一種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測量系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測量系統(tǒng)及方法，包括動(dòng)高壓加載裝置，所述動(dòng)高壓加載裝置連接有測試實(shí)驗(yàn)靶樣品，測試實(shí)驗(yàn)靶樣品連接有反射光強(qiáng)變化測試系統(tǒng)，反射光強(qiáng)變化測試系統(tǒng)連接有同步觸發(fā)器，且同步觸發(fā)器與動(dòng)高壓加載裝置連接。采用本發(fā)明可獲取準(zhǔn)等熵加載條件下金屬材料的動(dòng)態(tài)溫度數(shù)據(jù)，以及沖擊壓縮條件下低溫段（1000K以下）金屬材料的瞬態(tài)溫度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)材料在動(dòng)高壓加載下物理狀態(tài)以及材料狀態(tài)變化物理過程的準(zhǔn)確表征，為校驗(yàn)理論狀態(tài)方程模型有效性、以及確立完全狀態(tài)方程的提供重要參量。
【專利說明】
一種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測量系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域的測量系統(tǒng)，具體涉及一種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測量系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]溫度是表征材料熱力學(xué)狀態(tài)的一個(gè)重要參量。從近年來迅速發(fā)展的材料準(zhǔn)等熵壓縮研究進(jìn)展來看，溫度數(shù)據(jù)的缺失是制約其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于狀態(tài)方程和本構(gòu)關(guān)系的重要障礙。準(zhǔn)等熵壓縮實(shí)驗(yàn)通過對(duì)不同厚度樣品表面速度的測量，給出應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系與理想等熵線之間的差別主要包括兩部分:偏應(yīng)力部分和小量熵增引起的靜水壓增加部分，但這兩者無法分離，而且隨著應(yīng)變率的增加，第二項(xiàng)的比重會(huì)增大，導(dǎo)致準(zhǔn)等熵線既無法精確給出強(qiáng)度信息也無法精確給出狀態(tài)方程信息。但是如果解決了準(zhǔn)等熵加載下的溫度測量問題，則有可能結(jié)合Cv模型給出這兩項(xiàng)的合理分配，從而更精確地給出強(qiáng)度和狀態(tài)方程信息。同時(shí)，在通過沖擊加載方式進(jìn)行的材料高壓物態(tài)方程研究中，低溫段(通常指1000K以下)溫度的瞬態(tài)精確測量一直是一個(gè)難點(diǎn)，輻射譜的普朗克峰在紅外區(qū)甚至遠(yuǎn)紅外，輻射功率極低，被動(dòng)測量技術(shù)信噪比很難達(dá)到動(dòng)高壓加載時(shí)對(duì)時(shí)間分辨和溫度分辨的要求。因此，積極尋找、發(fā)展或改進(jìn)可實(shí)現(xiàn)動(dòng)高壓下，低溫段(1000K以下)溫度測量技術(shù)或方法，至今仍是材料動(dòng)高壓研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)工作之一。
[0003]輻射測溫技術(shù)在材料動(dòng)高壓加載中的應(yīng)用范圍主要在2000K到10000K，在這一范圍內(nèi)能夠較好地獲取材料的熱力學(xué)溫度，在更高的溫度范圍內(nèi)由于電子、離子的馳豫時(shí)間的變化，以及紫外災(zāi)難的出現(xiàn)，輻射溫度測量結(jié)果給出的電子溫度與宏觀熱力學(xué)溫度的差異越來越明顯，但在1ev以下還可以接受。