专利名称：复合黑体法测量比热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光比热测试装置，特别是涉及一种复合黑体法测量比热装置。
背景技术：
当前国内外使用激光闪光法(Flash Method)测量材料热扩散率的同时，比热测量 普遍采用比较法，此方法实质是将已知比热的标准样品(如日本TC-7000用蓝宝石)表面 进行贴片或涂层处理后，第一步用激光照射此标准样品表面，测量其背面最大温升，此温升 与已知的质量和比热之积即是该标准样品吸收的激光能量；第二步是将待测比热的样品表 面作相同处理，并用相同能量的激光照射，同样测出其背面最大温升。如果假设其吸收的能 量与标准样品吸收的能量相等，则可求出被测样品比热。理论分析与实践表明，表面处理不 一致引起吸收率的差别，造成比热测试的误差很大。同时，由于需要标准样品，需要两个样 品表面处理及进行两次激光照射，使实验过程复杂化并提高了实验成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种被测样品无需表面进行任何处理与加工
且测量比热以及导热系数的精度高与可靠性高的复合黑体法测量比热装置。 为了解决上述技术问题，本发明提供的复合黑体法测量比热装置，包括激光光源，
激光光源的照射端后设有可变光栏，可变光栏后设有分光片，一个由所述的分光片分光后
的激光能进入的激光能量传感器与所述的分光片对应设置，所述的分光片后设有聚焦透
镜，具有能量传感器功能的壳体的后端为样品，壳体前端设有便于激光进入照射到样品上
的小孔，三通道放大器的一个通道与所述的温度传感器电连接， 一个通道与所述的具有能
量传感器功能的壳体电连接，一个通道与所述的激光能量传感器电连接，所述的三通道放
大器通过数据采集卡与计算机电连接。 采用上述技术方案的复合黑体法测量比热装置，利用复合黑体的原理，由样品与 壳体组成复合黑体，当激光聚焦后通过壳体顶端小孔进入复合黑体并射向样品表面，部分 激光能量被样品吸收，并由样品背面的温度传感器测量出样品的温升，未被吸收的能量由 样品反射至具有能量传感器功能的壳体并指示其能量值。样品吸收的能量即为进入小孔的 激光能量与壳体指示的能量之差。由样品吸收的能量、样品背面温升、样品质量即可求出样 品的比热。 本发明专利与传统测量比热的比较法相比，具有如下独特优点 1、大大提高了激光闪光法测量热扩散率比热以及导热系数的精度与可靠性； 2、实现了一次激光照射后，同时获得导热系数、比热及热扩散率三个重要热物
性； 3、被测样品无需表面进行任何处理与加工；
4、无需种类烦多、价格昂贵的各种标准样品； 5、应用本发明可使当前国内外通用的比较法测量比热的精度及可靠性得到显著
3提高与改善； 6、开发了测试需要的各种配套软件，为在微机化、自动化环境下完成任务提供了
可靠保证。 综上所述，本发明是一种被测样品无需表面进行任何处理与加工且测量比热以及 导热系数的精度高与可靠性高、能实现一次激光照射后，同时获得导热系数、比热及热扩散 率三个重要热物性的复合黑体法测量比热装置。
图1是本发明的装置示意图。
具体实施例方式
下面结合图1和具体实施方式
对本发明作进一步说明。 参见图l，激光光源1的照射端后设有可变光栏2，可变光栏2后设有分光片4，一 个由分光片4分光后的激光能进入的激光能量传感器13与分光片4对应设置，分光片4后 设有聚焦透镜5，具有能量传感器的壳体7的后端有样品8，前端设有便于激光进入照射到 样品8上的壳体顶端小孔6，样品8上设有温度传感器9，三通道放大器10的第一通道与温 度传感器9电连接，第二通道与具有能量传感器功能的壳体7的能量传感器电连接，第三通 道与激光能量传感器13电连接，三通道放大器10通过数据采集卡11与计算机12电连接。
