[发明专利]一种基于反射率的动高压加载下材料温度测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学领域的测量系统，具体涉及一种基于反射率的动高压加载下材料温度测量系统及方法。

背景技术

温度是表征材料热力学状态的一个重要参量。从近年来迅速发展的材料准等熵压缩研究进展来看，温度数据的缺失是制约其实验数据用于状态方程和本构关系的重要障碍。准等熵压缩实验通过对不同厚度样品表面速度的测量，给出应力应变关系与理想等熵线之间的差别主要包括两部分：偏应力部分和小量熵增引起的静水压增加部分，但这两者无法分离，而且随着应变率的增加，第二项的比重会增大，导致准等熵线既无法精确给出强度信息也无法精确给出状态方程信息。但是如果解决了准等熵加载下的温度测量问题，则有可能结合Cv模型给出这两项的合理分配，从而更精确地给出强度和状态方程信息。同时，在通过冲击加载方式进行的材料高压物态方程研究中，低温段（通常指1000K以下）温度的瞬态精确测量一直是一个难点，辐射谱的普朗克峰在红外区甚至远红外，辐射功率极低，被动测量技术信噪比很难达到动高压加载时对时间分辨和温度分辨的要求。因此，积极寻找、发展或改进可实现动高压下，低温段（1000K 以下）温度测量技术或方法，至今仍是材料动高压研究领域中的热点工作之一。

辐射测温技术在材料动高压加载中的应用范围主要在2000K到10000K，在这一范围内能够较好地获取材料的热力学温度，在更高的温度范围内由于电子、离子的驰豫时间的变化，以及紫外灾难的出现，辐射温度测量结果给出的电子温度与宏观热力学温度的差异越来越明显，但在10ev以下还可以接受。此外，金属样品在冲击加载下的温度测量除了上述问题以外，还存在另外两个因素的严重制约：一是对于测量面为自由面的状况时，测到的辐射温度几乎都是冲击卸载后的温度，要想给出卸载前的温度状态需要极高的时间分辨能力；二是对于通过增加窗口的测量方式，还需要知道样品和窗口在冲击加载状态下的热传导系数、界面发射率等信息。

发明内容

为解决准等熵压缩以及冲击压缩低温段（1000K 以下）这两种动高压加载条件下的材料温度测量问题，获取准等熵加载条件下的动态温度数据及冲击压缩条件下的瞬态温度数据，本发明设计了一种基于反射率的动高压加载下材料温度测量系统及方法，该系统及方法能够获取准等熵加载条件下的动态温度数据及冲击压缩条件下的瞬态温度数据，解决了准等熵压缩以及冲击压缩低温段（1000K 以下）这两种动高压加载条件下的材料温度测量问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于反射率的动高压加载下材料温度测量系统，包括动高压加载装置，所述动高压加载装置连接有测试实验靶样品，测试实验靶样品连接有反射光强变化测试系统，反射光强变化测试系统连接有同步触发器，且同步触发器与动高压加载装置连接。为解决准等熵压缩以及冲击压缩低温段这两种动高压加载条件下的材料温度测量，获取准等熵加载条件下的动态温度数据及冲击压缩条件下的瞬态温度数据，不仅对准确表征材料在动高压加载下的物理状态以及研究材料状态变化物理过程有着重要意义，同时鉴于材料状态方程对温度参量非常敏感的特点，还可为校验理论状态方程模型有效性、以及确立完全状态方程的提供重要参量。目前，从国内外公开报道的文献来看，没有解决该问题的技术，而本方案通过主动施加探测光束，测量动高压加载条件下，位于待测样品材料与窗口材料之间金属膜层材料的反射光强变化，计算得到反射率变化数据，再利用金属膜层材料反射率与温度定标关系数据，实现动高压加载条件下材料的温度测量，获取准等熵加载条件下的动态温度数据及冲击压缩条件下的瞬态温度数据。

测试实验靶样品主要由待测样品材料、金属膜层材料以及窗口材料构成，金属膜层材料设置在待测样品材料和窗口材料之间，并且三者紧密贴合，待测样品材料设置在金属膜层材料和动高压加载装置之间，窗口材料设置在金属膜层材料和反射光强变化测试系统之间。金属膜层材料镀在窗口材料上，并且窗口材料优选窗口玻璃，金属膜层材料反射率与温度的定标数据具有唯一对应关系。