Способ измерения коэффициента температуропроводности плоского прозрачного образца и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к квантовой электронике и теплофизике и может быть использовано для бесконтактного и дистанционного измерения коэффициентов температуропроводности.

Целью изобретения является расширение класса материалов образца и повышение точности измерений. На чертеже представлена схема устройства.

Устройство состоит из лазера 1, генерирующего импульс излучения субмикросекундной длительности, лазера 2 малой мощности, работающего в квазинепрерывном режиме, апертурной диафрагмы 3, плоскопараллельной пластины 4, выполненной из оптически прозрачного материала, одна из поверхностей которой является отражающей, фотоприемной и регистрирующей аппаратуры 5.

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 1 направляют по нормали к поверхности плоского прозрачного образца 6. который представляет собой плоскопараллельную пластину либо слой жидкости в кювете с прозрачными для лазерного излучения стенками. Вещество образца поглощает часть энергии излучения лазера 1 и нагревается. Зондирующий пучок лазера 2, пройдя апертурную диафрагму, попадает на пластину 4. В результате отражения от ее передней и тыльной (отражающей) поверхностей зондирующий пучок разделяется на два параллельных измерительных пучка, оси которых параллельны

ON СЛ О 00

д

СО

оси пучка светового импульса лазера 1. Оба измерительных пучка, прошедших через ис- следуейое вещество, попадают на фотоприемную и регисфирующую аппаратуру, запуск которой синхронизирован с моментов включения лазера 1. В результате нагрева слоя исследуемого вещества световым импульсом и формирования в нем термической линзы происходит отклонение обоих измерительных пучков. Вначале углы отклонения измерительных пучков возрастают. В моменты времени ti и ta, углы отклонения соответственно первого и второго измерительного пучков достигают максимальных значений и в дальнейшем начинают убывать. Подставляя в выражение, приведенное в формуле изобретения, значения ti и t2,- находят коэффициенты температуропроводности х.

Вывод выражения для определения коэффициента температуропроводности основан на решении задач о пространственно-временной эволюции температурного поля, образующегося в бесконечно тонком образце импульсного воздействия лазерного импульса, в предположении радиальной симметрии и пренебрежении теплообмена с окружающей средой. Изменение температурного поля связывалось с изменением показателя преломления материала образца, что регистрируется изменением в прохождении через образец двух зондирующих лазерных пучков.

Формула изобретения

1. Способ измерения коэффициента температуропроводности плоского прозрачного образца, заключающийся в том, что образец нормально к его поверхности облучают мощным пучком света субмикро- секундной длительности, имеющим осесим- метричное распределение плотности энергии, формируют в образце нестационарную термическую линзу, освещают образец слабым квазинепрерывным лазерным пучком, нормальным к поверхности образца, регистрируют динамику измерения интенсивности лазерного излучения, прошедшего через образец, и по показаниям фотодатчиков вычисляют значение коэффициента температуропроводности плоского образца, отличающийся тем,

что, с целью расширения класса материалов образца и повышения точности измерений, квазинепрерывный лазерный пучок до его прохождения через образец разделяют на

два пучка, параллельных оси мощного пучка света субмикросекундной длительности и смещенных от оси последнего на расстояние п и Г2 соответственно, регистрируют моменты времени ti и t2, соответствующие

максимальным отклонениям квазинепрерывных лазерных пучков при облучении образца мощным пучком субмикросекундной длительности, и коэффициент температуропроводности вычисляют по формуле

гЗ-г

х

8(t2-ti)

0

5

0

5

0

5

2. Устройство для измерения коэффициента температуропроводности плоского прозрачного образца, содержащее источник мощного субмикросекундного излучения, ось которого нормальна к поверхности плоского образца, квазинепрерывный лазерный источник малой мощности, апертур- ную диафрагму, установленную перед лазерным источником, и первый фотоприемник, установленный за плоским образцом и оптически связанный с квазинепрерывным лазерным источником, отличающееся тем, что, с целью расширения класса материалов образца и повышения точности измерений, в него дополнительно введены полупрозрачная для излучения квазинепрерывного лазерного источника плоскопараллельная пластинка, одна из граней которой имеет отражающее покрытие, и второй фотоприемник, установленный за плоским прозрачным образцом и также оптически связанный с квазинепрерывным лазерным источником, причем плоскопараллельная пластинка установлена между апертурной диафрагмой и плоским образцом по ходу излучения квазинепрерывного лазерного источника так, что угол падения этого излучения на грань плоскопараллельной пластинки, свободную от отражающего покрытия и ближайшую к квазинепрерывно- му лазерному источнику, равен половине угла между осью мощного субмикросекундного излучения и оптической осью квазинепрерывного лазерного источника.

1

Изобретение относится к области квантовой электроники и теплофизики и позволяет проводить бесконтактное и дистанционное измерение температуропроводности. Цель изобретения - расширение класса материалов образца и повышение точности ti3- мерений. С этой целью исследуемый образец облучают пучком лазерного импульса субмикросекундной длительности, имеющего осесимметричное распределение плотности энергии, формируют в образце термическую линзу, освещают образец двумя параллельными лазерными пучками и регистрируют два момента времени, в которые углы отклонения прошедших через образец измерительных пучков максимальны Затем по соответствующей формуле вычисляют коэффициенты температуропроводности. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.