
により任意波形のパルスの発生が可能であり、多層材料
10の物性値の範囲及び熱定数の解析方法に応じて特殊
な波形を選択することで計算を簡略化したり、特定領域
での測定精度を向上させることもできるようになってい
る。試料裏面の温度応答は放射温度計あるいは熱電対等
による測温装置で測定する。
First, an apparatus for measuring thermal diffusivity, specific heat, and thermal constants such as the Biot number using the laser flash method according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described. This is an apparatus for measuring an unknown thermal constant in a single layer contained in the multilayer material 10 by using a laser pulse generator as a measurement sample. The laser pulse generator can generate a pulse with an arbitrary waveform as necessary, and simplifies the calculation by selecting a special waveform according to the range of the physical property value of the multilayer material 10 and the analysis method of the thermal constant, It is also possible to improve the measurement accuracy in the area. The temperature response on the back surface of the sample is measured with a temperature measuring device such as a radiation thermometer or a thermocouple.

【0033】前記多層材料10に照射したレーザパルス
の波形信号は該多層材料10と前記レーザパルス発生装
置との間に設けたハーフミラー11を経由してレーザパ
ルス検出装置に取り込まれる。また、レーザ光の光路途
中における漏れ光を測定することにより、パルス波形を
測定することも可能である。そして前記測温装置及びレ
ーザパルス検出装置からの信号データをコンピュータに
取り込み、該信号データを基にして熱拡散率、比熱、及
びビオー数等の熱定数を決定する演算処理を行い、デー
タ及び演算結果をコンピュータに接続する出力装置に表
示できるように全体が構成されている。
The waveform signal of the laser pulse applied to the multilayer material 10 is taken into the laser pulse detecting device via the half mirror 11 provided between the multilayer material 10 and the laser pulse generator. It is also possible to measure the pulse waveform by measuring the leaked light in the optical path of the laser light. Then, the signal data from the temperature measuring device and the laser pulse detection device are loaded into a computer, and the calculation processing for determining the thermal constants such as the thermal diffusivity, the specific heat and the Biot number is performed based on the signal data, and the data and the calculation are performed. It is entirely configured so that the results can be displayed on an output device connected to a computer.

【0034】レーザフラッシュ法を用いて多層材料10
の熱拡散率あるいは比熱等の熱特性を解析するために、
まず多層材料10にレーザパルスQf(t)が照射され
た場合の理論温度応答を求める。ここでf(t)は全時
間領域における積分値を1として規格化した関数を用い
る。この解析はラプラス変換により変換して得られるラ
プラス空間上で行って、温度応答の理論解を以下のよう
にして求めることが可能である。
Multilayer Material 10 Using Laser Flash Method
In order to analyze thermal characteristics such as thermal diffusivity or specific heat of
First, the theoretical temperature response when the multilayer material 10 is irradiated with the laser pulse Qf (t) is obtained. Here, f (t) uses a standardized function with the integral value in the entire time domain being 1. This analysis can be performed on the Laplace space obtained by conversion by the Laplace transform, and the theoretical solution of the temperature response can be obtained as follows.

【0035】まず、多層材料10がn層からなるものと
して第i層における熱拡散率αi 、定圧比熱Cpi、密度
ρi 、及び厚みΔLi を定める。従って、熱伝導率ki
はki =αi ・Cpi・ρi で表される。また、表面から
第i層と第(i+1)層の境界までの厚さLi はLi
ΔL1 +ΔL2 +・・・+ΔLi となる。積層複合材料
における第i層における熱伝導方程式はδTi (x、
t)/δt=αi ・δ2 i (x、t)/δx2 によっ
て表記され、初期条件はTi (x、t)=0で、また境
界条件はTi (Li 、t)=Ti+1 (Li 、t)、及び
i・δTi (Li 、t)/δx=ki+1 ・δT
i+1 (Li 、t)/δxによってそれぞれ示される。従
って、これらにラプラス変換を施すことによりラプラス
変数をpとして、前記の熱伝導方程式はδ2 i (x、
p)/δx2 =(p/αi )・Ti (x、p)として、
また、境界条件はTi (Li 、p)=Ti+1 (Li
p)、及びki・δTi (Li 、p)/δx=ki+1
δTi+1 (Li 、p)/δxとしてそれぞれ得られる。
そして、同様の操作を第1層から最終の第n層に至るま
で順次適用することにより、全多層材料10についての
ラプラス変換された熱伝導方程式の集合が得られる。
First, assuming that the multilayer material 10 is composed of n layers, the thermal diffusivity α i , the constant pressure specific heat C pi , the density ρ i and the thickness ΔL i in the i-th layer are determined. Therefore, the thermal conductivity k i
Is represented by k i = α i · C pi · ρ i . Further, the thickness L i from the surface to the boundary between the i-th layer and the (i + 1) -th layer is L i =
ΔL 1 + ΔL 2 + ... + ΔL i . The heat conduction equation in the i-th layer in the laminated composite material is δT i (x,
t) / δt = α i · δ 2 T i (x, t) / δx 2 , the initial condition is T i (x, t) = 0, and the boundary condition is T i (L i , t). = T i + 1 (L i , t) and k i · δT i (L i , t) / δx = k i + 1 · δT
i + 1 (L i , t) / δx, respectively. Therefore, by applying the Laplace transform to these, and letting the Laplace variable be p, the above heat conduction equation is δ 2 T i (x,
p) / δx 2 = (p / α i ) · T i (x, p),
Further, the boundary condition is T i (L i , p) = T i + 1 (L i ,
p), and k i · δT i (L i , p) / δx = k i + 1 ·
δT i + 1 (L i , p) / δx, respectively.
Then, the same operation is sequentially applied from the first layer to the final n-th layer to obtain a set of Laplace-transformed heat conduction equations for the entire multilayer material 10.

【0036】以上のようにして、第i層における熱伝導
方程式の一般解は、Ti (x、p)=Ai exp(ri
・x)+Bi exp(−ri ・x)で与えられる。但
し、ri はri =sqrt(p/αi )であり、Ai
i は積分定数である。そして、第i層と第(i+1)
層の境界条件より、第i層の温度式の積分定数Ai 、B
i と第(i+1)層の温度式の積分定数Ai+1 、Bi+1
の関係を求めて数式1を得ることができる。ここでG
i,i+1 は数式2で表される行列である。従って、第1層
温度の係数と第n層温度の係数は数式3で表される関係
にある。表面及び裏面における入熱、放熱の条件を用い
て同様の解析を行い最終的に第n層における温度応答、
即ち試料裏面温度Tsは数式4で与えられ、式中に3つ
の変数(熱拡散率αi 、比熱ci 、ビオー数h)を含む
関係式T=F′(α、c、h、p)によって表現され
る。(但し、ビオー数の表面側での値h0 と裏面側での
値h1 は等しいものと仮定する。h=h0 =h1
As described above, the general solution of the heat conduction equation in the i-th layer is T i (x, p) = A i exp (r i
X) + B i exp (−r i · x) However, r i is r i = sqrt (p / α i ), and A i ,
B i is an integration constant. Then, the i-th layer and the (i + 1) -th layer
From the boundary conditions of the layers, the integration constants A i , B of the temperature equation of the i-th layer
i and the integration constants A i + 1 and B i + 1 of the temperature equation of the (i + 1) th layer
Equation 1 can be obtained by obtaining the relationship of Where G
i and i + 1 are matrices represented by Equation 2. Therefore, the coefficient of the first layer temperature and the coefficient of the n-th layer temperature have a relationship represented by Expression 3. The same analysis was performed using the conditions of heat input and heat dissipation on the front and back surfaces, and finally the temperature response in the nth layer,
That is, the sample back surface temperature Ts is given by Equation 4, and the relational expression T = F ′ (α, c, h, p) including three variables (thermal diffusivity α i , specific heat c i , Biot number h) in the equation Represented by (However, it is assumed that the front side value h 0 of the Biot number and the back side value h 1 are equal. H = h 0 = h 1 ).

