基于热成像的材料热扩散率测量方法研究-计量学报.PDF

第３８卷　第１期 计　　　 量　　　学　　　报 　 Ｖｏｌ．３８，№ １ ２０１７年　１月 ＡＣＴＡ　ＭＥＴＲＯＬＯＧＩＣＡ　ＳＩＮＩＣＡ 　Ｊａｎｕａｒｙ，２０１７ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１１５８．２０１７．０１．０６ 基于热成像的材料热扩散率测量方法研究 厉　阳，　侯德鑫，　叶树亮 （中国计量学院工业与商贸计量技术研究所，浙江 杭州３１００１８） 摘要：将一种基于热成像的薄片材料热扩散率测量方法的理论模型由二维拓展到三维，以适用于更大厚度材 料的热扩散率测量。指出该方法适用的特征条件为：Ｚ向空间导数值与材料表面和周围环境的温度差值为线性关 系。仿真分析了传热距离与激励时间对特征条件的影响以及相关的信噪比问题，并在３０４不锈钢材料实测实验中 依照仿真分析设置传热距离和激励时间以满足特征条件，结果显示厚度为１ｍｍ和２ｍｍ的不锈钢材料测量偏差均 在３０％以内，厚度为５ｍｍ的不锈钢材料测量的偏差为４１％，从而扩大了该测量方法的适用范围。 关键词：计量学；热扩散率；红外热成像；曲线拟合；无损检测 中图分类号：ＴＢ９４　　　　文献标识码：Ａ　　　　文章编号：１０００１１５８（２０１７）０１００２８０６ ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄｏｆＴｈｅｒｍａｌＤｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙｏｆ ＭａｔｅｒｉａｌｓＢａｓｅｄｏｎＴｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ ＬＩＹａｎｇ，　ＨＯＵＤｅｘｉｎｇ，　ＹＥＳｈｕｌｉａｎｇ （ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＴｒａｄｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅ，ＣｈｉｎａＪｉｌｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ３１００１８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｔｈｉｎｓｐｅｃｉｍｅｎｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄ，ａｎｄｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｒｏｍｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｔｏｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌ，ｓｏｔｈａｔ ｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈｂｉｇｇｅｒｔｈｉｃｋｎｅｓｓｃａｎｂｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄＴｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｍｕｓｔｂｅｓａｔｉｓｆｉｅｄｗｈｅｎ ｔｈｉｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅｕｓｅｄ，ｉｓｔｈａｔｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｐａｔｉａｌｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎＺｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓａｌｉｎｅａｒｒｅｌａｔｉｏｎＴｈｅｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅａｎｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｓｉｇｎａｌｔｏ ｎｏｉｓｅｒａｔｉｏｂｙｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｒｅａｌｓｏｓｔｕｄｉｅｄＳｅｔｔｉｎｇｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅａｎｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｔｉｍｅａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｗｈｅｎｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙｏｆ３０４ｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｔ