一种测量电磁悬浮条件下金属熔滴振荡频率的方法技术

本发明专利技术涉及一种测量电磁悬浮条件下金属熔滴振荡频率的方法，属于振荡频率测量技术领域。当观察到电磁悬浮熔滴处于振荡状态时，利用高速摄像仪捕捉悬浮熔滴完成一个振荡周期的系列图片，悬浮熔滴的振荡频率具体计算过程为：选取一个振荡周期内的一组照片，根据公式：，即可求出悬浮熔滴的振荡频率，该式中f为熔滴的振荡频率，单位为Hz；为高速摄像仪设置的延迟时间，ms；n为所选的一个振荡周期内的照片数量。本发明专利技术设计的金属熔滴振荡频率的测量方法，有利于提高金属熔滴在悬浮过程中的稳定性及提高部分热力学性质测量结果的精度与可靠性，为高性能材料的制备提供参考。考。

【技术实现步骤摘要】
一种测量电磁悬浮条件下金属熔滴振荡频率的方法


[0001]本专利技术涉及一种测量电磁悬浮条件下金属熔滴振荡频率的方法，属于振荡频率测量


技术介绍

[0002]电磁悬浮条件下液态金属振荡频率会直接影响熔滴的悬浮稳定性，并且振荡频率的大小与金属合金的粘度和表面张力等热力学性质有关，测量液态金属熔滴的振荡频率有利于探索熔滴的稳定悬浮条件和提高部分热力学性质测量结果的精度与可靠性。
[0003]目前常用的振荡频率测量方法有直接法和间接法。直接法是直接通过振动频率仪等专业测量仪器进行测量；间接法是通过录波比较、闪光测频等方法将同类的已知量频率与被测的未知量频率进行比较，从而确定被测频率的大小。但是由于悬浮过程中金属熔滴处于石英管内，且高温金属熔滴无法与检测仪器直接接触，所以间接法更适用测量金属熔滴的振荡频率。根据文献调查可知，关于电磁悬浮条件下金属熔滴振荡频率测量的专利没有报道，现有的关于电磁悬浮条件下金属熔滴的专利有：“空间快速凝固地面模拟方法与实验装置，专利号：CN1158916A”、“一种对电磁悬浮液态金属的形态进行调控的方法，专利号：CN108183632B”、“一种具有加速度检测功能的电磁悬浮球系统及其控制方法，专利号：CN110320385A”、“金属液滴快速凝固方法，专利号：CN111230130A）”等。
[0004]金属熔滴在电磁悬浮精炼过程中存在振荡的现象，由于该现象对金属熔滴的悬浮稳定性和部分热力学性质测量结果有较大影响，所以很有必要设计一种可以检测悬浮熔滴振荡频率的方法，有利于探索熔滴的稳定悬浮条件和提高部分热力学性质测量结果的精度与可靠性。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种测量电磁悬浮条件下金属熔滴振荡频率的方法。本专利技术使用的高速摄像仪可以同时具有采集悬浮熔滴上下方向和左右方向振动频率的功能，可实现对两个方向上悬浮熔滴振动频率的测量。本专利技术通过以下技术方案实现。
[0006]一种测量电磁悬浮条件下金属熔滴振荡频率的方法，其具体步骤包括：步骤1、将金属试样置于电磁悬浮装置中间位置，检查并确认电磁悬浮装置的气密性，通入保护性气体5min；步骤2、步骤1中的金属试样在电磁悬浮装的的高频电磁场的作用下悬浮，当温度大于金属试样熔点，且能观察到金属试样从不规则形状转变为椭球形，得到悬浮熔滴；步骤3、当观察到悬浮熔滴处于振荡状态时，高速摄像仪捕捉悬浮熔滴完成一个振荡周期的系列图片，悬浮熔滴的振荡频率具体计算过程为：选取一个振荡周期内的一组照片，根据公式：，即可求出悬浮熔滴的振荡频率，该式中f为熔滴的振荡频率，单
位为Hz；为高速摄像仪设置的延迟时间，ms；n为所选的一个振荡周期内的照片数量。
[0007]所述步骤1中金属试样为导体或半导体，其熔点温度为500
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3000K，制得的颗粒状样品的质量为0.5
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3g。
[0008]所述步骤1中保护性气体为氩气、氦气中一种或者两者任意体积混合的保护性气体，气体流量为0.1L/min
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5.0L/min。
[0009]所述步骤2中高频电磁场电流为200
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600A、电源频率200kHz
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400kHz、功率1
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15kW。
[0010]所述步骤3中高速摄像仪延迟设置为10
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25ms，曝光度为50
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400，镜头光圈为1.6F。
[0011]本专利技术的有益效果是：1、本专利技术设计的金属熔滴振荡频率的测量方法，有利于提高金属熔滴在悬浮过程中的稳定性及提高部分热力学性质测量结果的精度与可靠性，为得到良好性能材料奠定基础。
[0012]2、本方法使用的高速摄像仪可以同时具有采集悬浮熔滴上下方向和左右方向振动频率的功能，可实现对两个方向上悬浮熔滴振动频率的测量。
附图说明