【0037】[0037]

【数1】 [Equation 1]

【0038】以下、試料裏面における理論温度応答を与
える基本式である前記の数式4を用いて、温度応答との
2乗偏差Rについての熱拡散率α、比熱cあるいはビオ
ー数hに関する偏微分をゼロとおくことにより得られる
方程式を満足する熱拡散率α、比熱cあるいはビオー数
hをニュートン法により求める手順について示す。熱特
性不明層の熱拡散率α、比熱cあるいはビオー数hを変
数xと表し、Δx=−(δR/δx)/(δ2 R/δx
2 )を求め、xnew =x+Δxにより、xを更新する。
この手順を繰り返すことにより、δR/δx=0を満た
すx、即ち熱拡散率α、比熱cあるいはビオー数hを求
めることができる。
In the following, using Equation 4 which is a basic equation giving the theoretical temperature response on the back surface of the sample, the partial differential with respect to the thermal diffusivity α, the specific heat c or the Biot number h with respect to the square deviation R from the temperature response is calculated. The procedure for obtaining the thermal diffusivity α, the specific heat c or the Biot number h satisfying the equation obtained by setting it to zero by the Newton method will be described. The thermal diffusivity α, the specific heat c or the Biot number h of the layer with unknown thermal properties is represented by a variable x, and Δx = − (δR / δx) / (δ 2 R / δx
2 ) is obtained, and x is updated by x new = x + Δx.
By repeating this procedure, x that satisfies δR / δx = 0, that is, the thermal diffusivity α, the specific heat c or the Biot number h can be obtained.

【0039】上述したように各層の理論温度応答には熱
拡散率α及び単位体積当たりの熱容量(ρ・Cp )が現
れる。従って直接的に求められるものは、この2つの熱
特性値(α、c)とその積である熱伝導率であり、密度
が既知であれば定圧比熱も求められることになる。但
し、解析上は熱特性不明層の密度を定数、定圧比熱を変
数として取り扱い、計算終了後この定圧比熱に密度を乗
じて単位体積当たりの熱容量を求めることも可能であ
る。本数値解析法においては、1次元の熱伝導方程式
が成立し、試料の表裏面におけるビオー数はそれぞれ
等しい、第i層以外の全ての熱特性値及び全ての層厚
みは既知であるとする前提条件の下で計算を行うものと
する。さらに以下に示す時定数法を適用する場合には、
多層材料の定常状態における各層の熱伝導率λi と全
体の熱伝導率λとの関係式が近似的に成立するものとし
て取り扱う。
As described above, the thermal diffusivity α and the heat capacity per unit volume (ρ · C p ) appear in the theoretical temperature response of each layer. Therefore, what is directly required is the thermal conductivity which is the product of these two thermal characteristic values (α, c), and if the density is known, the constant pressure specific heat is also required. However, in analysis, it is also possible to treat the density of the layer with unknown thermal properties as a constant and the constant pressure specific heat as a variable, and after the calculation is completed, multiply the constant pressure specific heat by the density to obtain the heat capacity per unit volume. In this numerical analysis method, it is assumed that a one-dimensional heat conduction equation is established, the Biot numbers on the front and back surfaces of the sample are equal, and that all the thermal characteristic values except the i-th layer and all the layer thicknesses are known. Calculation shall be performed under the conditions. Furthermore, when applying the time constant method shown below,
It is assumed that the relational expression between the thermal conductivity λ i of each layer and the overall thermal conductivity λ in the steady state of the multilayer material is approximately satisfied.

【0040】図3に示すような多層材料10の場合には
未知変数として熱特性不明層の熱拡散率α、比熱
c、ビオー数hの3変数が未知数であり、h=g
(α、c)の関係式により変数を一つ減らして、かつ理
論温度応答と温度応答との偏差を最小にする条件により
この変数(α、c、h)を定めることができる。
In the case of the multilayer material 10 as shown in FIG. 3, the unknown variables are three variables of the thermal diffusivity α of the thermal property unknown layer, the specific heat c, and the Biot number h as unknown variables, and h = g.
This variable (α, c, h) can be determined by reducing the variable by one by the relational expression of (α, c) and by minimizing the deviation between the theoretical temperature response and the temperature response.

【0041】(時定数τの計算)厚みがLである単層材
料の場合、特性時間t0 をt0 =L2 /(π2 ・α0
として定義すると、mを定数として、t>>m・t0
満足する時間領域tにおいては、数式5の第2項以降
(n≧1)は初項に比較して無視できるほど小さくなる
ために、T(L、t)/Tm =A0 exp(−a0
t)∫exp(a0 ・t′)f(t′)dt′式により
裏面温度の理論解を近似することができる。ここでA0
=2β0 2/(β0 2+2h+h2 )、a0 =β0 2・α/L
2 である。
(Calculation of time constant τ) In the case of a single layer material having a thickness L, the characteristic time t 0 is t 0 = L 2 / (π 2 · α 0 ).
In the time domain t satisfying t >> m · t 0 , where m is a constant, the second and subsequent terms (n ≧ 1) in Equation 5 become negligibly smaller than the first term. , T (L, t) / T m = A 0 exp (−a 0 ·.
t) ∫exp (a 0 · t ′) f (t ′) dt ′ can approximate the theoretical solution of the backside temperature. Where A 0
= 2β 0 2 / (β 0 2 + 2h + h 2 ), a 0 = β 0 2 · α / L
2

【0042】[0042]

【数2】 [Equation 2]

【0043】従って、温度応答データの対数を時間に対
してプロットしその傾きから時定数τを求めると、時定
数τはa0 の逆数に等しいとみなすことができる。即ち
τ=1/a0 =L2 /(β0 2・α)であり、この関係が
多層材料10の平均熱拡散率αavに対しても成立するも
のとして、αav=αとしてτ=1/a0 =L2 /(β0 2
・αav)が得られる。
Therefore, when the logarithm of the temperature response data is plotted against time and the time constant τ is obtained from the slope thereof, the time constant τ can be regarded as equal to the reciprocal of a 0 . That is, τ = 1 / a 0 = L 2 / (β 0 2 · α), and assuming that this relationship holds for the average thermal diffusivity α av of the multilayer material 10, α av = α and τ = 1 / a 0 = L 2 / (β 0 2
・ Α av ) is obtained.

【0044】単層材料の場合、固有値βn についてのt
an(βn )=2h・βn /(βn 2 −h2 )式よりビ
オー数hをβ0 の関数として求め、hの値として正のも
のを選ぶことによりh0 =β0 ・(1/sinβ0 −1
/tanβ0 )を得ることができる。そして、この関係
が同じく多層材料10についても成立することから、β
0 は多層材料10の平均熱拡散率αavと時定数τを用い
て、β0 =L/sqrt(αav・τ)で与えられる。即
ち、ビオー数hは平均熱拡散率αavと時定数τの関数と
して上記のように表記することができ、多層材料10の
平均熱拡散率αavは多層材料10中の未知の熱拡散率α
と比熱cとの関数であるから、全体としてはh=g
(α、c)としてビオー数hを設定することが可能とな
る。
For monolayer materials, t for the eigenvalue β n
an (β n ) = 2h · β n / (β n 2 −h 2 ) The biot number h is obtained as a function of β 0 from the equation and h 0 = β 0 · (by selecting a positive value for h. 1 / sin β 0 -1
/ Tan β 0 ) can be obtained. Since this relationship holds for the multilayer material 10 as well, β
0 is given by β 0 = L / sqrt (α av · τ) using the average thermal diffusivity α av of the multilayer material 10 and the time constant τ. That is, the Biot number h can be expressed as a function of the average thermal diffusivity α av and the time constant τ as described above, and the average thermal diffusivity α av of the multilayer material 10 is the unknown thermal diffusivity in the multilayer material 10. α
And the specific heat c, the total h = g
It is possible to set the Biot number h as (α, c).

【0045】多層材料10の中の任意の1層に含まれる
未知の熱定数を、以下に示す直接法と時定数法によって
測定することができる。直接法とは、求める3つの変数
(熱拡散率α、比熱c、ビオー数h)を直接的に設定し
て理論温度応答と温度応答との2乗偏差Rを最小とする
ような(α、c、h)の最適解に到達する方法であり、
時定数法とは、レーザ照射後試料の特性時間に対して充
分時間が経過した後における時定数τを求め、その時定
数τを介して熱拡散率αとビオー数hが特定の関係にあ
ることを利用して変数を減らす方法である。即ち、α、
c及びh間に成立する関係式により1変数を減じて、最
小の2乗偏差Rに至る方法である。
The unknown thermal constant contained in any one layer of the multilayer material 10 can be measured by the direct method and the time constant method shown below. In the direct method, three variables to be obtained (thermal diffusivity α, specific heat c, Biot number h) are directly set to minimize the square deviation R between the theoretical temperature response and the temperature response (α, c, h) to reach the optimal solution,
The time constant method is to obtain the time constant τ after a sufficient time has elapsed from the characteristic time of the sample after laser irradiation, and the thermal diffusivity α and the Biot number h have a specific relationship via the time constant τ. Is a method of reducing variables by using. That is, α,
In this method, one variable is subtracted by the relational expression established between c and h to reach the minimum square deviation R.

