一种块体非晶合金粘度系数的单光束激光测量方法

专利名称：一种块体非晶合金粘度系数的单光束激光测量方法
技术领域：
本发明涉及材料粘度测量领域，特别提供一种块体金属玻璃粘度系数的单光束激光 测量方法。
背景技术：
粘度是描述非晶合金过冷熔体动力学性质的一个最重要参数，测定非晶合金的粘度 系数有助于理解非晶形成的动力学过程。测量块体非晶合金粘度系数的难点是如何精确 测定固体在一定的载荷作用下长度在一定温度下随时间的变化规律。目前，测量块体非 晶合金粘度系数的设备主要是利用差动变压器直线位移传感器测量长度的变化。
差动变压器直线位移传感器是一个开口变压器，其原边有一个绕组，副边有两个按 差动方式联接的绕组。变压器开口上有一活动铁芯，该铁芯产生位移时使磁路改变，从
而使输出差动电压随之改变。其输出电压Es与铁芯位移x成线性关系且十分灵敏。位移 变送器由同心分布在线圈骨架上一初级线圈P， 二个级线圈S1和S2组成，线圈组件 内有一个可自由移动的杆装磁芯(铁芯)，当铁芯在线圈内移动时，改变了空间的磁场 分布，从而改变了初次级线圈之间的互感量M，当初级线圈供给一定频率的交变电压时， 次级线圈就产生了感应电动势，随着铁芯的位置不同，次级产生的感应电动势也不同， 这样，就将铁芯的位移量变成了电压信号输出。目前的量程自O. 1-400毫米、分辨率达 0. l微米、线性度小于0.05%。但是其最小量程O. l毫米限制了它的应用范围，且不能测 量极为细小的长度变化。
针对上述方法的缺陷，有必要发展一种新的方法来实现对块体非晶合金粘度系数的 精确测量。

发明内容
本发明的目的在于提供一种测量块体非晶合金粘度系数的单光束激光测量方法。 本发明提供的单光束激光测量块体非晶合金粘度系数的方法，其特征在于测量过程
如下
1) 首先将被测样品置于高真空加热炉固件内，并将炉体抽真空到10""Pa以下；
2) 利用SIOS-SP120D激光发射仪的激光发射盒发射一束激光打在样品上方的加载 平台的表面上。调节激光光束位置，使激光经样品表面反射沿原路返回到激光发射口，与入射光形成干涉；
3) 开启高真空炉加热器对样品进行加热，由高真空加热炉内被测样品下端安置的 K型热电偶测量温度，利用rbhS104调理板放大温度信号，rbh6223h数据采集卡采集 温度数据；
4) 利用SIOS-SP120D激光发射仪测得激光束光程位移变化，得到样品高度随时间 的变化规律；
5) 通过计算得到块体非晶合金的粘度值，绘制粘度随温度变化的曲线，得到粘度 系统。
SIOS-SP120D激光发射仪测量激光光程位移量的原理是基于迈克尔逊干涉法。 SIOS-SP120D激光发射仪测量位移的精度达到1.24纳米。高真空加热炉顶端设计一个 玻璃窗口供激光投射在被测样品上方的加载平台的表面上。
与现有技术相比，该方法主要特点是采用了单光束激光干涉。激光发射仪的分辨率 为1.24纳米，并且激光干涉测量本身也具有很高的测量精度，综合利用两者的高精度， 减少了实验过程中的测量误差，尤其是在试样变形的初始阶段，可以有效测量微小变形， 弥补普通方法无法测量该阶段的不足，提高了测量精度。 本发明测量基本原理如下
1)测量块体非晶合金的粘度系数
图1为单光束激光测量法测量块体非晶合金粘度的原理图。被测样品4置于高真空 加热炉1内，SIOS-SP120D激光干涉仪激光发射盒6发射一束激光a打在加载平台3的 上表面，激光经样品光滑表面反射沿原路返回至激光发射盒发射口形成干涉。根据粘度 测量的原理，粘度与在一定载荷作用下、不同的温度下、样品高度随时间的变化规律满 足下列公式
式中，真应力。、应变S分别满足
CT = ! (2) "-ln(i) (3)
式中jc——试样的初始面积；丄0——试样的原始长度； F——外加载荷； 丄——压縮后试样的长度。 最终通过相应的计算得出块体非晶合金在不同的温度下粘度系数


图1是单光束激光测量法的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。 图l是单光束激光测量法的示意图。
1) 样品高度变化量的测量将被测样品4置于高真空加热炉1内，用夹具2固定，上
加一加载平台3。为了保证激光反射形成有效干涉，加载平台表面与激光发射口相距 180mm-220mm为佳。开启SIOS-SP120D激光干涉分析仪，发射一束激光a透过加热炉玻 璃窗5打在加载平台的上表面。激光经过加载平台表面有效反射沿原路返回到激光发射 盒6激光发射口，与入射激光形成干涉。干涉信号传输到SIOS-SP120D激光干涉仪，测 量在一定载荷的作用下、随温度的升高、样品的高度随时间的变化规律，再接入计算机。
2) 温度的采集高真空炉内被测样品底部安置K型热电偶7，温度信号经rbhS104调 理板放大100倍，再连接到rbh8223h数据釆集卡，最后连接计算机。
3) 操作时，调节激光发射盒6使激光均形成有效干涉后，关闭高真空加热炉炉门， 对高真空加热炉炉体抽真空。当加热炉炉内真空度达到10—卞a以下，再微调激光发射盒6 位置确保经加载平台表面发射后的激光与入射光形成有效干涉。开启高真空炉加热器对 样品进行加热，开始测量。
根据样品高度随时间的变化规律，可以计算得到块体非晶合金粘度随温度的变化规律。
权利要求
1、一种块体非晶合金粘度系数的单光束激光测量方法，其特征在是1)首先将被测样品置于高真空加热炉固件内，并将炉体抽真空到10-4Pa以下；2)利用SIOS-SP120D激光发射仪的激光发射盒发射一束激光打在样品上方的加载平台的表面上，调节激光光束位置，使激光经样品表面反射沿原路返回到激光发射口，与入射光形成干涉；3)开启高真空炉加热器对样品进行加热，由高真空加热炉内被测样品下端安置的K型热电偶测量温度，利用rbhS104调理板放大温度信号，rbh6223h数据采集卡采集温度数据；4)利用SIOS-SP120D激光发射仪测得激光束光程位移变化，得到样品高度随时间的变化规律；5)通过计算得到块体非晶合金的粘度值，绘制粘度随温度变化的曲线，得到粘度系统。
全文摘要
一种块体非晶合金粘度系数的单光束激光测量方法，涉及块体非晶合金粘度系数的单光束激光测量。将被测样品置于高真空加热炉固件内，并将炉体抽真空到10^-4Pa以下；利用SIOS-SP120D激光发射仪的激光发射盒发射单束激光打在样品上方加载平台的表面上，使激光经加载平台表面反射后沿原路返回到激光发射口，与入射光形成干涉；测量在一定载荷作用下，随着温度的升高，样品的高度随时间的变化规律；用K型热电偶测量高真空加热炉内被测样品温度，利用数据采集卡采集温度数据。该方法由于采用了单光束激光干涉，利用激光以及干涉测量本身的高精度，减少了实验过程中的测量误差，提高了测量精度。
文档编号G01N11/00GK101424609SQ20081023915
公开日2009年5月6日 申请日期2008年12月10日 优先权日2008年12月10日
发明者刘斌斌, 丰 叶, 林均品, 王艳丽, 陈国良, 黄妹婷 申请人:北京科技大学