SU1627949A1 - Способ измерени коэффициента температуропроводности зеркально отражающих материалов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к экспериментальной технике измерени  теплофизических свойств веществ и материалов. Цель изобретени  - повышение точности измерени  коэффициента температуропроводности Исследуемый материал помещают под источник теплового (лазерного) излучени  модулированной частоты, что вызывает по вление в материале температурной волны, запаздывание которой по фазе регистрируетс  тепловым приемником. Одновременно оптическа  система раздел ет луч в ирого лазера на сигнальный и опорный, которые попадают на материал в разных точках. Отраженные сигнальный и опорный лучи интерферируют , что дает возможность сн ть погрешность, создаваемую нестабильностью второго (считывающего) лазера, и определить запаздывание температурной волны по фазе. В результате обработки информации высчитываетс  коэффициент температуропроводности . 1 ил оо С

Description

Изобретение относитс  к экспериментальной технике измерени  теплофизиче- ских свойств веществ и материалов с использованием лазерного съема информации .

Предложенный способ измерени  температуропроводности применим дл  любых мл г риалов, способных зеркально отражать лазерное излучение. Поверхность образца должна быть обработана как дл  металлографических шлифов. Данный способ может быть спользован дл  измерени  температуропроводности в широкой области темпе- рзтур, включа  и низкие, и высокие re. v 1ературы, в тех област х, где зеркальное

отражение преобладает над диффузионные и в принципе пригодно дл  жидких мета/ лов.

Цель изобретени  - повышение точнг1 сти измерений температуропроводности

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу измерени  температурог роводности, заключающемус  в нагреве ма териала потоком модулированного лазерного излучени , о запаздывании ш фазе температурной волны суд т по интер ференционной картине отраженных опор ного и сигнального лучей и по полученной информации определ ют коэффициент п формуле

CS

го

XI

чэ

4

ю

а -

to (Др)2

(1)

где а - температуропроводность образца;

ш - частота модул ции;

Д - сдвиг фаз колебаний температуры; .

I - рассто ние от точки падени  модулированного лазерного луча до точки падени  сигнального луча.

Предлагаемый способ позвол ет более точно измер ть температуропроводность веществ. Это достигаетс  тем, что нагрев материала модулированным лазерным лучом производитс  в точке поверхности, а информаци  о фазовом сдвиге температурных волн поступает, как результат интерференции двух зондирующих лазерных лучей: сигнального и опорного, направленных на материал под углом к его поверхности, причем сигнальный луч направл ют на нагретый участок, а опорный - на холодный. При этом нестабильность излучени  считывающего лазера не вли ет на результаты измерени . Все перечисленное дает возможность свести величину погрешности в определении температуропроводности к величине погрешности в определении модулирующей частоты ш и запаздывани  по фазе .

На чертеже показана схема устройства, с помощью которого реализуют способ.

Устройство состоит из источника 1 теплового излучени , модул тора 2, опорного генератора 3, He-Ne лазера 4, дифракционной решетки 5, линзы 6, оптического клина 7, линзы 8, фотоэлектрического приемника 9, амплитудно-фазового измерител  10, ЭВМ 11, частотомера 12.

С помощью устройства способ осуществл ют следующим образом.

Лазерный луч из источника 1, модулированный по гармоническому закону модул тором 2 и опорным генератором 3, попадает в точку 0 исследуемого материала. Луч He- Ne лазера 4 проходит через дифракционную решетку 5, через оптическую линзу 6 и разделенный на два когерентных луча попадает на исследуемый материал. Луч, который попадает в точку Xi назыаетс  сигнальным, когерентный ему луч, который попадает в точку Х2, называетс  опорным. Опорный луч отражаетс  от поверхности исследуемого материала (точка Х2), проходит через оптический клин 7, через линзу 8 и попадает на фотоэлектрический приемник 9. Сигнальный луч отражаетс  от исследуемого материала (точка Хч), проходит через линзу 8 и

попадает на фотоэлектрический приемник, где и интерферирует с лучом, отраженным из точки Ха.

В результате фототермического эффекта сигнальный луч модулируетс  с частотой ш и имеет фазу колебани , соответствующую фазе колебани  температурной волны в точке Xi. А луч опорный отражаетс  от точки Ха, котора  расположена на таком рассто нии от точки О , что модул ци  температурной волны на поверхности материала(вследствие затухани  температурной волны) отсутствует. Таким образом, отраженный от точки Хг опорный

луч не модулирован тепловой волной, но на пути к линзе 8 с помощью оптического клина 7 он настраиваетс  противофазно отраженному от точки Xi сигнальному лучу. Построенный таким образом ход сигнального и

опорного лучей исключает вли ние нестабильности считывающего He-Ne лазера на результаты измерений температуропроводности исследуемого материала. После интерференции сигнального и опорного лучей в

приемнике 9 из него поступает информаци  о фазе колебаний температуры в точке XL С помощью амплитудно-фазового детектора 10 производитс  измерение фазового сдвига колебаний температуры в точке 0 и в точке

XL Эта информаци  поступает в ЭВМ 11, где по формуле (1) производитс  определение температуропроводности исследуемого материала. Частота модул ции посто нно контролируетс  частотомером 12.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ измерени  коэффициента температуропроводности зеркально отражающих материалов, включающий нагрев

   материала лучом лазера модулированной частоты, воздействие на материал опорным и сигнальным лучами дл  съема информации , регистрацию запаздывани  по фазе температурной волны, по которой олредел ют коэффициент температуропроводности , отличающийс  тем, что, с целью повышение точности измерений, нагрев материала лезарным лучом производ т в точке поверхности, лучи дл  съема информации

   направл ют на материал под углом к его поверхности в плоскости греющего луча лазера , причем сигнальный луч направл ют на нагретый участок, а опорный - на холодный, отраженные от материала сигнальный и опорный лучи собирают в одну точку, получа  при этом интерференционную картину, по которой регистрируют запаздывание по фазе температурной волны.