【0046】ここで、偏差としては、下式に定義される
ような(イ)順2乗偏差I、(ロ)順2乗偏差II、
(ハ)逆2乗偏差I、(ニ)逆2乗偏差II、(ホ)対数
2乗偏差等の各偏差Rを適宜採用することができる。 (イ) R=Σ(Q・Tj −Ej 2 (ロ) R=(ΣEj 2 )・(ΣTj 2 )−(ΣEj ・Tj 2 (ハ) R=Σ{(1/(Q・Tj ))−(1/Ej )}2 (ニ) R=(Σ1/Ej 2 )・(Σ1/Tj 2 )−{Σ1/(Ej ・Tj ) }2 (ホ) R=Σ{ln(Q・Tj )−ln(Ej )}2
Here, the deviations are (a) forward square deviation I, (b) forward square deviation II, and
Each deviation R such as (C) inverse square deviation I, (D) inverse square deviation II, and (E) logarithmic square deviation can be appropriately adopted. (B) R = Σ (Q · T j −E j ) 2 (b) R = (ΣE j 2 ) · (ΣT j 2 ) − (ΣE j · T j ) 2 (c) R = Σ {(1 / (Q · T j ))-(1 / E j )} 2 (d) R = (Σ1 / E j 2 ) · (Σ1 / T j 2 ) − {Σ1 / (E j · T j )} 2 (E) R = Σ {ln (Q · T j ) −ln (E j )} 2

【0047】ここでQは多層材料10に照射するレーザ
パルスの試料に吸収された全エネルギーである。そし
て、上記の各偏差について計算を行う場合、以下のよう
なそれぞれの特徴を有している。 (イ)一般的な定義である。δR/δQ=0により求ま
るQを(イ)式に代入してQを消去したものを偏差とし
て使用する。 (ロ)一般的な偏差である(イ)式を用いてδR/δQ
=0により求まるQを(イ)式に代入し、その分子部分
を零とおくことにより得られる偏差であり、(イ)に比
較して計算式が簡単になる利点がある。 (ハ)理論温度の分母に変数が集中しているため、逆数
にすることにより計算式が簡単となる。δR/δQ=0
により求まるQを(ハ)式に代入してQを消去したもの
を偏差として使用する。 (ニ)(ハ)式を用いてδR/δQ=0より求まるQを
(ハ)式に代入し、その分子部分を零とおくことにより
得られる偏差であり、(ハ)に比較して計算式が簡単と
なる利点がある。 (ホ)対数形式の2乗偏差とすることにより極小値が容
易に判定できる。δR/δQ=0により求まるQを
(ホ)式に代入してQを消去したものを偏差として使用
する。なお、(イ)〜(ホ)式においてラプラス変換形
式を採用する場合には、ラプラス変数pを複数個設定
し、その複数個設定したpに対して温度応答データをラ
プラス変換することにより、対応するEj を求め、これ
らを(イ)〜(ホ)式に対して適用するものとする。
Here, Q is the total energy absorbed in the sample of the laser pulse irradiating the multilayer material 10. When the above-mentioned deviations are calculated, the characteristics are as follows. (B) It is a general definition. Substitution of Q obtained by δR / δQ = 0 into the equation (a) and elimination of Q is used as the deviation. (B) δR / δQ using equation (a) which is a general deviation
This is a deviation obtained by substituting Q obtained by = 0 into the equation (a) and setting the numerator portion as zero, and has an advantage that the calculation equation is simpler than that of the equation (a). (C) Since the variables are concentrated in the denominator of the theoretical temperature, the calculation formula can be simplified by using the reciprocal. δR / δQ = 0
Substituting Q obtained by the equation into (C) and eliminating Q is used as the deviation. (D) It is the deviation obtained by substituting Q obtained from δR / δQ = 0 into Eq. (C) using Eq. (C) and setting the numerator as zero, and comparing it with (C). This has the advantage of simplifying the formula. (E) The minimum value can be easily determined by using the logarithmic square deviation. Substituting Q obtained by δR / δQ = 0 into the equation (E) and eliminating Q is used as the deviation. In addition, when adopting the Laplace transform format in the equations (a) to (e), a plurality of Laplace variables p are set, and the temperature response data is Laplace transformed to the plurality of set p. Let E j be obtained and apply these to the equations (a) to (e).

【0048】(時定数法による熱定数の測定方法)以下
に時定数法における測定方法の手順を示す。 平均熱拡散率αavの初期値計算 通常の半価値到達時間t1/2 法に従ってレーザパルス入
熱曲線の重心位置から最高温度上昇値Tm の半分の温度
まで上昇する時間を求め、この値より平均熱拡散率の初
期値αavを計算する。あるいは、熱定数不明層の比熱、
熱拡散率を設定し、それに基づいて多層材料の平均熱拡
散率αavの初期値を計算してもよい。ここで、多層材料
における平均比熱cav、及び平均熱拡散率αavは以下の
式で与えられる。 cav=(Σρi i Δli )/ln αav=ln /((ΣΔli /(ρi i αi ))・cav) 但し、Δli はn層からなる多層材料における第i層の
厚さ(=li −li-1であり、多層材料の全体厚みln
はln =ΣΔli である。
(Measurement Method of Thermal Constant by Time Constant Method) The procedure of the measurement method by the time constant method is shown below. Calculation of initial value of average thermal diffusivity α av The time required to rise from the center of gravity of the laser pulse heat input curve to half the maximum temperature rise value T m is calculated according to the usual half-value arrival time t 1/2 method. The initial value α av of the average thermal diffusivity is calculated from the above. Alternatively, the specific heat of the layer whose thermal constant is unknown,
The thermal diffusivity may be set, and the initial value of the average thermal diffusivity α av of the multilayer material may be calculated based on the thermal diffusivity. Here, the average specific heat c av and the average thermal diffusivity α av of the multilayer material are given by the following equations. c av = (Σρ i C i Δl i ) / l n α av = l n / ((ΣΔl i / (ρ i C i α i )) · c av ) where Δl i is a multi-layer material composed of n layers The thickness of the i-th layer (= l i −l i−1 , and the total thickness of the multilayer material l n
Is l n = ΣΔl i .

【0049】時定数τの計算 レーザパルス入熱後、充分時間が経過して単層材料と仮
定した場合の試料裏面温度の時間空間理論解の初項のみ
による近似式が成立する時間領域において、測定試料温
度の減衰から時定数τを求める。 ビオー数初期値h0 の計算 平均熱拡散率αav、時定数τ及び固有値式からビオー数
の初期値h0 を求める。 比熱初期値設定 熱定数不明層に対して複数の比熱を設定する。 ニュートン法による熱定数不明層の熱拡散率計算 複数の比熱に対して、レーザパルスを用いて求めた多層
材料10の裏面の理論温度応答と測定温度の2乗偏差R
を用いてニュートン法により熱定数不明層の熱拡散率を
更新する。更新した熱拡散率を用いて多層材料10の平
均熱拡散率、及びビオー数を更新する。そして、これら
の値を用いて繰り返し計算し、Δα/αが充分小さくな
るまで繰り返して計算を行う。
Calculation of time constant τ In the time domain in which an approximate expression based only on the first term of the time-space theoretical solution of the sample back surface temperature when sufficient time has elapsed after the laser pulse heat input, assuming a monolayer material, The time constant τ is calculated from the decay of the measured sample temperature. Calculating average thermal diffusivity of Biot number initial value h 0 alpha av, when obtaining the initial value h 0 of Biot number from constant τ and eigenvalue equation. Initial setting of specific heat Set multiple specific heats for layers with unknown thermal constants. Calculation of thermal diffusivity of a layer whose thermal constant is unknown by Newton's method The square deviation R of the theoretical temperature response and the measured temperature of the back surface of the multilayer material 10 obtained by using laser pulses for a plurality of specific heats
Is used to update the thermal diffusivity of the layer with unknown thermal constant by the Newton method. The average thermal diffusivity and the Biot number of the multilayer material 10 are updated using the updated thermal diffusivity. Then, iterative calculation is performed using these values and repeated until Δα / α becomes sufficiently small.

【0050】2乗偏差Rの最小値の判定と複数比熱の
再設定 前記にて計算した比熱c、熱拡散率α、及びビオー数
hにより2乗偏差を計算し、最小値を与える比熱を求め
る。複数設定した比熱の間隔Δcとcとの比率Δc/c
が充分小さくなるまで比熱をその最小値を与える比熱の
近傍に再設定し、これを繰り返して実行する。上記手順
では比熱cを複数設定し、それに対応する熱拡散率αを
ニュートン法で求めたが、熱拡散率αを比熱cで交換し
てもよい。即ち、熱拡散率αを複数設定し、それに対応
する比熱cをニュートン法で求める方法としてもよい。
この場合、比熱cに関しては代数方程式となるのでその
根を解析的に求める方法としてもよい。
Determination of minimum value of squared deviation R and resetting of plural specific heats The squared deviation is calculated from the specific heat c calculated above, the thermal diffusivity α, and the Biot number h, and the specific heat giving the minimum value is obtained. . Ratio Δc / c between a plurality of specific heat intervals Δc and c
Until the value becomes sufficiently small, the specific heat is reset near the specific heat that gives the minimum value, and this is repeated. In the above procedure, a plurality of specific heats c are set, and the corresponding thermal diffusivity α is obtained by the Newton method, but the thermal diffusivity α may be replaced by the specific heat c. That is, a method may be used in which a plurality of thermal diffusivities α are set and the specific heat c corresponding thereto is obtained by the Newton method.
In this case, since the specific heat c is an algebraic equation, the root may be analytically obtained.

【0051】図6は上記時定数法により求めた3層から
なる多層材料10中の未知層の厚みを変化させた場合に
おける計算結果である。(a)は最下層の第3層が未知
の熱定数を含む場合を、(b)は中間層である第2層に
未知の熱定数を含む場合の例を示している。同図から明
らかなように、(a)、(b)いずれの場合においても
計算誤差即ち測定誤差を概ね±1%以下の範囲に納める
ことができることが分かる。
FIG. 6 shows the calculation results when the thickness of the unknown layer in the multi-layered material 10 consisting of three layers obtained by the time constant method is changed. (A) shows the case where the lowermost third layer contains an unknown thermal constant, and (b) shows an example where the second layer which is an intermediate layer contains an unknown thermal constant. As is clear from the figure, it is understood that the calculation error, that is, the measurement error can be kept within a range of approximately ± 1% or less in both cases (a) and (b).

【0052】(直接法による熱定数の測定方法)直接解
析法とは、熱拡散率α、比熱c、及びビオー数hの3個
の独立変数で表記される偏差Rについて、前述した最小
2乗法及びニュートン法を適用して、偏差Rの最小値を
満たす熱拡散率α、比熱c、及びビオー数hを求めるも
のである。この手順の2例を以下に示す。
(Measurement Method of Thermal Constant by Direct Method) The direct analysis method is the above-mentioned least square method for the deviation R represented by three independent variables of the thermal diffusivity α, the specific heat c, and the Biot number h. And Newton's method are applied to obtain the thermal diffusivity α, the specific heat c, and the Biot number h that satisfy the minimum value of the deviation R. Two examples of this procedure are shown below.

【0053】直接法1 図7に従い複数のビオー数を同時に設定して所望の熱定
数を得る手順を以下に説明する。 比熱の初期値c0 を設定する(S−1)。 ビオー数を複数設定する(S−2)。 各ビオー数に対して、2乗偏差Rの最小値Rj を与え
る熱拡散率α及び比熱cを次の手順で求める。 −1複数設定された比熱のそれぞれに対して、最小2
乗法及びニュートン法を適用して偏差Rの最小値Rj
与える熱拡散率を求める(S−3)、(S−4)。ある
いはS−3において熱拡散率を複数設定して、偏差Rを
極小とする比熱を求める方法も可能である。 −2比熱と熱拡散率の各組合わせに対して求めた偏差
Rを比較し、最小値Rj を与える比熱を選択する(S−
5)、(S−6)。 −3最小値を与えた比熱の近傍に偏差Rをより小さく
する方向に新たな複数の比熱を設定し(S−3)、−
1より繰り返す。Δc/cが充分小さくなった時のα及
びcが求めるものである。
Direct Method 1 A procedure for obtaining a desired thermal constant by simultaneously setting a plurality of Biot numbers according to FIG. 7 will be described below. An initial value c 0 of the specific heat is set (S-1). A plurality of biot numbers are set (S-2). For each Biot number, the thermal diffusivity α and the specific heat c that give the minimum value R j of the square deviation R are determined by the following procedure. -1 minimum for each specific heat set
The thermal diffusivity that gives the minimum value R j of the deviation R is obtained by applying the multiplication method and the Newton method (S-3) and (S-4). Alternatively, it is also possible to set a plurality of thermal diffusivities in S-3 and obtain a specific heat with a minimum deviation R. -2 The deviation R obtained for each combination of specific heat and thermal diffusivity is compared, and the specific heat that gives the minimum value R j is selected (S-
5), (S-6). -3 A plurality of new specific heats are set in the vicinity of the specific heat having the minimum value in the direction of reducing the deviation R (S-3),-
Repeat from 1. The values are α and c when Δc / c becomes sufficiently small.

【0054】偏差Rの極小値Rj を与えるビオー数を
次の手順で求める。 −1各ビオー数及び工程により求めた熱拡散率及び
比熱の組合わせに対し、偏差Rを求め偏差Rの最小値R
i を与えるビオー数を選択する(S−7)。 −2最小値Ri を与えたビオー数の近傍に偏差Rをよ
り小さくする方向に新たなビオー数を複数設定し(S−
2)、工程を実施する。Δh/hが充分小さくなった
時のh、α、cが求めるものである(S−8)。 前記所望の値hm 、αm 、cm を出力する。(S−
9) 以上の偏差Rの極小値を求める手順においては、ビオー
数、比熱及び熱拡散率は同等の独立変数であるので変数
を交換しても同様に成立する。例えば、複数の比熱を設
定した中に複数ビオー数を設定し、極小値を与える熱拡
散率を求める方法としてもよい。また、複数変数に対す
るニュートン法によっても偏差Rの極小値を与える熱拡
散率、比熱及びビオー数を求めることが可能である。
The Biot number which gives the minimum value R j of the deviation R is obtained by the following procedure. -1 The deviation R is found for the combination of the thermal diffusivity and the specific heat obtained by each Biot number and process, and the minimum value R of the deviation R is obtained.
The number of bios giving i is selected (S-7). -A plurality of new Biot numbers are set in the vicinity of the Biot number giving the minimum value R i in the direction of making the deviation R smaller (S-
2), carry out the process. The values are h, α, and c when Δh / h becomes sufficiently small (S-8). The desired values h m , α m , and cm are output. (S-
9) In the above procedure for obtaining the minimum value of the deviation R, the Biot number, the specific heat and the thermal diffusivity are equivalent independent variables, and therefore the same holds true even if the variables are exchanged. For example, a method may be used in which a plurality of Biot numbers are set among a plurality of specific heats and a thermal diffusivity that gives a minimum value is obtained. Further, the thermal diffusivity, the specific heat and the Biot number which give the minimum value of the deviation R can be obtained by the Newton method for a plurality of variables.

【0055】直接法2 最初に、図3に示すような多層材料10中の一層にお
ける未知数である比熱c、及びビオー数hを適当に定め
て、それぞれの初期値c0 、h0 をh−c平面上の(c
0 、h0 )点に設定する。 前記で設定した各初期値(c0 、h0 )を理論温度応
答F(α、c、h、t)、F′(α、c、h、p)に代
入して、未知数αを含む理論温度応答F(α、c0 、h
0 、t)、F′(α、c0 、h0 、p)と実際の温度応
答E(t)、E′(p)との偏差Rを最小とするαの値
をδR/δα=0とすることにより求める。
Direct Method 2 First, the specific heat c and the Biot number h, which are unknowns in one layer in the multilayer material 10 as shown in FIG. 3, are appropriately determined, and respective initial values c 0 and h 0 are h−. (c on the c-plane
0 , h 0 ) points. The initial values (c 0 , h 0 ) set above are substituted into theoretical temperature responses F (α, c, h, t) and F ′ (α, c, h, p) to obtain a theory including the unknown α. Temperature response F (α, c 0 , h
0 , t), F '(α, c 0 , h 0 , p) and the actual temperature response E (t), E' (p) the minimum value of the deviation R is δR / δα = 0. And obtain.