参见图1，当激光光源1的脉冲激光通过可变光栏2射向分光片4，分光片4与激 光有一偏转角，因此分光后的激光3进入激光能量传感器13，主路激光则通过分光片4射向 聚焦透镜5，经过聚焦后由壳体顶端小孔6进入复合黑体，复合黑体由具有能量传感器的壳 体7及样品8构成。当激光射向样品8后，部分被样品吸收，未被吸收的则由具有能量传感 器功能的壳体7吸收。上述各路信号，经三通道放大器10放大后通过数据采集卡11接入 计算机12。比热即可由式l进行计算 式中， Cp—比热 Hkf-各定标系数 、Q—主路激光能量 k2Vb—壳体吸收的能量 m—样品质量 Tm—样品最大温升 材料的比热是材料的重要热物性之一，以纯铜样为例结合图1介绍的具体测试过 程。此时的复合黑体由纯铜样品与具有能量传感器的壳体7组成，激光光源1发射脉冲激 光后，激光通过可变光栏2、分光片4、聚焦透镜5，及壳体顶端小孔6进入复合黑体照射到 样品腔8内的纯铜样品的表面。纯铜样品表面被激光照射后吸收一部分能量并产生一个温 升，由温度传感器9测出后接入三通道放大器10的第一通道；未被样品吸收的能量经样品 反射后由具有能量传感器的壳体7的能量传感器吸收并接入三通道放大器10的第二个通道；而由分光片4分光到激光能量传感器13的能量接入三通道放大器10的第三个通道。 三通道放大器10在检测到纯铜样品温升、具有能量传感器的壳体7吸收的能量、激光能量 传感器13吸收的能量后通过数据采集卡11接入到计算机12。 通过测量纯铜样品温升、具有能量传感器的壳体7吸收的能量、激光能量传感器 13吸收的能量由式1就能计算出纯铜样品的室温比热。经多次测试测得纯铜样品的比热与 权威手册查得纯铜的比热数据高度一致。
本发明专利的价值与应用 1、本发明作为激光热三常数(比热、热扩散率、导热系数)测试仪的重要组成部
分，大大提高了整体仪器水平，成为高水平的新一代激光热三常数测试仪； 2、作为现有仪器的升级换代改造； 3、作为新型激光能量计的研发基础； 4、大大提高传统比较法测量比热的精度及可靠性； 5、新一代仪器扩大了仪器应用的范围，提高了分析测试的准确性与可靠性，除能 测量热常数外，还可在材料杂质、相变、应力、有序性、晶化度、抗热震性、含水率、孔隙度、微 裂纹等的分析测试与评价得到应用。应特别指出的是在材料优劣筛选与评价上，如忽视热 物性，有时会认优为劣，从而导致选材与评价上的重大错误。
权利要求
一种复合黑体法测量比热装置，包括激光光源(1)，其特征是所述的激光光源(1)后设有可变光栏(2)，所述的可变光栏(2)后设有分光片(4)，一个由所述的分光片(4)分光后的激光能进入激光能量传感器(13)与所述的分光片(4)对应设置，所述的分光片(4)后设有聚焦透镜(5)，具有能量传感器功能的壳体(7)的后端设有样品(8)，前端设有便于激光进入照射到所述的样品(8)上的壳体顶端小孔(6)，所述的样品(8)上设有温度传感器(9)，三通道放大器(10)的一个通道与所述的温度传感器(9)电连接，一个通道与所述的具有能量传感器功能的壳体(7)电连接，一个通道与所述的激光能量传感器(13)电连接，所述的三通道放大器(10)的输出通过数据采集卡(11)与计算机(12)电连接。
全文摘要
本发明公开了一种复合黑体法测量比热装置，激光光源(1)的照射端后设有可变光栏(2)，可变光栏(2)后设有分光片(4)，激光能量传感器(13)与分光片(4)对应设置，分光片(4)后设有聚焦透镜(5)，具有能量传感器功能的壳体(7)的顶端有小孔(6)，样品(8)上设有温度传感器(9)，三通道放大器(10)的三个通道分别与温度传感器(9)、具有能量传感器功能的壳体(7)、激光能量传感器(13)电连接，三通道放大器(10)通过数据采集卡(11)与计算机(12)电连接。本发明是一种被测样品无需表面进行任何处理与加工且测量比热以及导热系数的精度高与可靠性高的复合黑体法测量比热装置。
文档编号G01N25/20GK101793851SQ201010300150
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月8日 优先权日2010年1月8日
发明者徐惠娟, 熊翔, 王辉, 薛健 申请人:中南大学