亚声速切向气流下材料激光反射率动态测量装置，包括收集测量系统和试验段，所述试验段包括测试材料放置区，还包括吹气系统和半椭球反射计，所述测试材料放置区和收集测量系统的测量口分别位于所述半椭球反射计的第一焦点和第二焦点处；所述试验段还包括与吹气系统连接的气道，气道包括气道出气口和气道进气口，所述气道的出气方向平行于放置在测试材料放置区的测试材料外表面。本发明专利技术还提供一种基于上述装置的亚声速切向气流下材料激光反射率动态测量方法。采用本发明专利技术所述的亚声速切向气流下材料激光反射率动态测量装置及方法，可获取切向气流条件下激光与金属材料相互作用过程中材料反射率的动态变化趋势曲线。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学领域的测量装置及测量方法，涉及一种。
技术介绍
激光与材料的相互作用都首先是从材料对入射激光能量反射和吸收开始的，材料对激光的初始反射特性与激光工作体制(连续、脉冲、重频等)、激光波长，以及材料种类、表面状况、辐照环境等因素有关。在激光加工、表面清洗等作用过程中，通过各种耦合机制吸收激光能量的材料将产生热学、力学、化学等响应，材料的这些物理、化学等响应导致其表面性质发生变化，将反过来影响材料对激光能量的反射特性。可见，影响材料在激光辐照过程中反射率变化的因素很多，且时常是多种影响因素耦合在一起，故很难从理论的角度对其进行定量描述，目前，主要依靠实验的方法对材料激光辐照过程中反射率的变化情况进行测量。因此，发展或改进反射率实验测试装置就成为激光技术应用领域中较为重要的工作。由于激光在军事、民用领域有着广泛的用途和广阔的拓展前景，如激光焊接、激光清洗、激光切割等，因此，国、内外一直都很重视材料激光反射率测量装置及方法的建立及改进，以满足相关激光技术应用的需求，如量热计装置、辐射计装置及反射计装置等。其中，积分球反射计和半椭球反射计是激光辐照材料过程中反射率动态测量较为常用的装置，与密闭容器、旋转平台等器件相结合，可用于对不同组份气体静态环境、压力、入射角度等多种激光加工实际条件下，材料在激光辐照过程中反射率的动态测量。当待测材料表面存在亚声速气流时，对激光加热作用有冷却作用，随着激光加热时间增加，气流带来的热量损失随着温差增大而增大，这在定性上不难理解，但在如何定量测量气流作用对激光加热过程的影响，以及由于该影响导致的材料反射率参数的变化，仍然是测量材料在气流作用下反射率参数所需要解决的问题。目前，从国内外公开报道的文献来看，以建立或改进适用于静态环境下，材料激光反射率测量装置或测试技术为主，尚未见到可进行材料表面存在切向气流时，激光辐照过程中材料反射率动态变化测量装置的相关报道，所谓切向气流，即气流方向平行于光滑材料表面方向。为得到切向气流条件 下的材料激光能量耦合系数，实现激光与材料相互过程中最优激光参数的准确预估，进而减少激光加工成本及提高能源利用效率，亟需一种切向气流条件下，激光辐照材料过程中对其表面反射率动态变化进行测量的装置。
技术实现思路
为获取切向气流条件下，激光与金属材料相互作用过程中的能量耦合系数，本专利技术提供了一种。本专利技术所述亚声速切向气流下材料激光反射率动态测量装置，包括收集测量系统和试验段，所述试验段包括测试材料放置区； 其特征在于:还包括吹气系统和半椭球反射计，所述测试材料放置区和收集测量系统的测量口分别位于所述半椭球反射计的第一焦点和第二焦点处； 所述试验段还包括与吹气系统连接的气道，气道包括气道出气口和气道进气口，所述气道的出气方向平行于放置在测试材料放置区的测试材料外表面。优选的，所述吹气系统包括顺次相连的截止阀、减压阀、球阀、节流阀、安全阀；所述安全阀的出口与试验段气道进气口连接，所述截止阀的入口与外置气源连接。优选的，所述吹气系统至少具备如下特征之一: A.所述截止阀与减压阀连接处还有第一压力表； B.所述减压阀和球阀连接处还有第二压力表。优选的，所述气道出气口处有气流整形区，所述气流整形区内径均一，且小于气道其他区域内径，所述气流整形区的气流通路紧贴所述测试材料放置区一侧。优选的，所述试验段的测试材料放置区为敞开式。优选的，所述试验段通过螺栓或卡槽方式固定连接在半椭球反射计的外壳上。优选的，所述收集测量装置为积分球和设置在积分球探测口的光电探测管。优选的，所述试验段出气口端面与半椭球反射计内壁平滑连接且内壁表面持平。亚声速切向气流下材料激光反射率动态测量方法，基于如上所述任一项所述的亚声速切向气流下材料激光反射率动态测量装置，包括如下步骤: 101.