【0056】δR/δα=0式を満たすαの値を前述
した最小2乗法、及びニュートン法等の数値解析法によ
り求める。このとき得られる熱拡散率αの初期値を
α0 、偏差Rの初期値をR0 として、これら初期値の組
(R0 、α0 、c0 、h0 )を仮の最小値の組(Rm
αm 、cm 、hm )として設定する。 最小値の組(cm 、hm )=(c0 、h0 )で表示さ
れる二次元平面上の点の近傍に新たな値の組(c1 、h
1 )を設定する。この新たな点の設定には前記二次元平
面上の点を中心点として、予め設定した基準半径内の円
周内を乱数法によって指定する等の操作をコンピュータ
上で演算して処理することもできる。またこの基準半径
を漸次縮小していくことにより精度を高められる。更
に、複数の既に設定された熱定数の組を用いて、偏差あ
るいは更新される熱定数の差が小さくなる方向に、新た
な複数の更新値を設定することも可能である。
The value of α satisfying the expression δR / δα = 0 is obtained by the above-mentioned least squares method and the numerical analysis method such as the Newton method. The initial value of the thermal diffusivity α obtained at this time is α 0 and the initial value of the deviation R is R 0 , and the set of these initial values (R 0 , α 0 , c 0 , h 0 ) is set to a temporary minimum value set. (R m ,
α m , cm , h m ). A new set of values (c 1 , h) near the point on the two-dimensional plane represented by the set of minimum values (c m , h m ) = (c 0 , h 0 ).
1 ) is set. To set this new point, an operation such as designating a circle within a preset reference radius by a random number method with the point on the two-dimensional plane as a center point may be calculated and processed on a computer. it can. The accuracy can be improved by gradually reducing the reference radius. Furthermore, it is also possible to set a plurality of new update values in the direction in which the deviation or the difference between the updated heat constants becomes smaller by using a plurality of sets of heat constants that have already been set.

【0057】前記c1 、h1 の値を理論温度応答F
(α、c、h、t)、F′(α、c、h、p)に代入し
て、未知数αを含む理論温度応答F(α、c1 、h1
t)、F′(α、c1 、h1 、p)と実際の温度応答E
(t)、E′(p)との偏差Rが最小となるようなαの
値をδR/δα=0とすることにより求める。このとき
の得られる熱拡散率αの値をα1 、偏差Rの値をR1
して、これらの組(R1、α1 、h1 、c1 )を定め
る。 次に、最小値として既に設定されているRm (=
0 )と、R1 とを比較してR1 がRm より大きい場合
には、前記した最小値の組(cm 、hm )=(c0、h
0 )の近傍に新たな(c2 、h2 )の組を再設定する。
1 がRm より小さい場合には、Rm =R1 とすること
により最小値Rm を更新する。 そして、予め設定してある許容基準値εよりも最小値
m が小さくなるまで以上の操作を繰り返すことによ
り、最小値Rm を次第に減少させて、最小値Rmが許容
基準値εより小さくなった時点で最小値の組(Rm 、α
m 、cm 、hm )を所望のα、c、hとして出力する。
なお、以上の操作は上記の操作手順のプログラムを入力
したコンピュータにより、レーザフラッシュ法を用いて
得られる温度応答のデータを演算処理することで実行さ
れる。
The values of c 1 and h 1 are calculated as the theoretical temperature response F
(Α, c, h, t), F ′ (α, c, h, p), and the theoretical temperature response F (α, c 1 , h 1 ,
t), F '(α, c 1 , h 1 , p) and the actual temperature response E
The value of α that minimizes the deviation R from (t) and E ′ (p) is obtained by setting δR / δα = 0. The value of the thermal diffusivity α obtained at this time is α 1 , and the value of the deviation R is R 1 , and these pairs (R 1 , α 1 , h 1 , c 1 ) are determined. Next, R m (=
If R 1 is larger than R m by comparing R 0 ) and R 1 , the above-mentioned set of minimum values (c m , h m ) = (c 0 , h
Reset a new (c 2 , h 2 ) pair near 0 ).
R 1 is a is smaller than R m updates the minimum value R m by the R m = R 1. Then, by repeating the above operation until the minimum value R m becomes smaller than the preset allowable reference value ε, the minimum value R m is gradually decreased so that the minimum value R m becomes smaller than the allowable reference value ε. The minimum value set (R m , α
m , cm , h m ) is output as the desired α, c, h.
The above operation is executed by computing the temperature response data obtained using the laser flash method by the computer into which the program of the above operation procedure is input.

【0058】図8は上記直接法2により求めた3層から
なる多層材料10の未知層の厚みを変化させた場合にお
ける計算結果である。(a)は中間層である第2層に未
知の熱定数を含む場合の例を、(b)は最下層の第3層
が未知の熱定数を含む場合を示している。同図から明ら
かなように、(a)、(b)いずれの場合においても計
算誤差即ち測定誤差は一般的に必要とされる測定精度の
範囲を満たしていることがわかる。
FIG. 8 shows calculation results when the thickness of the unknown layer of the multi-layered material 10 consisting of three layers obtained by the direct method 2 is changed. (A) shows an example where the second layer, which is an intermediate layer, contains an unknown thermal constant, and (b) shows a case where the third layer, which is the bottom layer, contains an unknown thermal constant. As is clear from the figure, in both cases (a) and (b), the calculation error, that is, the measurement error, satisfies the range of the generally required measurement accuracy.

【0059】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明はこれらの実施例に限定されるものではなく、要旨を
逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲であ
る。例えば、本実施例においては、理論温度応答、及び
温度応答のデータをラプラス変換して処理する場合につ
いて説明したが、通常の時間空間において処理してもよ
い。また、本発明に適用する理論温度応答と温度応答と
の偏差には、必要に応じて特徴の異なる順2乗偏差、逆
2乗偏差、及び対数2乗偏差等を採用することができ
る。更に、理論温度応答と温度応答との偏差の式中に含
まれる未知数である熱拡散率、比熱、及びビオー数の3
つの変数は数学的にはいずれも同等の変数であるため、
上記実施例で説明したような関係式中で各変数を任意に
交換した関係式を使用する場合も同様に本発明の権利範
囲内であるとみなす。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and changes in conditions without departing from the gist of the present invention are all within the scope of the present invention. For example, in the present embodiment, the case where the theoretical temperature response and the data of the temperature response are Laplace-transformed and processed is described, but the data may be processed in a normal time space. Further, as the deviation between the theoretical temperature response and the temperature response applied to the present invention, a forward square deviation, an inverse square deviation, a logarithmic square deviation, or the like having different characteristics can be adopted as necessary. Furthermore, the unknown values of the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number included in the equation of the deviation between the theoretical temperature response and the temperature response are 3
Since the two variables are mathematically equivalent,
The use of a relational expression in which each variable is arbitrarily exchanged in the relational expression as described in the above embodiment is also considered to be within the scope of the present invention.

