[发明专利]基于激光点热源测固体材料热物性参数的方法

说明书

本发明涉及材料热物性参数测试技术领域，具体涉及基于激光点热源测固体材料热物性参数的方法及系统，包括激光发射器、真空箱、真空泵、气压计与数据采集组件，气压计与真空泵安装在真空箱的侧面，气压计包括检测头与表头且检测头贯穿真空箱的侧面并延伸至真空箱内腔，直接基于恒功率边界一维非稳态传热模型，利用参数估计法测固体材料导热系数及热扩散率，避免了对数学模型过度简化造成的误差。同时根据比热容参数估计灵敏度较低，估计误差较大的情况，采取了先估计热扩散率，然后对比热容估计值进行校正的策略，实现了对材料导热系数、比热容和热扩散率的同时准确估计。

技术领域

本发明涉及材料热物性参数测试技术领域，具体涉及基于激光点热源测固体材料热物性参数的方法。

背景技术

近年来，利用激光束形成固定点热源或移动线热源实现特殊工件的高精度焊接得到了广泛应用，当激光束照射在表面经特殊处理的(在透光工件表面涂抹石墨粉)试件上时，如距离较近(照射距离小于0.5m)，因漫反射、在空气中传递、透射等因素带来的激光能量损失可忽略不计，将形成具有具有的一定发热功率的点热源，并向试件中传递热量，针对此具有明确的数学模型。

与加热板、加热丝、加热棒等固态电加热热源相比，激光具有更好的可控性、热均匀和稳定性，从而在热物性测试中得到了广泛应用。例如激光光热法、激光闪射法等，但现有方法对实验条件要求较为严格，比如激光闪射法对试件表面平整度要求较高，否则将会因试样表面不平造成的表面积计算误差，给激光加热功率换算带来明显影响。同时激光闪射法理论模型仅能直接得到热扩散率，要想获取比热容等热物性参数，只能辅助其它手段，如标准试样对比法等实现，这一定程度上影响了参数测试精度。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了基于激光点热源测固体材料热物性参数的方法，用于解决现有方法对实验条件要求较为严格，比如激光闪射法对试件表面平整度要求较高，否则将会因试样表面不平造成的表面积计算误差，给激光加热功率换算带来明显影响等问题；本发明通过以下技术方案予以实现：

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种测固体材料热物性参数的系统，包括激光发射器、真空箱、真空泵、气压计与数据采集组件，所述气压计与所述真空泵安装在所述真空箱的侧面，所述气压计包括检测头与表头且所述检测头贯穿所述真空箱的侧面并延伸至所述真空箱内腔；

所述真空箱的上表面活动设置有端盖，所述真空箱的左右两个侧面均设置有通孔，所述激光发射器包括发射镜头且所述发射镜头嵌设在所述通孔内，所述真空箱内腔底部的表面上固定设置有试样支架，所述试样支架上固定设置有绝热棉且所述绝热棉的上表面放置有试样，所述试样的下表面设置有温度测点；

所述数据采集组件包括信号采集模块、信号发射模块、信号接收模块与数字显示屏，所述信号采集模块与所述信号发射模块均设置在所述真空箱内，所述信号接收模块设置在所述真空箱外，所述信号采集模块内包括温度传感器且所述温度传感器设置在所述试样下表面的所述温度测点内，所述信号采集模块电连接所述信号发射模块，所述信号发射模块无线连接所述信号接收模块，所述信号接收模块通过串口连接所述数字显示屏；

优选的，所述信号发射模块与所述信号接收模块的型号均为433mhz无线模块。

一种测固体材料热物性参数的方法，其方法包括以下步骤：

步骤一：将所述试样一角磨平，形成面积约4mm2的平面；

步骤二：在所述试样磨平的所述平面上涂抹石墨粉；

步骤三：将所述信号采集与发射单元内的所述温度传感器安装在所述试样下表面的所述温度测点内；