[发明专利]材料多热物性参数的测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种材料多热物性参数的测量装置的测量方法，其特征在于，其中，所述测量装置包括固定框架、激光产生装置、红外热像装置、凸透镜、温度测量装置以及数据接收处理装置；固定框架，其用于支撑激光产生装置和红外热像装置；

激光产生装置，其用于产生对待测材料进行加热的激光，所述激光产生装置包括激光控制器以及与激光控制器电气连接的激光器，所述激光器可移动地设置在所述固定框架上；

红外热像装置，其用于获取待测材料表面的温度信息，所述红外热像装置包括红外热像仪主机以及与所述红外热像仪主机电气连接的红外热像仪探头，所述红外热像仪探头可移动地设置在所述固定框架上；

凸透镜，其用于产生合适大小的激光光斑，所述凸透镜可移动地设置在所述固定框架上，在测量时，所述激光器、所述凸透镜以及待测材料在同一光路上；

温度测量装置，其用于测量待测材料的温度，所述温度测量装置与待测材料电气连接；

数据接收处理装置，其用于接收和处理相应信息，所述数据接收处理装置与所述红外热像仪主机以及温度测量装置电气连接；

上述测量装置的测量方法包括如下步骤：

S1：调节激光器、凸透镜在固定框架上的位置使得激光器、凸透镜、待测材料在同一光路上，并调节三者之间的距离，使激光聚焦在待测材料表面形成一个点热源，然后调节红外热像仪探头位置使得待测材料位于红外热像仪探头的焦距上从而使得红外热像仪主机能得到一个清晰的红外图像；

S2：使用激光器对待测材料进行加热，在不同功率加热下，红外热像仪主机通过红外热像仪探头获取待测材料表面某点的温度信息为，同时用温度测量装置测量该点温度为，红外热像仪和温度测量装置都将温度信息传输给数据接收处理装置并给定数据接收处理装置实时环境温度，通过下式计算得到试样不同温度下表面发射率：

；

S3：数据接收处理装置根据获取的待测材料在不同温度下的表面发射率对红外热像仪主机进行实时修正，使用修正后的红外热像仪主机通过红外热像仪探头获取待测材料初始温度图片，然后通过数据接收处理装置进行处理得到待测材料初始温度；

S4：使用激光器输出以恒定激光信号，并记录此时所施加激光功率值的大小、激光聚焦于待测材料上光斑直径的大小；

S5：在激光加热同时，数据接收处理装置控制红外热像仪主机获取并记录激光光斑中心处即温度最高点的瞬时温度信号；

S6：待待测材料温度分布达到稳态后，结束温度获取，得到稳态温度信号并绘制温度时间曲线；根据得到的温度时间曲线得到光斑中心温度最高点瞬态温度表达式（1）和稳态温度表达式（2）：

； (1)

； (2)

其中，为时刻待测材料上激光光斑中心温度，为0时刻光斑中心温度即初始温度，为稳态后光斑中心温度即稳态温度，为激光光斑直径，为激光功率；

S7：通过上述表达式计算得到待测材料在不同温度下的导热系数、热扩散系数热容参数，通过式得到导热系数：

；

再把导热系数待人式中，通过非线性曲线拟合进而得到热扩散系数，进而可得热容：

。

2.根据权利要求1所述的材料多热物性参数的测量装置的测量方法，其特征在于，所述激光器、所述红外热像仪探头分别通过位移器设置在所述固定框架上。

3.根据权利要求2所述的材料多热物性参数的测量装置的测量方法，其特征在于，所述位移器的调节精度为10微米。

4.根据权利要求2所述的材料多热物性参数的测量装置的测量方法，其特征在于，所述位移器包括固定在所述固定框架上的第一底座、固定在所述第一底座上的第一导轨、可转动地设置在所述第一导轨之间的第一丝杆以及与所述第一丝杆通过螺纹连接且滑接在所述第一导轨上的第一滑块，所述激光器、所述红外热像仪分别设置在对应位移器的所述滑块上。

5.根据权利要求1所述的材料多热物性参数的测量装置的测量方法，其特征在于，所述凸透镜通过单轴位移装置设置在所述固定框架上，所述单轴位移装置控制所述凸透镜在激光光路上移动。