此外，金屬樣品在沖擊加載下的溫度測量除了上述問題以外，還存在另外兩個(gè)因素的嚴(yán)重制約:一是對(duì)于測量面為自由面的狀況時(shí)，測到的輻射溫度幾乎都是沖擊卸載后的溫度，要想給出卸載前的溫度狀態(tài)需要極高的時(shí)間分辨能力；二是對(duì)于通過增加窗口的測量方式，還需要知道樣品和窗口在沖擊加載狀態(tài)下的熱傳導(dǎo)系數(shù)、界面發(fā)射率等信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決準(zhǔn)等熵壓縮以及沖擊壓縮低溫段(1000K以下)這兩種動(dòng)高壓加載條件下的材料溫度測量問題，獲取準(zhǔn)等熵加載條件下的動(dòng)態(tài)溫度數(shù)據(jù)及沖擊壓縮條件下的瞬態(tài)溫度數(shù)據(jù)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測量系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法能夠獲取準(zhǔn)等熵加載條件下的動(dòng)態(tài)溫度數(shù)據(jù)及沖擊壓縮條件下的瞬態(tài)溫度數(shù)據(jù)，解決了準(zhǔn)等熵壓縮以及沖擊壓縮低溫段(1000K以下)這兩種動(dòng)高壓加載條件下的材料溫度測量問題。
[0005]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測量系統(tǒng)，包括動(dòng)高壓加載裝置，所述動(dòng)高壓加載裝置連接有測試實(shí)驗(yàn)靶樣品，測試實(shí)驗(yàn)靶樣品連接有反射光強(qiáng)變化測試系統(tǒng)，反射光強(qiáng)變化測試系統(tǒng)連接有同步觸發(fā)器，且同步觸發(fā)器與動(dòng)高壓加載裝置連接。為解決準(zhǔn)等熵壓縮以及沖擊壓縮低溫段這兩種動(dòng)高壓加載條件下的材料溫度測量，獲取準(zhǔn)等熵加載條件下的動(dòng)態(tài)溫度數(shù)據(jù)及沖擊壓縮條件下的瞬態(tài)溫度數(shù)據(jù)，不僅對(duì)準(zhǔn)確表征材料在動(dòng)高壓加載下的物理狀態(tài)以及研究材料狀態(tài)變化物理過程有著重要意義，同時(shí)鑒于材料狀態(tài)方程對(duì)溫度參量非常敏感的特點(diǎn)，還可為校驗(yàn)理論狀態(tài)方程模型有效性、以及確立完全狀態(tài)方程的提供重要參量。目前，從國內(nèi)外公開報(bào)道的文獻(xiàn)來看，沒有解決該問題的技術(shù)，而本方案通過主動(dòng)施加探測光束，測量動(dòng)高壓加載條件下，位于待測樣品材料與窗口材料之間金屬膜層材料的反射光強(qiáng)變化，計(jì)算得到反射率變化數(shù)據(jù)，再利用金屬膜層材料反射率與溫度定標(biāo)關(guān)系數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)高壓加載條件下材料的溫度測量，獲取準(zhǔn)等熵加載條件下的動(dòng)態(tài)溫度數(shù)據(jù)及沖擊壓縮條件下的瞬態(tài)溫度數(shù)據(jù)。
[0006]測試實(shí)驗(yàn)靶樣品主要由待測樣品材料、金屬膜層材料以及窗口材料構(gòu)成，金屬膜層材料設(shè)置在待測樣品材料和窗口材料之間，并且三者緊密貼合，待測樣品材料設(shè)置在金屬膜層材料和動(dòng)高壓加載裝置之間，窗口材料設(shè)置在金屬膜層材料和反射光強(qiáng)變化測試系統(tǒng)之間。金屬膜層材料鍍?cè)诖翱诓牧仙?，并且窗口材料?yōu)選窗口玻璃，金屬膜材料反射率與溫度的定標(biāo)數(shù)據(jù)具有唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0007]反射光強(qiáng)變化測試系統(tǒng)主要由探測激光器、分束鏡、耦合器、準(zhǔn)直器、光電探測器和數(shù)據(jù)采集記錄存貯器構(gòu)成，分束鏡設(shè)置在耦合器和窗口材料之間，在分束鏡一側(cè)設(shè)置有光纖接頭，光纖接頭和耦合器之間、光纖接頭和準(zhǔn)直器之間均設(shè)置有光纖，光纖分別與對(duì)應(yīng)的光纖接頭、耦合器或準(zhǔn)直器連接，耦合器和探測激光器連接，準(zhǔn)直器和光電探測器連接，光電探測器和數(shù)據(jù)采集記錄存貯器連接，且數(shù)據(jù)采集記錄存貯器和同步觸發(fā)器連接。測量器件為具有納秒量級(jí)響應(yīng)的光電探測器，數(shù)據(jù)采集記錄存貯器優(yōu)選為高性能示波器。動(dòng)高壓加載零時(shí)刻輸出的電信號(hào)，通過同步觸發(fā)器產(chǎn)生電信號(hào)觸發(fā)光電探測器進(jìn)行同步測量。動(dòng)高壓加載零時(shí)刻輸出的電信號(hào)通過同步觸發(fā)器觸發(fā)，在光電探測器開始測量反射光強(qiáng)變化信號(hào)的同時(shí)，數(shù)據(jù)采集記錄存貯器同步采集記錄對(duì)應(yīng)的變化信號(hào)數(shù)據(jù)。
