[发明专利]一种空间材料实验固液界面检测系统

说明书

本发明公开了一种空间材料实验固液界面检测系统，系统包括：加热炉、温度控制模块、超声检测模块、样品移动控制模块、水循环制冷模块、数据处理模块和控制模块；加热炉加热置于石英安瓿内的待测样品，待测样品从石英安瓿开口端伸出；待测样品固液界面位于加热炉内；温度控制模块根据温度控制指令控制加热炉温度；超声检测模块对待测样品发射超声波，经接收、处理得到固液界面位置信息；水循环制冷模块根据水冷控制指令，通过水循环降低测量端温度；样品移动控制模块根据移动控制指令，控制石英安瓿移动，完成样品生长；数据处理模块接收固液界面位置信息，经计算得到固液界面推移速度；控制模块生成温度控制指令、水冷控制指令和移动控制指令。

技术领域

本发明涉及空间材料领域，具体地涉及一种空间材料实验固液界面检测系统。

背景技术

在空间材料实验中，对材料的定向融化和凝固是获得新型材料的一种常用方法，要在不可视条件下获得实验材料的状态，对材料开展进一步的研究，对实验过程中的金属固液界面位置的检测就显得尤为重要。

目前已有的几种非破坏性的方法可以对材料的固液界面进行在线监测，包括温度传感器测量方法，电流测量方法(热电流和电阻率)，以及利用射线成像方法和超声波检测方法。其中温度传感器测量方法是通过温度传感器来获取固液界面区域中的温度分布，但会因为过冷现象而导致的固液界面的明显偏移而不敏感。电流法对电子学的测量要求很高，而且金属样品在区熔状态下的电阻变化率很小，难以检测。X射线成像方法，需要屏蔽，以防X泄露对宇航员造成伤害，所需要的条件极为苛刻，在空间环境下难以实现。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种空间材料实验固液界面检测系统。

为了实现上述目的，本发明提出了一种空间材料实验固液界面检测系统，其特征在于，所述系统包括：加热炉、温度控制模块、超声检测模块、样品移动控制模块、水循环制冷模块、数据处理模块和控制模块；

所述加热炉，用于固定并加热置于石英安瓿内的待测样品，接收温度控制模块发出的温度控制指令，为待测样品提供熔化所需要的温区；所述石英安瓿延伸出加热炉的一端开口，待测样品从石英安瓿开口端伸出的端面为测量端；待测样品的固液界面位于加热炉内；

所述温度控制模块，用于采集加热炉的温度信息，并发送至控制模块；还用于接收控制模块发送的温度控制指令，由此控制加热炉的工作温度；

所述超声检测模块，用于对待测样品发射超声波脉冲信号，然后接收超声波回波信号，对超声波回波信号进行处理得到固液界面位置信息，并发送至数据处理模块；

所述水循环制冷模块，用于采集水温信息，并发送至控制模块；还用于接收控制模块发送的水冷控制指令，通过水循环降低测量端的温度；

所述样品移动控制模块，用于采集石英安瓿相对于加热炉口的位置信息，并发送至控制模块；还用于接收控制模块发送的移动控制指令，由此控制石英安瓿在加热炉中的移动，完成样品的生长过程；

所述数据处理模块，用于接收超声检测模块发送的固液界面位置信息，经计算得到固液界面位置变化和固液界面推移速度；

所述控制模块，用于接收温度控制模块发送的加热炉温度信息，生成温度控制指令,并发送至温度控制模块；用于接收水循环制冷模块发送的水温信息，生成水冷控制指令，并发送至水循环制冷模块，还用于接收样品移动控制模块发送的位置信息，生成移动控制指令，并发送至样品移动控制模块。

作为上述系统的一种改进，所述加热炉为中空圆柱体，所述石英安瓿为中空圆柱体，两者的轴向平行。

作为上述系统的一种改进，所述温度控制模块包括温度传感器和温度控制器；其中，

所述温度传感器，用于采集加热炉的温度信息，并发送至控制模块；