将待测测试材料放置在测试材料放置区上，打开吹气装置，在测试材料外表面形成稳定的切向气流，所述测试材料外表面无突起无凹陷； 102.将加热激光束和探测激光束对准第一焦点入射在测试材料表面； 103.利用收集测量装置收集第二焦点处汇聚的激光并测量。优选的，所述步骤101中形成的切向气流为亚声速。优选的，所述步骤102中加热激光束11和探测激光束12的入射角度不同。采用本专利技术所述的，可获取切向气流条件下激光与金属材料相互作用过程中材料反射率的动态变化趋势曲线，该装置可方便、快捷地更换气源和试验段类型，实现在不同气流组份和不同气流速度下，材料与激光相互作用过程中反射率变化的动态测量，获得材料激光能量耦合系数，可为激光切割、激光清洗等激光加工过程中优化激 光参数提供依据，达到提高激光能量利用效率、降低加工成本等经济利益。附图说明图1示出本专利技术一种具体实施方式的主示图； 图2示出本专利技术一种具体实施方式的侧视图； 图3示出本专利技术所述吹气系统的具体实施方式各部件连接关系图； 图4示出本专利技术的一种工作方式示意图； 各图中附图标记名称为:1.试验段2.半椭球反射计3.气道进气口 4.气道出气口5.气流整形区6.测试材料放置区7.第一焦点8.激光入射口 9.第二焦点11.加热激光束12.探测激光束21.截止阀22.减压阀23.球阀24.节流阀25.安全阀27.第一压力表28.第二压力表29.气源。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。当材料表面存在较高速切向气流时，可影响材料对激光能量的吸收效率，改变激光加热效应。本专利技术应用于材料测量领域，用于测量金属或其它材料对激光的反射率，特别是在待测材料表面存在切向气流条件下的反射率。如图1至2所示，本专利技术所述亚声速切向气流下材料激光反射率动态测量装置，包括收集测量系统和试验段I，所述试验段包括测试材料放置区6，还包括吹气系统和半椭球反射计2，所述测试材料放置区6和收集测量系统的测量口分别位于所述半椭球反射计的第一焦点7和第二焦点8处；所述试验段还包括与吹气系统连接的气道，气道包括气道出气口 4和气道进气口 3，所述气道的出气方向平行于放置在测试材料放置区6的测试材料外表面。半椭球反射计是本领域内常用的一种反射率测量装置，半椭球反射计的内壁表面处于镜面状态，根据椭圆体构造和椭圆的光学性质，利用半椭球反射计存在的两个焦点，在半椭球的一个焦点放置光源，可以在另一个焦点收集经过反射后的反射光。将表面光滑，无凸台凹陷的测试材料放置在所述试验段的测试材料放置区，试验段的气道出口的出气方向平行于放置在测试材料外表面，试验段气道入口与吹气系统连接，开始测量之前，先打开吹气系统，吹气系统的气流经过试验段气道的整流之后，从气道出口喷出平行于测试材料外表面方向的均匀气流。待形成稳定均匀的切向气流后，将探测激光对准位于半椭球反射计的第一焦点处的测试材料入射，测试材料外表面即为测试材料的激光辐照面，测试材料表面的反射光经半椭球反射计内壁反射后，汇聚到第二焦点8，被位于第二焦点8的收集测量系统的测量口收集，并完成对收集 的反射率相关信息的测量。吹气系统用于产生均匀气流从试验段吹入，并可调整气流种类和气流流量，具体的，本专利技术所述吹气系统包括顺次相连的截止阀21、减压阀22、球阀23、节流阀24、安全阀25 ;所述安全阀25的出口与试验段I气道进气口 3连接本文档来自技高网...
【技术保护点】
亚声速切向气流下材料激光反射率动态测量装置，包括收集测量系统和试验段（1），所述试验段（1）包括测试材料放置区（6）；其特征在于：还包括吹气系统和半椭球反射计（2），所述测试材料放置区和收集测量系统的测量口分别位于所述半椭球反射计的第一焦点（8）和第二焦点（9）处；所述试验段还包括与吹气系统连接的气道，气道包括气道出气口（4）和气道进气口（3），所述气道的出气方向平行于放置在测试材料放置区（6）的测试材料外表面。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张永强，谭福利，赵剑衡，张黎，陶彦辉，任泽斌，秦红岗，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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