t)， 进而得到样品背面温度随时间变化的无量纲方程V(L，t);最后，令V(L，t) =0.5,可以得 到重新定义时间零点后样品背面温升达到最大值一半时的时间ta5*，得到闪光法测量热扩 散率新的计算公式。
[0019] 当激光波形接近于方波时，采用上述数据处理方法对物理模型进行重新推导，并 得到新的闪光法计算公式，包括：激光作用时间内试样背部无明显温升情况下的数据计算 过程1，以及激光作用时间内试样背部有温升情况下的数据计算过程2。
[0020] 以下通过具体的实施例进一步详细说明本发明。
[0021] 如本发明所述，一种减少有限脉冲时间效应的数据处理方法应用于闪光法的数据 后处理，本发明中将以当激光波形接近于方波，即在激光作用时间τ。内，被试样吸收的激 光脉冲辐照强度q w为常数时为例，说明采用本修正思路时对物理模型重新推导的具体过 程。
[0022] 在激光作用时间τ。内，若试样背面无温升，则激光对试样的加热过程满足对半无 限大均匀物体常热流密度作用下的非稳态导热过程；此时定义激光完成后时刻为零点，则 在t = O时刻，在试样正面（X = 0)到激光作用深度内，激光作用深度g以及试样任意点的 温度分布为：
T (X，0) = 0,当 g < X < L 时 （5) 将式⑶、⑷、（5)及相应的无量纲参数V(L，t)，ω，κ代入⑴式，可得：
由（6)式得，当V(L，t) = 0. 5时，试样的热扩散系数可由下式求得：
此时，κ，ωα5的关系由图4所示，热扩散率α可根据图2中数据计算过程1迭代求 得。
[0023] 在激光作用时间τ。内，若试样背面有温升，说明激光加热热流已经作用到了试样 背面，定义激光完成后时刻为零点，则可得到t = 0时刻，在试样正面（X = 0)到试样背面 的距离，即试样厚度L内，试样内任意点的温度分布处于两个方程之间： (1) 当t = 0,试样背面恰好开始有温升时，则：
该情况仍适合公式（6)，此时，κ = g/L = 1. 29,可得到热扩散有上限为：
(2) 当激光加热时间足够长，则试样在厚度方向上的温度分布情况将达到动态平衡状 态，可得到t = 0时，试样正面（X = 0)到试样背面的距离，即试样厚度L内，试样任意点的 温度分布经验方程为：
其中：P1= -〇· 104 P2= I. 907E-7 P3= -〇· 014 P4= 0. 029 P5= -〇· 014 将式（11)及相应的无量纲参数V (L，t)，ω代入（1)式，可得：
由（12)式得，当V (L，t) = 0. 5时，可得到热扩散有下限为：
(3)在激光作用时间τ。内，若试样背面有温升，式（10)、（13)得到的是这种情况下热 扩散率的上下限，但是由于并不能得到试样具体的温度分布曲线，所以很难得到对应的热 扩散率计算公式，在此取上下限的平均值，即对式（10)、（13)求平均可得：
则在激光作用时间内试样背部有温升情况下，可采用式（14)来计算试样的热扩散系 数，且其极限误差为6. 6%。
[0024] 以上为激光波形接近于方波时，采用该数据处理方法中的修正思路对物理模型重 新推导，得到能够减少有限脉冲时间效应的热扩散率计算公式的过程。如图2所示，将说明 激光波形接近于方波时，如何采用上述推导得到的新的热扩散率计算公式（7)、（14)进行 求解的计算过程。
[0025] 步骤一：实验得到试样的背部温升曲线，分析其在激光作用时间内是否已经有温 升，选择对应的数据处理方法。如图3所示，为实验得到试样的背部温升曲线，假设τ。'时 刻试样背部恰好有温升，则如果激光作用时间τ/τ/，即在激光作用时间％内，试样背 部无温升，则按照计算过程1进行数据处理；如果激光作用时间τ。> τ。'，即在激光作用时 间τ。内，试样背部有温升，则按照计算过程2进行数据处理。
[0026] 步骤二：重新定义时间零点，确定新的半温升时间ta5*。如图3所示，定义激光脉 冲时间τ。作用完成的时刻为时间零点，并以该时刻时试样背面的温度为试样的基准温度， 确定新的半温升时间t a5*。
[0027] 步骤三：按照相应的计算过程，计算得到试样的热扩散率。
[0028] 上述公式中的各个符号的意义如表1所示： 表1 : 符号意义
:p
[0029] 在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中 的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定， 而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括 在权利要求书中。
【主权项】
1. 一种减少激光闪光法有限脉冲时间效应的数据处理方法，其特征在于，包括： 对经典闪光法的物理模型进行重新推导，以得到热扩散率计算公式的修正思路，所述 修正思路包括：以经典闪光法的物理模型为基础，重新定义激光加热完成的时刻为时间零 点，得到该时刻试样内部的温度分布曲线τ(χ，ο)，并对激光作用深度g进行量化处理，然后 对所述试样达到热平衡时的温度分布方程T(X，t)进一步推导，得到试样背面的温度随时 间变化的方程T(L，t)，进而得到试样背面的温度随时间变化的无量纲方程V(L，t)，最后， 令V(L，t) = 0. 5,得到重新定义时间零点后试样背面温升达到最大值一半时的时间ta5* ; 在采用所述修正思路进行修正后，得到新的热扩散率计算公式。2. 根据权利要求1所述的数据处理方法，其特征在于， 当激光脉冲波形接近于方波时，采用所述修正思路对物理模型重新推导后，所得到的 新的热扩散率计算公式包括：其中，α为热扩散率（m2/s)，L为试样厚度（m)，ω为无量纲参数3. 根据权利要求2所述的数据处理方法，其特征在于，包括：采用所得到的新的热扩散 率计算公式进行求解的计算过程，所述计算过程包括：所述试样背面在激光作用时间内无 明显温升情况下采用所述公式（7)进行求解的第一数据计算过程，以及所述试样背面在激 光作用时间内有温升情况下采用所述公式（14)进行求解的第二数据计算过程。4. 根据权利要求3所述的数据计算过程，其特征在于，判断所述试样背面在所述激光 作用时间内是否有温升的方法；当所述试样背面在所述激光作用时间内无温升时，采用所 述第一数据计算过程计算所述试样的热扩散率；当所述试样背面在所述激光作用时间内有 温升时，采用所述第二数据计算过程计算所述试样的热扩散率。
【专利摘要】本发明提供一种减少激光闪光法有限脉冲时间效应的数据处理方法，包括：对经典闪光法的物理模型进行重新推导，得到热扩散率计算公式的修正思路，该修正思路包括以经典闪光法的物理模型为基础，重新定义激光加热完成的时刻为时间零点，得到该时刻试样内部的温度分布曲线T（x，0），对激光作用深度g进行量化处理，然后对试样达到热平衡时的温度分布方程T（x，t）进一步推导，得到试样背面温度随时间变化的方程T（L，t），进而得到试样背面温度随时间变化的无量纲方程V（L，t），最后令V（L，t）=0.5，得到重新定义时间零点后试样背面温升达到最大值一半时的时间t0.5*；在采用该修正思路进行修正后，得到新的热扩散率计算公式。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN105303043
【申请号】CN201510703740
【发明人】陶冶, 杨莉萍, 雒彩云, 钟秋, 徐子君, 章宗德
【申请人】中国科学院上海硅酸盐研究所
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年10月26日