Способ определения температуропроводности материалов
Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано при определении температуропроводности жидкостей и твердых материалов. Сущность: способ определений температуропроводности материалов включает облучение материала светом, имеющим периодическое распределение интенсивности по гармоническому закону во времени и в пространстве . За счет поглощения света в материале формируют тепловую дифракционную решетку и освещают ее зондирующим пучком света. Интенсивность зондирующего пучка света модулируют по гармоническому закону , варьируют разность фаз между колебаниями интенсивности формирующего и зондирующего излучений, фиксируют экстремальные значения интенсивности постоянной компоненты дифрагированного света. Измеряют разность фаз при этих значениях и определяют температуропроводность из уравнения tg(joi - pi) - -- , -4- Ч IV 1 Л где Ди (Л.)/2jr, A,2-период интерференционной картины при двух измерениях; Vi,a - частота модуляции при двух измерениях; . фазы, измеренные при двух значениях. Д. 1 ил. s Ё
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕН.ЮЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР . (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4945069/25 (22) 13.06.91, (46) 07.06.93. Бюл. И. 21 (71) Институт физики им. Б.И.Степанова (72) Е.В.Иввкин, А.E.Êoðåí÷åíaî (56) Авторское свидетельство СССР
ЬЬ.1545761; кл. G 01 И 25/18, 1990.
Ивакин Е.В. и др. Дифракционно-фазовый метод измерения коэффициента температуропроводности жидкостей. Препринт
623. Институт физики AH БССР, Минск, 1.991. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЙ ТЕМП =,РАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ . (57) Изобретение относится к теплофиэическим измерениям и может быть использовано при определении температуропроводности жидкостей и твердых материалов. Сущность: способ определения температуропроводновти материалов включает облучение материала светом, имеющим периодическое распределение интенсивности по гармониИзобретение относится к теплофизичвским измерениям и может быть использовано при определении температуропроеодности
"жидкостей и твердых материалов.
Целью изобретения является повышение точности измерений.
Цель достигается тем. что по способу
onределения температуропроводности материалов, который включает облучение материала светом, имеющим распределение плотности мощности гармонического вида во времени и в пространстве, формирова„„5lJ„„1820308 А1 (я)з G 01 и 25/18, G 03 Н 1/00, G 01 В 9/021 ческому закону во времени и в пространстве. За счет поглощения. света в материале формируют тепловую дифракционную решетку и освещают ее зондирующим пучком света. Интенсивность зондирующего пучка света модулируют по гармоническому закону, варьируют разность фаз между колебайиями интенсивности формирующего и зондирующего излучений, фиксируют экстремальные значения интенсивности постоянной компоненты дифрагированного света. Измеряют разность фаз при этих значениях и определяют температуропроводЬ1 -hg. ность из уравнения tg(— ур)— к+— к где Ь,2 = (Л .2 м1,г)/2л; Л1 д — период интерференционной картины при двух измерениях; v>ä — частота модуляции при двух измерениях; у1,z — - фазы, измеренные при двух значениях А 1 ил..
ЬЭ ние в материале тепловой дифракционной решетки и освещение материала зондирующим пучком света,дополнительно осуществля- C) ют модуляцию интенсивности зондирующего QO пучка света по гармоническому закону, варьируют ревность фвв мвкдукаяебвниями интен- )» сивностей записывающего и зондирующего излучений, фиксируют экстремальное (максимальное или минимальное) значение интенсивности постоянной компоненты дифрагированного света, измеряют разность фаэ при этом значении и определяют температуропроводность из уравнения
1820308
Д1 — h2
tg(P1 — P2) — Л1.% к
Л1,2 11,2, где Д1,2—
Л1 2 — период интерференционной картины при двух измерениях;
1 1,2 — ЧаСтОта модуляции иэлучЕНия при двух измерениях; у 1,2 — фазы, измеренные при двух значениях h .
Сущность предлагаемого способа поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема устройства для его реализации.