[0013]图1是本专利技术测量电磁悬浮条件下金属熔滴振荡频率的装置结构示意图；图中：1
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气体预处理装置、2
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双色红外测温仪、3
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气体入口、4
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悬浮线圈、5
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悬浮熔滴、6
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气体出口、7
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石英管、8
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计算机系统、9
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高速摄像仪、10
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电源控制系统。
[0014]图2是本专利技术实施例1、实施例2和实施例3中各悬浮熔滴一个周期内左右振荡的高速摄像图片；其中（a）为实施例1，（b）为实施例2，（c）为实施例3，图中添加了辅助虚线使熔滴的振荡行为更明显。
[0015]图3是本专利技术实施例1、实施例2和实施例3中各悬浮熔滴一个周期内上下振荡的高速摄像图片；其中（a）为实施例1，（b）为实施例2，（c）为实施例3，图中添加了辅助虚线使熔滴的振荡行为更明显。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。
[0017]实施例1如图1所示，该测量电磁悬浮条件下金属熔滴振荡频率的装置，包括气体预处理装置1、双色红外测温仪2、气体入口3、悬浮线圈4、悬浮熔滴5、气体出口6、石英管7、计算机系统8、高速摄像仪9和电源控制系统10，石英管7上、下方分别设有气体入口3和气体出口6，气体出口6中通入由气体预处理装置1处理过的保护性气体，双色红外测温仪2对悬浮熔滴5的温度进行测量，高速摄像仪9对悬浮熔滴5进行摄像。
[0018]其中石英管7为透明材质，双色红外测温仪2和高速摄像仪9通过悬浮线圈4的缝隙对悬浮熔滴5进行测量，并将数据传输到计算机系统9；气体预处理装置1用于对保护性气体的脱氧、除湿和混匀。
[0019]该测量电磁悬浮条件下金属熔滴振荡频率的方法，其具体步骤包括：步骤1、将金属试样（钛合金颗粒，1.23g）置于石英管7中悬浮线圈4中间位置，检查
并确认石英管7的气密性，由气体入口3通入保护性气体（气体氛围为30v%氩气和70v%He，气体流量为1.5L/min）共5min；步骤2、在悬浮线圈4中通入冷却水，接通电源控制系统10（电流为374A、电源频率297kHz、功率5.6kW），金属合金试样在高频电磁场的作用下悬浮在石英管7中，当双色红外测温仪2测得的温度数据大于合金熔点，且能观察到金属合金试样从不规则形状转变为椭球形，得到钛合金的悬浮熔滴5；步骤3、当观察到悬浮熔滴5处于振荡状态时，打开高速摄像仪9（延迟设置为15ms，曝光度为150）捕捉悬浮熔滴5振荡的系列图片，然后将数据传输到计算机系统9，悬浮熔滴的振荡频率具体计算过程为：选取一个振荡周期内的一组照片（选取振荡过程中相邻两次悬浮熔滴5处于最右点的照片，加上中间的照片即为一个左右振荡周期的照片；选取振荡过程中相邻两次悬浮熔滴5处于最高点的照片，加上中间的照片即为一个上下振荡周期的照片），根据公式：，即可求出悬浮熔滴的振荡频率，该式中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量电磁悬浮条件下金属熔滴振荡频率的方法，其特征在于具体步骤包括：步骤1、将金属试样置于电磁悬浮装置中间位置，检查并确认电磁悬浮装置的气密性，通入保护性气体5min；步骤2、步骤1中的金属试样在电磁悬浮装的的高频电磁场的作用下悬浮，当温度大于金属试样熔点，且能观察到金属试样从不规则形状转变为椭球形，得到悬浮熔滴；步骤3、当观察到悬浮熔滴处于振荡状态时，高速摄像仪捕捉悬浮熔滴完成一个振荡周期的系列图片，悬浮熔滴的振荡频率具体计算过程为：选取一个振荡周期内的一组照片，根据公式：，即可求出悬浮熔滴的振荡频率，该式中f为熔滴的振荡频率，单位为Hz；为高速摄像仪设置的延迟时间，ms；n为所选的一个振荡周期内的照片数量。2.根据权利要求1所述的测量电磁悬浮条件下金属熔滴振荡频率的方法，其特征在于：所述步骤1中金属试样为导体或半导体，其熔点温度为500
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3000K...

【专利技术属性】
技术研发人员：张桂芳，刘宇，漆鑫，王晓亮，姜琦，杨睿潇，易兵，刘玳炜，赵卫东，潘哲儒，张培培，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：