n〇、Pn2，d的取值范围为d彡1，也就是说温度传导方向为Pn(l- Pnl- Pn2tj计算出温 度梯度\ 其中&表示像素点Pntl在热辐射能量图像％的热辐射能量，五乂表示 2d ^ 像素点Pn2在热福射能量图像t Cl的热福射能量。
[0034] 根据温度梯度的计算方法可知，在步骤S302中，如果热辐射能量图像的X轴或y 轴与热传导方向相同，可以更方便地得到像素点Pntl和P "2。
[0035] S304 :计算待测像素点的热辐射能量变化率：
[0036] 选择时刻L= t d+At的热福射能量图像，At辛0,计算热福射能量变化率得到 L= n\t,?，fn表示待测像素点Pnl的热辐射能量变化率，11表示求绝对值，其中 <表 示待测像素点Pnl在热辐射能量图像t ^的热辐射能量，式L表示待测像素点pnl在热辐射能 量图像h的热辐射能量。热辐射能量变化率的计算中采用绝对值的原因在于：离热量注 入点较近的点，其热辐射能量会在很短时间内达到最高，然后下降，而离热量注入点较远的 点，其热辐射能量会逐渐上升。因此选择不同的热辐射能量图像和待测像素点，可能会使热 辐射能量变化率的符号为正或为负，因此采用绝对值来进行统一。
[0037] S305 :计算各个待测像素点的相对热导率= ^。 Sn
[0038] S306 :计算待测金属薄板的相对热导率:f ，也就是说金属薄板整体的相 N η:\ 对热导率是对N个待测像素点ρη1的相对热导率进行平均。
[0039] S307:计算比例系数：
[0040] 用步骤S301至S306的相同方法得到已知热导率为γ。的金属薄板的相对热导率 P计算得到比例系数。
[0041] S308 :计算得到待测金属薄板的热导率.7 =好。
[0042] 对于高导热率的金属薄板材料来说，热量在整个材料中实现热平衡的时间极短， 所以这个过程对外可以视为绝热（忽略热传导和热对流），所以本发明技术方案对测量环 境没有严格的要求。通过控制激励热源，将某时刻热辐射量与温度和热能量近似为线性关 系，实现了瞬时热流密度的高精度测量，大大简化了瞬时温度梯度的测量过程。热流密度通 常都是难以直接测量或是对测量环境要求很高，而本发明采用材料表面热辐射能强度分布 的变化来测定温度梯度和热流密度，只对最终测量的值做一次标定就能得到导热率。本发 明热导率测量的精度取决于红外热成像仪所获取图像的分辨率，分辨率越高，测量精度越 高，目前市面上的红外热成像仪的分辨率已经可以达到较高水平，因此采用本发明进行热 导率测量，可以达到较高的精度。在应用范围方面，本发明所针对的金属薄板的厚度不宜太 厚，否则会影响测量的准确度，经过实验发现，厚度小于等于〇. 2_的金属薄板的测量效果 较好。
[0043] 实施例
[0044] 为了说明本发明的有效性，采用具体金属薄板材料进行了实验验证。本实验对 0.1 mm厚的条形铝合金导热系数进行测量，采用脉冲激励空心线管作为热量注入装置，以脉 冲涡流的形式在极短时间内注入线性分布的初始热量，红外成像仪按预设频率进行拍摄。 图4是采用脉冲激励空心线管对待测金属薄板进行加热的示意图。图5是待测金属薄板的 红外热成像示例图。图5中的水平方向为热传导方向。为了简化说明，只选取白色箭头所 指向的像素点作为待测像素点进行计算。取待测点前后两个像素点计算温度梯度，选择与 该图像间隔图像数量为5的图像计算热辐射能量变化率，可计算得到该待测像素点的相对 热导率为0.48。由于此处只采用了一个待测像素点，不需要进行平均，因此该待测金属薄板 的相对热导率; ;=0.48。用同样的方法测量热导率为160W/m*k的硅合金薄板，得到相对导 热系数为〇. 37,因此可以得到比例系数k = 160/0. 37~432,那么待测铝合金材料的热导 率 γ = 432*0. 48 ~ 207W/m*k。
[0045] 尽管上面对本发明说明性的【具体实施方式】进行了描述，以便于本技术领域的技术 人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于【具体实施方式】的范围，对本技术领域的普通技 术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些 变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
【主权项】
1. 一种基于红外热成像技术的金属薄板热导率测量方法，其特征在于包括： 51 :在预设时间T内按照预设功率P向待测金属薄板注入热量； 52 :采用红外热成像仪连续获取若干幅待测金属薄板表面的热辐射能量图像； 53 :在时刻h的热福射能量图像中选择N个待测像素点p η1，η = 1，2,…，N，得到在温 度传导方向上、位于待测点Pnl前后、与待测点s "均为距离d的两个像素点ρ η(ι、ρη2，计算出 温度梯度& =气-52，其中A%表示像素点PnQ在热辐射能量图像t C1的热辐射能量，五。 2d 表示像素点Pn2在热福射能量图像t 〇的热福射能量； 54 :选择时刻t1= t JAt的热辐射能量图像，计算热辐射能量变化率/H = KlAtEnl， 其中#表示待测像素点Pnl在热辐射能量图像t ^的热辐射能量，< 表示待测像素点pnl在 热辐射能量图像^的热辐射能量； 55 :计算各个待测像素点的相对热导率= A ; Sn 56 :计算待测金属薄板的相对热导率f ; N n:\ 57 :用步骤SI至S6的相同方法得到已知热导率为γ。的金属薄板的相对热导率元，计 算得到比例系数& = f; 58 :计算待测金属薄板的热导率y =矽。
2. 根据权利要求1所述的金属薄板热导率测量方法，其特征在于，所述金属薄板的厚 度小于等于〇. 2mm。
3. 根据权利要求1所述的材料热导率测量方法，其特征在于，所述步骤SI中的时间T 的取值范围为T < 2秒。
4. 根据权利要求1所述的材料热导率测量方法，其特征在于，所述步骤S2中，热辐射能 量图像的X轴或y轴与热传导方向相同。
【专利摘要】本发明公开了一种基于红外热成像技术的金属薄板热导率测量方法，在短时间内向待测金属薄板注入热量，然后采用红外热成像仪连续获取若干幅待测金属薄板表面的热辐射能量图像，选取时刻t0的热辐射能量图像中若干个待测像素点，根据待测像素点沿热传导方向上前后两个点的像素点的热辐射能量，计算得到温度梯度，再根据时刻t0和时刻t1＝t0+Δt的热辐射能量图像计算得到热辐射能量变化率，计算得到相对热导率；然后采用同样方法对已知热导率的金属薄板进行测量得到对应的相对热导率，计算得到比例系数，然后根据比例系数和待测金属薄板的相对热导率计算得到待测金属薄板的热导率。本发明的测量时间短、操作简单、计算精度高且对环境要求比较低。
【IPC分类】G01N25-20
【公开号】CN104833695
【申请号】CN201510245696
【发明人】程玉华, 白利兵, 周小东, 陈凯, 殷春, 张 杰
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月14日