[0008]進(jìn)一步地，探測激光器產(chǎn)生的探測激光束經(jīng)分束鏡后垂直作用于金屬膜層材料表面，其反射光束的光強(qiáng)變化為垂直角度狀態(tài)；同時(shí)探測激光器產(chǎn)生的探測激光束在金屬膜材料作用位置為其幾何中心點(diǎn)。
[0009]—種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測量方法，包括以下步驟:
(1)制備測試實(shí)驗(yàn)靶樣品:采用噴鍍或磁控濺射的方式在窗口玻璃表面形成金屬膜層，膜層的厚度為微米量級(jí)，再把待測樣品材料與噴鍍金屬膜材料的窗口玻璃緊密貼合；
(2)將測試實(shí)驗(yàn)靶樣品安放至動(dòng)高壓加載裝置系統(tǒng)的加載實(shí)驗(yàn)區(qū)；
(3)建立測試光路和測試部件:要求探測光束垂直作用于金屬膜材料，垂直反射光束也垂直作用于光電探測器探測表面；
(4)調(diào)節(jié)探測光束激光器輸出功率，同時(shí)在分束鏡和光纖接頭之間添加衰減鏡，使得探測光束激光器輸出功率在某一輸出功率值時(shí)，添加了衰減鏡后光電探測器輸出電壓值的降幅與衰減鏡衰減幅值相等；即建立光電探測器輸出電壓值與輸出功率值具有線性變化關(guān)系;在正式測試實(shí)驗(yàn)時(shí)保留衰減鏡，記錄此時(shí)的光電探測器輸出電壓值U0;
(5)開始動(dòng)高壓加載實(shí)驗(yàn)，利用動(dòng)高壓加載零時(shí)刻輸出的電信號(hào)，通過同步觸發(fā)器觸發(fā)光電探測器和數(shù)據(jù)采集記錄存貯器，測量并采集記錄動(dòng)高壓加載下，測量金屬膜材料反射光束的電壓變化數(shù)據(jù)u(t);
(6)利用已知的該探測波長條件下金屬膜材料反射率RO、UO，利用公式ROXU(t)/UO，計(jì)算獲得R(t)；
(7)對(duì)照已知的金屬膜材料反射率與溫度定標(biāo)的唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲取動(dòng)高壓加載過程中金屬膜材料的溫度T(t)。
[0010]通過該方法可獲取準(zhǔn)等熵加載條件下的動(dòng)態(tài)溫度數(shù)據(jù)及沖擊壓縮條件下的瞬態(tài)溫度數(shù)據(jù)，不僅對(duì)準(zhǔn)確表征材料在動(dòng)高壓加載下的物理狀態(tài)以及研究材料高壓狀態(tài)變化物理過程有著重要意義，同時(shí)鑒于材料狀態(tài)方程對(duì)溫度參量非常敏感的特點(diǎn)，還可為校驗(yàn)材料理論狀態(tài)方程模型有效性、以及確立完全狀態(tài)方程(即處于某一狀態(tài)下材料的密度、壓力、溫度參量)的提供重要參量。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:采用本發(fā)明可獲取準(zhǔn)等熵加載條件下金屬材料的動(dòng)態(tài)溫度數(shù)據(jù)，以及沖擊壓縮條件下低溫段(1000K以下)金屬材料的瞬態(tài)溫度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)材料在動(dòng)高壓加載下物理狀態(tài)以及材料狀態(tài)變化物理過程的準(zhǔn)確表征，為校驗(yàn)理論狀態(tài)方程模型有效性、以及確立完全狀態(tài)方程的提供重要參量。
【附圖說明】
[0012]此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中:
圖1為本發(fā)明的測試系統(tǒng)示意圖；
圖2為探測波長488nm時(shí)金膜材料反射率與溫度的定標(biāo)關(guān)系。
[0013]附圖中標(biāo)記及對(duì)應(yīng)的零部件名稱:
1-動(dòng)高壓加載裝置，2-待測樣品材料，3-金屬膜層材料，4-窗口玻璃，5-分束鏡，6-光纖接頭，7-光纖，8-耦合器，9-探測激光器，10-數(shù)據(jù)采集記錄存貯器，11-同步觸發(fā)器，12-準(zhǔn)直器，13-光電探測器，14-衰減鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0015]實(shí)施例:
如圖1所示，將測量反射光強(qiáng)變化的金采用噴鍍或磁控濺射的方式噴鍍至窗口玻璃表面形成金膜層，其厚度為微米量級(jí)，再把待測樣品材料與噴鍍金膜材料的窗口玻璃4緊密貼合，形成測試實(shí)驗(yàn)靶樣品。窗口材料不是所有玻璃都能夠滿足，窗口玻璃4需要選擇在一定壓力條件下，仍具有極好透光性的藍(lán)寶石或LiF材料可作為首選。
[0016]測試實(shí)驗(yàn)靶樣品被動(dòng)高壓加載前，將探測激光器9產(chǎn)生的探測激光束通過耦合器8依次經(jīng)光纖7和光纖接頭6輸出，經(jīng)分束鏡5到窗口玻璃4垂直作用于實(shí)驗(yàn)靶樣品鍍有金膜層材料的表面，其反射光再次經(jīng)窗口，通過分束鏡5后經(jīng)光纖7、準(zhǔn)直器12實(shí)現(xiàn)小尺寸光束，被引至光電探測器13處，反射光束可垂直進(jìn)入光電探測器13內(nèi)，光電探測器13與數(shù)據(jù)采集記錄存貯器10連接，使其處于待測狀態(tài)。優(yōu)選的，探測光束經(jīng)耦合器8及準(zhǔn)直器12，可實(shí)現(xiàn)數(shù)百微米直徑大小光束作用于金膜層材料的表面。優(yōu)選的，探測光束在金膜層材料表面的作用位置為其幾何中心點(diǎn)。
[0017]反射光強(qiáng)變化測量用的光電探測器13，根據(jù)準(zhǔn)等熵加載數(shù)百納秒的加載歷程，以及沖擊加載百納秒的壓力維持時(shí)間，優(yōu)選的光電探測器器響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不低于十納秒量級(jí)。與光電探測器13測量相連的數(shù)據(jù)采集記錄存貯器10為現(xiàn)有成熟產(chǎn)品，能夠在市場上直接購買得到，選用具有納秒量級(jí)時(shí)間分辨率、不低于GHz采樣率特性的數(shù)據(jù)采集記錄存貯器進(jìn)行采集與記錄。
[0018]實(shí)驗(yàn)測量時(shí)，調(diào)節(jié)探測光束激光器輸出功率，同時(shí)在分束鏡和光纖接頭之間添加衰減鏡14，使得探測光束激光器輸出功率在某一輸出功率值時(shí)，添加了衰減鏡14后光電探測器輸出電壓值的降幅與衰減鏡衰減幅值相等；即建立光電探測器輸出電壓值與輸出功率值具有線性變化關(guān)系；在正式測試實(shí)驗(yàn)時(shí)保留衰減鏡14，記錄此時(shí)的光電探測器輸出電壓值U0;利用動(dòng)高壓加載零時(shí)刻輸出的電信號(hào)，通過同步觸發(fā)器11觸發(fā)光電探測器13和數(shù)據(jù)采集記錄存貯器10，測量并采集記錄動(dòng)高壓加載下，金膜材料的反射光變化數(shù)據(jù)。通過金膜層材料已知初始反射率與加載零時(shí)刻反射光強(qiáng)電壓數(shù)據(jù)形成的對(duì)比系數(shù)，可計(jì)算出動(dòng)高壓加載過程中，金膜層材料的反射率變化數(shù)據(jù)?；诮鹉げ牧戏瓷渎逝c溫度定標(biāo)的唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系(如圖2所示，可為金膜材料的金膜反射率隨溫度變化定標(biāo)曲線，探測光束波長488nm)，可得到金膜層材料的溫度變化數(shù)據(jù)。對(duì)于準(zhǔn)等熵加載，得到的是材料動(dòng)高壓加載過程中的溫度動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù);對(duì)于沖擊加載，得到的是材料動(dòng)高壓加載過程中的溫度瞬態(tài)數(shù)據(jù)。