【0060】[0060]

【発明の効果】請求項1〜5記載のレーザフラッシュ法
におけ熱定数の測定方法及びその装置においては、熱拡
散率α、比熱c、ビオー数hを設定して得られる理論温
度応答と現実の温度応答との偏差を比較して、未知数の
値を逐次効率的に更新し、漸近的に実際の温度応答の測
定データを満たす未知数の値を高精度で決定することが
できると共に、従来のように温度応答の絶対値を必要と
せず、相対的な温度応答の測定データに基づいて多層材
料中の未知の熱定数を求めることができる。さらに、理
論温度応答と実際に得られる温度応答との偏差を指標と
して、例えばビオー数h及び比熱cを最小偏差Rm を与
える値の近傍に逐次設定して、最小偏差の更新を行うた
め、未知のビオー数、比熱及び熱拡散率の真値を単純な
繰り返し計算手段の構成により求めることができ、コン
ピュータによる演算処理が高速で行える。
In the method and apparatus for measuring the thermal constant in the laser flash method according to the first to fifth aspects, the theoretical temperature response and the reality obtained by setting the thermal diffusivity α, the specific heat c, and the Biot number h are set. By comparing the deviation with the temperature response of, the value of the unknown value can be updated efficiently one after another, and the value of the unknown value that asymptotically satisfies the measured data of the actual temperature response can be determined with high accuracy. As described above, the unknown thermal constant in the multilayer material can be obtained based on the measured data of the relative temperature response without requiring the absolute value of the temperature response. Further, using the deviation between the theoretical temperature response and the actually obtained temperature response as an index, for example, the Biot number h and the specific heat c are sequentially set in the vicinity of the value giving the minimum deviation R m , and the minimum deviation is updated. The true values of the unknown Biot number, the specific heat and the thermal diffusivity can be obtained by the configuration of the simple iterative calculation means, and the arithmetic processing by the computer can be performed at high speed.

【0061】特に、請求項2記載のレーザフラッシュ法
を用いた熱定数の測定方法においては、熱拡散率、比熱
及びビオー数を変数として偏差Rを求め、該偏差の極小
値を与えるものとしてα、c、hの値を正確かつ迅速に
求めることができる。さらに、請求項3記載のレーザフ
ラッシュ法を用いた熱定数の測定方法においては、ビオ
ー数の初期値が温度応答における時定数、及び半価値到
達時間t1/2の値との関係等に基づいて設定されるの
で、真値の近傍に予め設定でき、計算回数を大幅に削減
することができると共に、求める熱定数が発散してしま
うことがない。
Particularly, in the method for measuring the thermal constant using the laser flash method according to the second aspect, the deviation R is obtained by using the thermal diffusivity, the specific heat and the Biot number as variables, and α is taken to give the minimum value of the deviation. , C, h values can be obtained accurately and quickly. Further, in the method for measuring a thermal constant using the laser flash method according to claim 3, the initial value of the Biot number is based on the relationship between the time constant in the temperature response and the value of the half value arrival time t 1/2. Since it can be set in the vicinity of the true value in advance, the number of calculations can be significantly reduced, and the desired thermal constant does not diverge.

【0062】また、請求項4記載のレーザフラッシュ法
を用いた熱定数の測定装置においては、理論温度応答と
実際に得られる温度応答との偏差Rを指標として、例え
ばビオー数h及び比熱cを最小偏差Rm を与える値の近
傍に逐次設定して、最小偏差Rm の更新を行って、未知
のビオー数、比熱及び熱拡散率の真値を単純な計算手段
の構成により求めることができるので、絶対温度を測定
する必要がなく、試料に接触することなく試料温度を測
定できる放射温度計等を使用して高温の温度域まで測定
が可能であり、測定の環境条件に影響されることが少な
い。さらに、請求項5記載のレーザフラッシュ法を用い
た熱定数の測定装置においては、熱拡散率及び比熱を基
にしてビオー数が更新されるので、理論温度応答と実際
に得られる温度応答との偏差Rを指標として、熱拡散率
αあるいは比熱cを最小偏差Rm を与える値の近傍に逐
次設定して、最小偏差Rm の更新を行って、未知のビオ
ー数、比熱及び熱拡散率の真値を少ない演算計算手段の
繰り返しにより求めることができるため、計算誤差を減
少させることができる。
Further, in the thermal constant measuring device using the laser flash method according to the fourth aspect, the deviation R between the theoretical temperature response and the actually obtained temperature response is used as an index, for example, the Biot number h and the specific heat c. are sequentially set in the vicinity of a value giving the minimum deviation R m, performs updating of minimum deviation R m, unknown Biot number, can be determined by the configuration of a simple calculation means the true value of the specific heat and thermal diffusivity Since it is not necessary to measure the absolute temperature, it is possible to measure up to a high temperature range using a radiation thermometer that can measure the sample temperature without touching the sample, and it is affected by the environmental conditions of measurement. Less is. Further, in the thermal constant measuring device using the laser flash method according to claim 5, since the Biot number is updated based on the thermal diffusivity and the specific heat, the theoretical temperature response and the actually obtained temperature response are the deviation R as an index, the thermal diffusivity α or specific heat c are sequentially set in the vicinity of a value giving the minimum deviation R m, performs updating of minimum deviation R m, unknown Biot number, specific heat and thermal diffusivity Since the true value can be obtained by repeating a small number of arithmetic calculation means, the calculation error can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係るレーザフラッシュ法を
用いた熱定数の測定方法を適用したレーザフラッシュ装
置の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a laser flash device to which a method for measuring a thermal constant using a laser flash method according to an embodiment of the present invention is applied.

【図2】レーザフラッシュ法を用いた熱定数の測定方法
の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a thermal constant measurement method using a laser flash method.

【図3】多層材料を用いるレーザフラッシュ法の説明図
である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a laser flash method using a multilayer material.

【図4】レーザフラッシュ法を用いた熱定数の測定方法
における直接法のフロー図である。
FIG. 4 is a flow chart of a direct method in a thermal constant measurement method using a laser flash method.

【図5】レーザフラッシュ法を用いた熱定数の測定方法
における時定数法のフロー図である。
FIG. 5 is a flow diagram of a time constant method in a method for measuring a thermal constant using a laser flash method.

【図6】3層からなる多層材料中の未知層の厚みを変化
させた場合における時定数法の計算誤差を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a calculation error of the time constant method when the thickness of an unknown layer in a multilayer material including three layers is changed.

【図7】レーザフラッシュ法を用いた熱定数の測定法に
おける直接法のフロー図である。
FIG. 7 is a flow chart of a direct method in a method for measuring a thermal constant using a laser flash method.

【図8】3層からなる多層材料中の未知層の厚みを変化
させた場合における直接法の計算誤差を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a calculation error of a direct method when the thickness of an unknown layer in a multilayer material including three layers is changed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 多層材料 11 ハーフミラー 10 Multilayer material 11 Half mirror

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 熱拡散率及び比熱が未知の一層を含む多
層材料の表面側からレーザフラッシュを照射して得られ
る裏面側の温度応答と、熱拡散率、比熱、及びビオー数
を変数として含む理論温度応答とを比較し、前記熱拡散
率、比熱、及びビオー数を求めることを特徴とするレー
ザフラッシュ法を用いた熱定数の測定方法。
1. A temperature response on the back surface side obtained by irradiating a laser flash from the front surface side of a multilayer material including one layer whose thermal diffusivity and specific heat are unknown, and the thermal diffusivity, specific heat and Biot number are included as variables. A method for measuring a thermal constant using a laser flash method, characterized in that the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number are obtained by comparing with a theoretical temperature response.
【請求項2】 前記熱拡散率、比熱、及びビオー数のい
ずれかをA、残りの一方をB、他方をCとして、前記A
及びBの初期値を設定して、前記多層材料の裏面温度応
答と理論温度応答との偏差を最小とするCを求めて、該
偏差を最小偏差の初期値として設定する第1工程と、 前記多層材料の新たなA及びBを、最小偏差を与えるA
及びBの近傍に設定する第2工程と、 前記多層材料のA及びBから、前記多層材料の理論温度
応答及び裏面温度応答との偏差が最小となるC及び偏差
を求める第3工程と、 前記偏差と最小偏差とを比較して、前記偏差が最小偏差
より大きい場合には、第2工程から第3工程を繰り返し
て、前記偏差が最小偏差以下になった時には、該偏差を
最小偏差として新たに設定して第2工程から第3工程を
繰り返すことにより、最小偏差がその極小値近傍に到達
した時点で、熱拡散率、比熱、及びビオー数を出力する
第4工程とを有する請求項1記載のレーザフラッシュ法
を用いた熱定数の測定方法。
2. The thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number are set to A, the other one is set to B, and the other is set to C.
And a first step of setting B as an initial value to obtain C that minimizes a deviation between the back surface temperature response and the theoretical temperature response of the multilayer material, and setting the deviation as an initial value of the minimum deviation. The new A and B of the multi-layer material are given by A
And a second step of setting in the vicinity of B, and a third step of obtaining C and a deviation that minimize the deviation between the theoretical temperature response and the back surface temperature response of the multilayer material from A and B of the multilayer material, The deviation is compared with the minimum deviation, and if the deviation is larger than the minimum deviation, the second to third steps are repeated, and when the deviation is less than or equal to the minimum deviation, the deviation is newly set as the minimum deviation. And a fourth step of outputting the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number when the minimum deviation reaches the vicinity of the minimum value by repeating the second step to the third step. A method for measuring a thermal constant using the laser flash method described.
【請求項3】 熱拡散率、比熱、及びビオー数の各初期
値を設定し、該各初期値を含む理論温度応答と裏面温度
応答との偏差を求め、該熱拡散率、比熱、ビオー数、及
び偏差をそれぞれ設定熱拡散率、設定比熱、設定ビオー
数及び設定偏差とする第1工程と、 前記設定された熱拡散率及び比熱のいずれかをA、残り
の一方をBとして、前記Aの近傍に新たなAを設定する
第2工程と、 前記設定されたA、及び設定ビオー数を含む理論温度応
答と温度応答との偏差を最小とするBを求める計算工程
によりBを求めて、該A及びBによりビオー数を更新し
て新たな設定ビオー数を定め、該Aを固定した状態にお
ける偏差極小値近傍に到達するまで該計算工程を繰り返
して熱拡散率、比熱、ビオー数を定める第3工程と、 前記熱拡散率、比熱、及びビオー数を含む理論温度応答
と温度応答との偏差を求めて、該偏差が極小値近傍に到
達したか判定し、到達していない場合には、前記第2工
程から第3工程までを繰り返し、偏差がその極小値近傍
に到達した時には、その時点での熱拡散率、比熱、及び
ビオー数を出力する第4工程とを有する請求項1記載の
レーザフラッシュ法を用いた熱定数の測定方法。
3. Initial values of thermal diffusivity, specific heat, and Biot number are set, and a deviation between a theoretical temperature response including the initial values and a back surface temperature response is obtained, and the thermal diffusivity, specific heat, and Biot number. , And a deviation as a set thermal diffusivity, a set specific heat, a set Biot number, and a set deviation, respectively, and A is set as one of the set thermal diffusivity and specific heat, and the remaining one is set as B, B is obtained by a second step of setting a new A in the vicinity of, and a step of calculating B that minimizes the deviation between the theoretical temperature response including the set A and the set Biot number and the temperature response, The Biot number is updated by the A and B to define a new set Biot number, and the calculation step is repeated until the vicinity of the minimum deviation value in the state where the A is fixed is reached to determine the thermal diffusivity, specific heat and Biot number. A third step, the thermal diffusivity, the specific heat, and The deviation between the theoretical temperature response including the Biot number and the temperature response is obtained, and it is determined whether or not the deviation has reached the vicinity of the minimum value. If the deviation has not been reached, the second step to the third step are repeated, The method for measuring a thermal constant using the laser flash method according to claim 1, further comprising a fourth step of outputting the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number at the time when the deviation reaches the vicinity of the minimum value.
【請求項4】 熱拡散率及び比熱が未知の一層を含む多
層材料の表面側からレーザフラッシュを照射して得られ
る裏面側の温度応答と、熱拡散率、比熱、及びビオー数
を変数として含む理論温度応答とを比較し、前記熱拡散
率、比熱、及びビオー数を求めるレーザフラッシュ法を
用いた前記多層材料の熱定数の測定装置であって、 前記熱拡散率、比熱、及びビオー数のいずれかをA、残
りの一方をB、他方をCとして、前記A及びBの初期値
を設定して、前記多層材料の裏面における温度応答と理
論温度応答との偏差を最小とするCを求めて、該偏差を
最小偏差の初期値として設定する第1の演算手段と、 前記多層材料の新たなA及びBを、最小偏差を与えるA
及びBの近傍に設定する第1の計算と、前記多層材料の
A及びBから、前記多層材料の理論温度応答及び裏面温
度応答との偏差が最小となるC及び偏差を求める第2の
計算を行い、前記偏差と最小偏差とを比較して、前記偏
差が最小偏差より大きい場合には、前記第1及び第2の
計算を繰り返して、前記偏差が最小偏差以下になったと
きには、該偏差を最小偏差として新たに設定する第2の
演算手段と、 該最小偏差が極小値近傍に到達したか判定し、到達して
いない場合には前記第1及び第2の計算を繰り返して最
小偏差値がその極小値近傍に到達した時点で、熱拡散
率、比熱、及びビオー数を出力する第3の演算手段とを
有することを特徴とするレーザフラッシュ法を用いた熱
定数の測定装置。
4. A temperature response on the back surface side obtained by irradiating a laser flash from the front surface side of a multilayer material including one layer whose thermal diffusivity and specific heat are unknown, and thermal diffusivity, specific heat, and Biot number are included as variables. Comparing with a theoretical temperature response, the thermal diffusivity, specific heat, and a device for measuring the thermal constant of the multilayer material using a laser flash method to determine the Biot number, the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number of By setting one of them as A, the other as B, and the other as C, the initial values of A and B are set, and C that minimizes the deviation between the temperature response and the theoretical temperature response on the back surface of the multilayer material is obtained. Then, the first calculation means for setting the deviation as an initial value of the minimum deviation and the new A and B of the multilayer material are given as A giving the minimum deviation.
And a second calculation to set C and the deviation from the theoretical temperature response and the back surface temperature response of the multilayer material that are the minimum, from the first calculation set in the vicinity of B and B. The deviation is compared with the minimum deviation, and when the deviation is larger than the minimum deviation, the first and second calculations are repeated, and when the deviation is equal to or smaller than the minimum deviation, the deviation is determined. Second calculating means newly set as the minimum deviation, and it is judged whether the minimum deviation has reached the vicinity of the minimum value. If the minimum deviation has not been reached, the first and second calculations are repeated to determine the minimum deviation value. An apparatus for measuring a thermal constant using a laser flash method, comprising: a third calculation means for outputting a thermal diffusivity, a specific heat, and a Biot number when reaching the vicinity of the minimum value.
【請求項5】 熱拡散率及び比熱が未知の一層を含む多
層材料の表面側からレーザフラッシュを照射して得られ
る裏面側の温度応答と、熱拡散率、比熱、及びビオー数
を変数として含む理論温度応答とを比較し、前記熱拡散
率、比熱、及びビオー数を求めるレーザフラッシュ法を
用いた前記多層材料の熱定数の測定装置であって、 熱拡散率、比熱、及びビオー数の各初期値を設定し、該
各初期値を含む理論温度応答と裏面温度応答との偏差を
求め、該熱拡散率、比熱、ビオー数、及び偏差をそれぞ
れ設定熱拡散率、設定比熱、設定ビオー数及び設定偏差
とする第1の演算手段と、 前記設定された熱拡散率及び比熱のいずれかをA、残り
の一方をBとして、前記Aの近傍に新たなAを設定する
第2の演算手段と、 前記第2の演算手段により設定されるA、及び設定ビオ
ー数を含む理論温度応答と裏面温度応答との偏差を最小
とするBを計算して、その計算結果により得られる熱拡
散率及び比熱によりビオー数を更新して新たな設定ビオ
ー数を定め、該Aを固定した状態における偏差極小値近
傍に到達するまで前記計算を繰り返して熱拡散率、比
熱、ビオー数を定める第3の演算手段と、 前記第3の演算手段により得た熱拡散率、比熱、及びビ
オー数を含む理論温度応答と裏面温度応答との偏差を求
めて、該偏差が極小値近傍に到達したか判定する第4の
演算手段と、 前記第4の演算手段より求められる前記偏差がその極小
値近傍に到達していない時には、より小さな極小値を与
える方向に設定される新たなAを前記第2の演算手段に
入力し、その極小値近傍に到達した時に、その時点での
熱拡散率、比熱、及びビオー数を出力する第5の演算手
段とを有することを特徴とするレーザフラッシュ法を用
いた熱定数の測定装置。
5. The temperature response on the back surface side obtained by irradiating a laser flash from the front surface side of a multilayer material including one layer whose thermal diffusivity and specific heat are unknown, and the thermal diffusivity, specific heat and Biot number are included as variables. A device for measuring the thermal constant of the multilayer material using the laser flash method for obtaining the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number by comparing the theoretical temperature response with each of the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number. The initial value is set, the deviation between the theoretical temperature response including the initial value and the back surface temperature response is obtained, and the thermal diffusivity, specific heat, biot number, and deviation are set to the thermal diffusivity, specific heat, and biot number, respectively. And a first calculation means for setting a deviation, and a second calculation means for setting a new A in the vicinity of the A by setting one of the set thermal diffusivity and the specific heat to A and the other one to B. And set by the second computing means A and B which minimize the deviation between the theoretical temperature response including the set Biot number and the backside temperature response are calculated, and the Biot number is updated by the thermal diffusivity and the specific heat obtained from the calculation result. The third computing means for determining the set Biot number and repeating the above calculation until the vicinity of the minimum deviation value in the state where A is fixed to determine the thermal diffusivity, the specific heat, and the Biot number; Fourth computing means for determining a deviation between the theoretical temperature response including the obtained thermal diffusivity, specific heat, and Biot number and the back surface temperature response, and determining whether the deviation has reached the vicinity of the minimum value; When the deviation obtained by the calculating means has not reached the minimum value, a new A which is set in the direction of giving a smaller minimum value is input to the second calculating means and reaches the vicinity of the minimum value. When Thermal diffusivity, the specific heat, and the measurement apparatus of the thermal constants used a laser flash method, characterized in that it comprises a fifth calculating means for outputting the Biot's number.
JP09429195A 1995-03-27 1995-03-27 Method and apparatus for measuring thermal constant using laser flash method Expired - Lifetime JP3568271B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP09429195A JP3568271B2 (en) 1995-03-27 1995-03-27 Method and apparatus for measuring thermal constant using laser flash method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP09429195A JP3568271B2 (en) 1995-03-27 1995-03-27 Method and apparatus for measuring thermal constant using laser flash method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08261967A true JPH08261967A (en) 1996-10-11
JP3568271B2 JP3568271B2 (en) 2004-09-22

