一种LED荧光胶的力学损伤检测装置及方法与流程

本发明公开了一种led荧光胶的力学损伤检测装置及方法，涉及复合材料力学性能表征技术研究领域。

背景技术：

led具有光效好、效率高、寿命长和可靠性高等优点，已经普遍运用在各种照明领域，且具有广阔的发展前景。led荧光胶作为白光led封装的重要复合材料，因其具有优良的材料特性，而普遍的运用于各行各业。深入研究复合材料的力学性能，依据其性能来设计材料的运用，以提高复合材料使用的可靠性与安全性能。led荧光胶通常涂敷在led蓝光芯片上，是白光led光转换的重要封装材料。当led工作时，由于led荧光胶和led蓝光芯片之间的热膨胀系数不匹配，热-机械应力不可避免地会在led荧光胶内部，以及和led蓝光芯片界面上形成并积累，这种应力会导致复合材料损伤以及界面分层等失效。led荧光胶内的裂缝和空隙在材料界面周围开始分层，这样外界的空气和水分可以穿透led荧光胶，形成各种界面区域，这些区域的产生可导致管腔退化和材料破裂，最终影响白光led封装的性能和可靠性。因此研究在外部载荷下led荧光胶的力学性能是提高白光led封装的性能和可靠性重要手段。

随着led照明技术的发展，目前研究led荧光胶力学损伤的技术手段大都是利用力学实验测量（如，抗拉、抗压、剪切等实验）和利用宏-细观多尺度耦合有限元实验装置，用有限元软件建立复合材料的三维模型，对模型进行网格划分与施加约束，模拟复合材料的拉伸变形行为，提取应力应变曲线，准确预测复合材料的塑性变形过程中的力学性能。很少利用led荧光胶的光致发光与光致发热特征来表征其力学损伤。

技术实现要素：

本发明针对上述背景技术中的缺陷，提供一种led荧光胶的力学损伤检测装置及方法，测量led荧光胶在应力作用条件下的光致发光与光致发热特征，再结合相同时刻由拉伸实验得到的拉力与位移实验数据计算样品的力学性能杨氏模量与拉伸强度，可深入研究复合材料力学性能的演变过程。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种led荧光胶的力学损伤检测装置，包括：拉伸实验装置、激光发射装置和光致发光采集装置；所述的光致发光采集装置包括积分球测试系统和套筒，所述套筒底部开方形通孔，所述的套筒的方形通孔下方设置拉伸实验装置，所述套筒的右端设置积分球测试系统，所述积分球测试系统的右端设置激光发射装置；所述拉伸实验装置的夹具固定样品的两端，用于样品拉伸实验，样品的中部位于套筒的方形通孔内，样品中心与激光照射点重合；所述激光发射装置用于发射激光照射样品，当激光照射样品时会激发样品的荧光粉进行光致发光；所述光致发光采集装置用于采集光致发光的反射光信号。

进一步的，所述套筒的右侧圆形通孔与积分球测试系统的左侧通孔相配合，组成防漏光装置，左侧通孔大小与套筒外圆直径大小相同，所述的防漏光装置用于反射激光的无损传播。

进一步的，还包括光致发热采集装置，所述光致发热采集装置包括红外热像仪；所述套筒左侧圆形通孔与红外热像仪相配合，左侧圆形通孔大小与红外热像仪的探头直径相同，所述光致发热采集装置用于采集激光照射样品的光致发热信号。

进一步的，所述红外热像仪固定于位移台上，所述位移台作垂直于水平面方向上的移动调节，所述支撑架还用于支撑套筒，支撑架与红外热像仪安装于位移台上，通过位移台调整红外热像仪与套筒的位置，测试时满足在同一条光路上。

进一步的，所述激光发射装置包括激光二极管，所述激光二极管发射的激光光束沿积分球测试系统右侧通孔中心线方向照射至套筒内工字型样品的中心部位，积分球右侧通孔大小与激光光束直径相匹配，照射在样品表面的反射激光在套筒与积分球测试系统内传播，由积分球测试系统内的光谱辐射计进行光致发光信号采集。

进一步的，还包括垫块，所述的垫块设置于激光二极管下方，调整激光二极管发射激光位置。

进一步的，所述套筒与积分球测试系统内侧面均涂有漫反射涂料，套筒的右端与积分球测试系统左侧通孔相配合。

进一步的，所述样品呈工字型。

一种led荧光胶的力学损伤检测方法，包括以下步骤：s1：将工字型led荧光胶样品穿过套筒的方形通孔且两端固定于拉伸实验装置的夹具中；

s2：安装光致发光采集装置；

s3：启动拉伸实验装置对样品进行拉伸；

s4：调节激光发射装置紧贴光致发光采集装置一侧，启动激光发射装置，控制激光沿发光采集装置的中心线方向照射至样品；

s5：启动光致发热采集装置，从光致发光采集装置的另一侧采集激光照射样品的光致发热信号。

进一步的，包括以下步骤：所述的光致发光采集装置包括积分球测试系统和套筒，所述套筒开方形通孔，样品穿过方形通孔；所述拉伸实验装置的夹具装夹工字型样品两端，所述套筒的右侧圆形通孔与积分球测试系统的左侧通孔相配合，所述积分球测试系统的右端设置激光发射装置。