[0019]將動(dòng)高壓(準(zhǔn)等熵加載過程和沖擊加載終態(tài)的穩(wěn)定時(shí)間為數(shù)百ns)加載條件下測試實(shí)驗(yàn)靶樣品中金膜材料的垂直反射光束，利用光學(xué)器件將探測的反射光束作用于具有ns級(jí)響應(yīng)能力的光電探測器探測面上，通過數(shù)據(jù)采集記錄存貯器記錄動(dòng)高壓加載過程中光電探測器(進(jìn)入的光信號(hào)變成電信號(hào)輸出)測量到的電壓信號(hào)U(t)，基于動(dòng)高壓加載初始金膜材料垂直反射光束進(jìn)入光電管形成的電壓信號(hào)UO，以及制備金膜材料可知的探測光束反射率RO，在測試光路中通過調(diào)節(jié)探測光源激光器輸出功率可建立金膜材料反射光束功率P與光電探測器輸出電壓U具有線性變化關(guān)系，例如反射光束功率降低50%，光電探測器輸出電壓U也降低50%，這就使得加載初始金膜反射率RO正比于U0，即兩者之間存在比例系數(shù)K=RO/ U0，在探測光束激光器輸出功率不變和光路中光學(xué)器件不變，即所述的準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)條件后，開始加載實(shí)驗(yàn)，金膜材料由于動(dòng)高壓加載出現(xiàn)的溫度變化，對(duì)探測光束的反射能力將發(fā)生變化，但由于所選探測光束對(duì)于金而言，從常壓到20GPa的壓力變化范圍內(nèi)，金在探測光束波長下的光反射率將不發(fā)生變化，即該壓力變化范圍內(nèi)金對(duì)探測光束的反射能力不受壓力的影響，此時(shí)由于探測光束激光器功率輸出不變，故動(dòng)高壓加載下使得作用于光電探測器的反射光束功率發(fā)生變化的因素為溫度，反射光束功率的變化將進(jìn)而使得光電探測器對(duì)應(yīng)輸出的電壓也發(fā)生變化，即測量到加載過程中金膜材料反射光束對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)U(t)，在已知金膜材料動(dòng)高壓加載初始的反射率RO和比例系數(shù)K，即可通過R(t) = K X U(t)得到動(dòng)高壓加載過程中的金膜材料的R(t)。
[0020]基于金膜材料反射率與溫度定標(biāo)的唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖2所示，可為金膜材料的金膜反射率隨溫度變化定標(biāo)曲線，探測光束波長488nm，該對(duì)應(yīng)關(guān)系為已有的測試數(shù)據(jù)，即可獲取動(dòng)高壓加載過程中金膜材料的溫度T(t)。
[0021]由于選用金屬材料作用溫度變化下的反射率測量對(duì)象，以及金屬材料要求為固態(tài)，且要求金屬材料反射率與溫度有著唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，溫度測量范圍為選用金屬材料反射率與溫度唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系中的溫度上下限決定，因?yàn)槿邕x擇金材料，可能能測量到600度，選用鎳材料，可能能測量到700度，因此溫度范圍應(yīng)由金屬材料反射率與溫度唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系中的溫度范圍決定，其溫度是利用已掌握了金膜材料反射率與溫度定標(biāo)的唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過一一對(duì)應(yīng)關(guān)系得到的?；蛘咭颜莆樟私鹉げ牧戏瓷渎逝c溫度定標(biāo)的唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系可擬合成溫度與反射率的表達(dá)式，如圖2所示，為金膜材料的金膜反射率隨溫度變化定標(biāo)曲線，探測光束波長488nm，可得到金膜層材料的溫度變化數(shù)據(jù)，溫度測量范圍與金膜材料反射率和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的范圍、以及測試實(shí)驗(yàn)中材料反射率變化的溫度變化范圍有關(guān)，故無溫度范圍的限定數(shù)值。
[0022]由于本測試方法是一個(gè)快過程，動(dòng)高壓中準(zhǔn)等熵加載過程和沖擊加載終態(tài)的穩(wěn)定時(shí)間為數(shù)百ns，故本測試方法的測試時(shí)間闡述為適用材料的準(zhǔn)等熵加載和沖擊加載。