Процесс измерения температуропроводности сводится к следующему. Устанавливают частоту модуляции и1, интенсивности формирующего и зондирующего излучений и регистрируют постоянный сигнал дифракции. Путем измерения разности фаз между указанными модуляциями добиваются того, чтобы сигнал дифракции был максимален или минимален (при этом р =0,2л; или
p =x, Зж соответственно), По фаэометру снимают первый отсчет угла 11 =p1 + hp, где hp — аппаратный сдвиг фазы в электрических и оптических цепях, постоянный для данной системы;
ЩУ1 —; И =2Ли
И1 Я. к
Далее изменяют частоту модуляции v или период интерференции Ли при максимальном или минимальном сигнале дифракции снимают второй отсчет
ЯмЯ где191а =
Берут разность отсчетов фазометра и из соотношения
Д1 — h2 . >(9 > — A) — - -
К+ где Д1,2 —, определяют к.
Л1,2 Й1,2.4л2
По предлагаемому способу фазовые измерения осуществляются с сигналами заведомо большей интенсивности (например, это могут быть сигналы, подаваемые от ис5 точника переменного напряжения на электрооптические модуляторы), достигающими нескольких десятков и даже сотен вольт.
Эти сигналы не нуждаются в фильтрации или усилении и используются непосредственно для измерения разности фаз.
По предлагаемому способу постоянный сигнал дифрагированного излучения служит, индикатором, по которому дважды в течение измерений определяют соответствующие разности фаз, Поскольку сигнал постоянный, нет необходимости в его резонансной фильтрации.
Изобретение иллюстрируется следующим примером. С помощью лазерного источ20 ника 1 непрерывного действия, модулятора 2 и интерферометра 3 в исследуемом образце.
4 формируют интерференционную картину как результат интерференции двух когерентных световых пучков 5 и 6, сформированных интерферометром 3, Одновременно световым пучком от лазера 7 непрерывного действия, промодулированным модулятором 8, зондируют исследуемый образец. Оба модулятора 2 и 8 управляются одним источником
30 9 гармонически изменяющегося напряжения. При этом модулятор 2 питается напрямую, а модулятор 8- через фазосдвигающее устройство 10.
В исследуемом образце вследствие по35 глощения света от лазера. 1 и тепловыделения формируется тепловая дифракционная решетка. На этой решетке дифрагирует свет лазера 7. В результате дифракции вознйкает дифрагированный пучок 11, который
40 фильтруют диафрагмой 12 и преобразуют в электрический сигнал с помощью фотоприемника 13, Постоянный сигнал измеряют с помощью микровольтметра 14. Устанавливают в источйике 9 питания частоту v1 и
45 путем изменения сдвига фаз фазосдвигающим устройством 10 добиваются экстремального (минимального или максимального) показания на микровольтметре 14. При этом сйимают первый отсчет фазы по фазометру
15. Повторяют эти измерения при частоте э2.
На основании полученных данных вычисляют температуропроводность образца.
Формула изобретения
Способ определения температуропроводности материалов, включающий облучение материала светом, имеющим распределение плотности мощности по гармоническому закону во времени и пространстве, формирование в материале тепловой
1820308 дифракционной решетки, освещение материала зондирующим пучком света. о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, дополнительно модулируют интенсивность зондирующего света по гармоническому закону, варьируют разность фаз между колебаниями интенсивно.стей формирующего и зондирующего излучений, фиксируют экстремальное значение интенсивности постоянной компоненты дифрагированного света, измеряют разность фаэ при этом значении и определяют температуропроводность из уравнения
5 (Л!д ид) Л! 2 — - пврИОд интерференционной кар тины при двух измерениях; т! z — частота модуляции излучения и ри двух иэмереимях; у>!д — фазы, измеренные при двух.измерениях.
Е4
Составитель Е. Ивакин
Техред М. Моргентал Корректор H. Милюкова
Редактор Л. Волкова
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 2027 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