本发明主要运用拉伸实验装置实时获得拉伸样品的位移-载荷实验数据，根据实验数据计算复合材料的杨氏模量与拉伸强度，实现复合材料样品的多种力学性能测试，运用红外热像仪实时测量复合材料样品在拉伸载荷和激光照射作用下样品的光致发热号变化，运用积分球测试系统实时测量样品表面反射激光的光致发光信号。

有益效果：本发明提供一种led荧光胶的力学损伤检测实验装置及方法，本实验装置提供一个全面、快速、灵活的研究led荧光胶力学性能装置，能够通过拉伸实验装置快速获得拉力-位移实验数据，根据实验数据计算复合材料的杨氏模量、拉伸强度等力学性能，同时通过光致发光采集装置与光致发热采集装置测量led荧光胶在应力作用条件下的光致发光与光致发热特征，深入研究led荧光胶力学失效机理，为研究led荧光胶力学性能提供硬件基础，且装置操作简单，灵活性高，实验成本低。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的套筒结构示意图；

图3是本发明力学损伤检测实验的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1~3所示：本发明的一种实施例提供了：一种led荧光胶的力学损伤检测装置，包括：拉伸实验装置7、激光发射装置和光致发光采集装置；拉伸实验装置7、激光发射装置和光致发光采集装置设置在实验平台1上，所述的光致发光采集装置包括积分球测试系统8和套筒5，所述套筒5底部开方形通孔，所述的套筒5的方形通孔下方设置拉伸实验装置7，所述套筒5的右端设置积分球测试系统8，所述积分球测试系统8的右端设置激光发射装置；所述拉伸实验装置7的夹具固定样品6的两端，所述样品6呈工字型，样品6的中部位于套筒5的方形通孔内，用于样品6拉伸实验；所述激光发射装置用于发射激光照射样品6，当激光照射样品6时会激发样品6的荧光粉进行光致发光；所述光致发光采集装置用于采集光致发光的反射光信号。

所述套筒5的右侧圆形通孔与积分球测试系统8的左侧通孔相配合，左侧通孔大小与套筒5外圆直径大小相同，照射在样品6表面的激光经过套筒5与积分球测试系统8传播，由积分球测试系统8内的光谱辐射计进行光致发光信号采集。

还包括光致发热采集装置，所述光致发热采集装置包括红外热像仪4；所述套筒5左侧圆形通孔与红外热像仪4相配合，左侧圆形通孔大小与红外热像仪4的探头直径相同，所述光致发热采集装置用于采集激光照射样品6的光致发热信号。

所述红外热像仪4固定于位移台2上，所述位移台2作垂直于水平面方向上的移动调节，所述支撑架3还用于支撑套筒5。

所述激光发射装置包括激光二极管10，所述激光二极管10发射的激光光束沿积分球测试系统8右侧通孔中心线方向照射至套筒5内的样品6，右侧通孔大小与激光光束直径相匹配。

还包括垫块9，所述的垫块9设置于激光二极管10下方，调整激光二极管10发射激光位置。

所述套筒5与积分球测试系统8内侧面均涂有漫反射涂料，套筒5的右端与积分球测试系统8左侧通孔相配合。

本实施例提供了一种led荧光胶的力学损伤检测方法，包括以下步骤：s1：将工字型led荧光胶样品的两端固定于拉伸实验装置的夹具中，工字型样品穿过方形通孔且中间部位位于方形通孔内；

s2：安装光致发光采集装置；

s3：启动拉伸实验装置对样品进行拉伸；

s4：节激光发射装置紧贴光致发光采集装置中积分球右侧中心通孔一侧，启动激光发射装置，控制激光沿发光采集装置的中心线方向照射至样品；

s5：启动光致发热采集装置，从光致发光采集装置的另一侧采集激光照射样品的光致发热信号。

进一步的，所述的光致发光采集装置包括积分球测试系统和套筒，所述套筒开方形通孔，便于样品穿过方形通孔；所述套筒的方形通孔下方设置拉伸实验装置，所述套筒的右侧圆形通孔与积分球测试系统的左侧通孔相配合，所述积分球测试系统的右端设置激光发射装置。

led荧光胶是由荧光粉颗粒与硅胶混合制成，当激光照射样品时会激发荧光粉进行光致发光，同时在外加载荷条件下，拉伸实验中的样品会发生形变，激光照射点处的荧光粉颗粒因样品的形变而远离激光照射点，光致发光信号会随着拉伸样品力学性能的变化而变化，通过光致发光采集装置采集led荧光胶在应力作用条件下的光致发光特征，表述复合材料力学性能变化。另一方面由于激光照射以及拉伸实验会使复合材料产生热变化，同样在外加载荷条件下，拉伸实验中的样品会发生形变，光致发热信号会随着拉伸样品力学性能的变化而变化，通过光致发热采集装置测量led荧光胶在应力作用条件下的光致发热特征，表述复合材料力学性能变化，再结合相同时刻由拉伸实验得到的拉力与位移实验数据计算样品复合材料样品的力学性能杨氏模量与拉伸强度，来深入研究复合材料力学性能的演变过程。

本发明提供一种led荧光胶的力学损伤检测实验装置及方法，本实验装置提供一个全面、快速、灵活的研究led荧光胶力学性能装置，能够通过拉伸实验装置快速获得拉力-位移实验数据，根据实验数据计算复合材料的杨氏模量、拉伸强度等力学性能，同时通过光致发光采集装置与光致发热采集装置测量led荧光胶在应力作用条件下的光致发光与光致发热特征，深入研究led荧光胶力学失效机理，为研究led荧光胶力学性能提供硬件基础。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。