[0023]以上所述的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，包括動(dòng)高壓加載裝置(1)，所述動(dòng)高壓加載裝置(I)連接有測試實(shí)驗(yàn)靶樣品，測試實(shí)驗(yàn)靶樣品連接有反射光強(qiáng)變化測試系統(tǒng)，反射光強(qiáng)變化測試系統(tǒng)連接有同步觸發(fā)器(11)，且同步觸發(fā)器(11)與動(dòng)高壓加載裝置(I)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測試實(shí)驗(yàn)靶樣品主要由待測樣品材料(2)、金屬膜層材料(3)以及窗口材料構(gòu)成，金屬膜層材料(3)設(shè)置在待測樣品材料(2)和窗口材料之間，并且三者緊密貼合，待測樣品材料(2)設(shè)置在金屬膜層材料(3)和動(dòng)高壓加載裝置(I)之間，窗口材料設(shè)置在金屬膜層材料(3)和反射光強(qiáng)變化測試系統(tǒng)之間。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述反射光強(qiáng)變化測試系統(tǒng)主要由探測激光器(9)、分束鏡(5)、耦合器(8)、準(zhǔn)直器(12)、光電探測器(13)和數(shù)據(jù)采集記錄存貯器(10)構(gòu)成，分束鏡(5)設(shè)置在耦合器(8)和窗口材料之間，在分束鏡(5)—側(cè)設(shè)置有光纖接頭(6)，光纖接頭(6)和耦合器(8)之間、光纖接頭(6)和準(zhǔn)直器(12)之間均設(shè)置有光纖(7)，光纖(7)分別與對(duì)應(yīng)的光纖接頭(6)、親合器(8)或準(zhǔn)直器(12)連接，耦合器(8)和探測激光器(9)連接，準(zhǔn)直器(12)和光電探測器(13)連接，光電探測器(13)和數(shù)據(jù)采集記錄存貯器(10)連接，且數(shù)據(jù)采集記錄存貯器(10)和同步觸發(fā)器(I I)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述探測激光器(9)產(chǎn)生的探測激光束經(jīng)分束鏡后垂直作用于金屬膜層材料(3)表面，其反射光束的光強(qiáng)變化為垂直角度狀態(tài)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述探測激光器(9)產(chǎn)生的探測激光束在金屬膜材料(3)作用位置為其幾何中心點(diǎn)。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述窗口材料采用玻璃制成。7.—種基于反射率的動(dòng)高壓加載下材料溫度測量方法，其特征在于，包括以下步驟: (I)制備測試實(shí)驗(yàn)靶樣品:采用噴鍍或磁控濺射的方式在窗口玻璃表面形成金屬膜層，膜層的厚度為微米量級(jí)，再把待測樣品材料與噴鍍金屬膜材料的窗口玻璃緊密貼合； 將測試實(shí)驗(yàn)靶樣品安放至動(dòng)高壓加載裝置系統(tǒng)的加載實(shí)驗(yàn)區(qū)； (3)建立測試光路和測試部件:要求探測光束垂直作用于金屬膜材料，垂直反射光束也垂直作用于光電探測器探測表面； (4)調(diào)節(jié)探測光束激光器輸出功率，同時(shí)在分束鏡和光纖接頭之間添加衰減鏡(14)，使得探測光束激光器輸出功率在某一輸出功率值時(shí)，添加了衰減鏡(14)后光電探測器輸出電壓值的降幅與衰減鏡衰減幅值相等；即建立光電探測器輸出電壓值與輸出功率值具有線性變化關(guān)系;在正式測試實(shí)驗(yàn)時(shí)保留衰減鏡(14)，記錄此時(shí)的光電探測器輸出電壓值U0; (5)開始動(dòng)高壓加載實(shí)驗(yàn)，利用動(dòng)高壓加載零時(shí)刻輸出的電信號(hào)，通過同步觸發(fā)器觸發(fā)光電探測器和數(shù)據(jù)采集記錄存貯器，測量并采集記錄動(dòng)高壓加載下，測量金屬膜材料反射光束的電壓變化數(shù)據(jù)U(t); (6)利用已知的該探測波長條件下金屬膜材料反射率R0、U0，利用公式R0XU(t)/U0，計(jì)算獲得R(t); (7)對(duì)照已知的金屬膜材料反射率與溫度定標(biāo)的唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲取動(dòng)高壓加載過程中金屬膜材料的溫度T(t)。
【文檔編號(hào)】G01K11/00GK105865651SQ201610442343
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月20日
【發(fā)明人】張永強(qiáng), 譚福利, 趙劍衡, 賀佳, 張黎, 唐小松, 陶彥輝, 匡學(xué)武, 李建明
【申請(qǐng)人】中國工程物理研究院流體物理研究所