Family

ID=14106164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP09429195A Expired - Lifetime JP3568271B2 (en) 1995-03-27 1995-03-27 Method and apparatus for measuring thermal constant using laser flash method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3568271B2 (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000016079A1 (en) * 1998-09-14 2000-03-23 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Method for determining the quality of adhesion in a laminar structure
EP1199557A1 (en) * 2000-10-17 2002-04-24 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Method for measuring thermal diffusivity and interface thermal resistance
WO2003060447A1 (en) * 2001-12-26 2003-07-24 Vortek Industries Ltd. Temperature measurement and heat-treating methods and systems
DE10242741A1 (en) * 2002-09-13 2004-04-01 Netzsch-Gerätebau GmbH Device for determining thermal conductivity using light pulses has reference radiation sensor with bandwidth significantly greater than reciprocal of radiation source pulse length for correcting infrared sensor signals
JP2007322276A (en) * 2006-06-01 2007-12-13 Chokoon Zairyo Kenkyusho:Kk Method of measuring thermal constant using laser flash method
WO2008053735A1 (en) * 2006-11-02 2008-05-08 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Method and device for heating article
JP2009002688A (en) * 2007-06-19 2009-01-08 Ulvac-Riko Inc Temperature calibration method for infrared detector and specific heat capacity measuring method
JP2009526983A (en) * 2006-02-17 2009-07-23 シーイーエー Method and apparatus for characterizing a thin layer material constructed on a substrate using active pyrometry
US9070590B2 (en) 2008-05-16 2015-06-30 Mattson Technology, Inc. Workpiece breakage prevention method and apparatus
JP2015225034A (en) * 2014-05-29 2015-12-14 株式会社超高温材料研究センター Measurement method of thermal diffusivity of translucent material
US9627244B2 (en) 2002-12-20 2017-04-18 Mattson Technology, Inc. Methods and systems for supporting a workpiece and for heat-treating the workpiece

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000016079A1 (en) * 1998-09-14 2000-03-23 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Method for determining the quality of adhesion in a laminar structure
EP1199557A1 (en) * 2000-10-17 2002-04-24 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Method for measuring thermal diffusivity and interface thermal resistance
US6592252B2 (en) 2000-10-17 2003-07-15 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Method for measuring thermal diffusivity and interface thermal resistance
WO2003060447A1 (en) * 2001-12-26 2003-07-24 Vortek Industries Ltd. Temperature measurement and heat-treating methods and systems
US7038209B2 (en) 2002-09-13 2006-05-02 Netzsch-Geraetebau Gmbh Device for detecting thermal conductivity by means of optical pulses
DE10242741B4 (en) * 2002-09-13 2005-08-11 Netzsch-Gerätebau GmbH Device for determining the thermal conductivity by means of light pulses
DE10242741A1 (en) * 2002-09-13 2004-04-01 Netzsch-Gerätebau GmbH Device for determining thermal conductivity using light pulses has reference radiation sensor with bandwidth significantly greater than reciprocal of radiation source pulse length for correcting infrared sensor signals
US9627244B2 (en) 2002-12-20 2017-04-18 Mattson Technology, Inc. Methods and systems for supporting a workpiece and for heat-treating the workpiece
JP2009526983A (en) * 2006-02-17 2009-07-23 シーイーエー Method and apparatus for characterizing a thin layer material constructed on a substrate using active pyrometry
JP2007322276A (en) * 2006-06-01 2007-12-13 Chokoon Zairyo Kenkyusho:Kk Method of measuring thermal constant using laser flash method
WO2008053735A1 (en) * 2006-11-02 2008-05-08 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Method and device for heating article
JP2008116285A (en) * 2006-11-02 2008-05-22 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method and device for heating article
JP2009002688A (en) * 2007-06-19 2009-01-08 Ulvac-Riko Inc Temperature calibration method for infrared detector and specific heat capacity measuring method
US9070590B2 (en) 2008-05-16 2015-06-30 Mattson Technology, Inc. Workpiece breakage prevention method and apparatus
JP2015225034A (en) * 2014-05-29 2015-12-14 株式会社超高温材料研究センター Measurement method of thermal diffusivity of translucent material

Also Published As

Publication number Publication date
JP3568271B2 (en) 2004-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Raynaud et al. A new finite-difference method for the nonlinear inverse heat conduction problem
US6804622B2 (en) Method and apparatus for non-destructive thermal inspection
JPH08261967A (en) Measuring method and device for thermal constant using laser flash method
Beck Criteria for comparison of methods of solution of the inverse heat conduction problem
US20190128738A1 (en) Method for measuring temperature of process area
JP6127019B2 (en) Method for measuring thermal diffusivity of translucent materials
Wen et al. Real-time estimation of time-dependent imposed heat flux in graded index media by KF-RLSE algorithm
Hollis User's manual for the one-dimensional hypersonic experimental aero-thermodynamic (1DHEAT) data reduction code
Rothermel et al. Solving an inverse heat convection problem with an implicit forward operator by using a projected quasi-Newton method
Lunev et al. Complexity matters: Highly-accurate numerical models of coupled radiative–conductive heat transfer in a laser flash experiment
Samadi et al. Optimal combinations of Tikhonov regularization orders for IHCPs
JPH09159631A (en) Method for analyzing thermal constant using laser flash method
Roy et al. Solutions of one-dimensional inverse heat conduction problems: a review
Kumar et al. A Bayesian inference approach: estimation of heat flux from fin for perturbed temperature data
WO1991014161A1 (en) Thermal sensing
JP6243811B2 (en) Method and apparatus for measuring physical property values by steady method
Raynaud et al. Sequential estimation of thermal diffusivity for flash tests
Gembarovic et al. Use of the Laplace transformation for data reduction in the flash method of measuring thermal diffusivity
Kim et al. Assessing the accuracy of the heat flux measurement for the study of boiling phenomena
Chen et al. A numerical solution based parameter estimation method for flash thermal diffusivity measurements
Shi et al. Effect of Surface Oxidization on the Spectral Normal Emissivity of Aluminum 3A21 at the Wavelength of 1.5 μ m Over the Temperature Range from 800 K to 910 K
JP2864097B2 (en) Method and apparatus for analyzing thermal diffusivity, biot number and specific heat data in laser flash method
Bellan et al. Numerical results for the estimation of source distributions from external radiation-field measurements
Boussaid et al. Fast identification method of total normal surface absorptances using inverse techniques
KR0151150B1 (en) Indirect temperature-measurement of films formed on semiconductor wafers

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040525

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040615

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080625

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090625

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100625

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100625

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110625

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120625

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120625

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130625

Year of fee payment: 9

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term