本發(fā)明屬于不規(guī)則塊狀固體導(dǎo)熱系數(shù)測量，特別是涉及一種不規(guī)則塊狀固體導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置及其測量方法。

背景技術(shù)：

1、導(dǎo)熱系數(shù)是衡量物體熱物性的基本參數(shù)之一，異性塊狀材料常見于航空航天，石油開采，巖石挖掘，地?zé)衢_發(fā)，凍土工程等相關(guān)領(lǐng)域，準(zhǔn)確的導(dǎo)熱系數(shù)測量可以更好的分析巖石的演化歷史，凍土的循環(huán)特性以及模擬石油開采過程中巖土周圍溫度場的分布特征并以此進(jìn)行熱防護(hù)，因此，準(zhǔn)確高效地測量異性塊狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)具有重要的實踐和理論意義。

2、對于導(dǎo)熱系數(shù)的測量來說總體可以分為穩(wěn)態(tài)法與非穩(wěn)態(tài)法，穩(wěn)態(tài)法是待測樣品壓縮到標(biāo)準(zhǔn)化的材料板中，利用定溫度梯度下的平衡熱流計計算出導(dǎo)熱系數(shù)，由于需要將材料變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的形狀這類的測量是破壞性，并且對于多孔材料來說無法適用，對于非穩(wěn)態(tài)法來說導(dǎo)熱掃描和線源技術(shù)是常用的兩種方式，將熱源和熱傳感器以相同的速度移動并彼此間保持恒定的距離，通過測量熱傳感器的溫度信號隨距離的變化獲得導(dǎo)熱系數(shù)，這類方式通常測量時間較長，并且對于導(dǎo)熱系數(shù)較低的材料熱傳感器的溫度信號較弱會產(chǎn)生較大的誤差。

3、但是上述的導(dǎo)熱系數(shù)的測量方法或多或少的存在一下幾個問題：在選擇加熱點時存在隨機性，有時選取的測量點溫升信號不明顯導(dǎo)致測量的誤差較大；對于多孔材料無法準(zhǔn)確的獲得其導(dǎo)熱系數(shù)與孔隙分布之間的規(guī)律。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種不規(guī)則塊狀固體導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置及其測量方法,以解決現(xiàn)有測量裝置在選擇加熱點時存在隨機性，有時選取的測量點溫升信號不明顯導(dǎo)致測量的誤差較大并且對于多孔材料無法準(zhǔn)確的獲得其導(dǎo)熱系數(shù)與孔隙分布之間的規(guī)律的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種不規(guī)則塊狀固體導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置，包括ct探測器、三維掃描儀、計算系統(tǒng)、脈沖光源系統(tǒng)、溫度探測裝置、搖臂、轉(zhuǎn)臺、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌以及水平移動機構(gòu)，所述水平移動機構(gòu)設(shè)置在試驗臺上，所述轉(zhuǎn)臺安裝在水平移動機構(gòu)上，所述三維掃描儀安裝在水平移動機構(gòu)的側(cè)面，所述ct探測器位于水平移動機構(gòu)上的一端上方且安裝在試驗臺上，所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌安裝在水平移動機構(gòu)的另一端，所述溫度探測裝置安裝在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌上，所述搖臂安裝在試驗臺上且與水平移動機構(gòu)側(cè)面貼合設(shè)置，所述脈沖光源系統(tǒng)安裝在搖臂上，所述ct探測器、三維掃描儀、脈沖光源系統(tǒng)、溫度探測裝置、搖臂、轉(zhuǎn)臺、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌以及水平移動機構(gòu)皆通過控制線與計算系統(tǒng)連接，所述轉(zhuǎn)臺上放置有待檢測樣品。

4、更進(jìn)一步的，所述水平移動機構(gòu)包括移動導(dǎo)軌和移動滑塊，所述移動滑塊滑動安裝在移動導(dǎo)軌上，所述移動導(dǎo)軌安裝在試驗臺上，所述轉(zhuǎn)臺安裝在移動滑塊上。

5、更進(jìn)一步的，所述移動導(dǎo)軌和轉(zhuǎn)臺的控制模塊皆通過控制線與計算系統(tǒng)連接。

6、更進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌與搖臂的控制模塊皆通過控制線與計算系統(tǒng)連接。

7、更進(jìn)一步的，所述三維掃描儀掃描方向正對待檢測樣品。

8、一種不規(guī)則塊狀固體導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置的測量方法，它包括以下步驟：

9、步驟1：將待檢測樣品放置在轉(zhuǎn)臺上；

10、步驟2：通過移動滑塊將待檢測樣品移動至三維掃描儀探測區(qū)域，通過三維掃描儀進(jìn)行掃描；

11、步驟3：判斷計算系統(tǒng)是否獲得三維掃描信號；

12、步驟4：獲得三維掃描信號后，通過移動滑塊將移動滑塊移動至ct探測器探測區(qū)域，通過ct探測器進(jìn)行探測；

13、步驟5：判斷計算系統(tǒng)是否獲得ct探測器的信號；

14、步驟6：獲得ct探測器的信號獲得后，計算系統(tǒng)計算出脈沖光源系統(tǒng)的光源最佳入射位置與溫度探測裝置最佳探測位置；

15、步驟7：然后控制轉(zhuǎn)臺、搖臂以及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌分別移動至相應(yīng)位置；

16、步驟8：脈沖光源系統(tǒng)發(fā)出能量，溫度探測裝置進(jìn)行探測并將溫升信息傳遞給計算系統(tǒng)；

17、步驟9：計算系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析獲得導(dǎo)熱系數(shù)。

18、更進(jìn)一步的，步驟3中未獲得三維掃描信號需重新通過三維掃描儀進(jìn)行掃描。

19、更進(jìn)一步的，步驟5中未獲得ct探測器的信號需重新通過ct探測器進(jìn)行探測。

20、更進(jìn)一步的，步驟6中計算系統(tǒng)通過遺傳算法優(yōu)化計算出脈沖光源系統(tǒng)的光源最佳入射位置與溫度探測裝置最佳探測位置。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

22、1.本發(fā)明通過三維掃描儀的圖像采集以及計算系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)臺上方的待檢測樣品的旋轉(zhuǎn)可以獲得待檢測樣品的三維形貌。

23、2、本發(fā)明通過ct探測器能夠獲得待檢測樣品內(nèi)部的缺陷。

24、3、本發(fā)明通過ct探測器獲得節(jié)點與節(jié)點連線形式的不規(guī)則的帶有孔隙的三維結(jié)構(gòu)，以最佳入射點與最佳測量點為優(yōu)化變量，最佳熱響應(yīng)為目標(biāo)利用遺傳算法優(yōu)化出最佳的入射點與最佳的測量點。

25、3、本發(fā)明將三維掃描儀獲得的表面形貌與ct探測器獲得的內(nèi)部缺陷結(jié)合獲得待檢測樣品的立體三維結(jié)構(gòu)，并將數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)入計算系統(tǒng)，計算系統(tǒng)將導(dǎo)入的三維結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為節(jié)點與節(jié)點連線的數(shù)據(jù)格式，通過遺傳算法優(yōu)化計算出最佳的光源位置以及溫度測量位置解決了傳統(tǒng)熱源法由于選線的隨機性導(dǎo)致的溫升信號不明顯而帶來測量誤差較大的問題。

26、4、本發(fā)明通過遺傳算法優(yōu)化出該裝置最佳的光源入射點與溫度測量點，建立瞬態(tài)的熱擴散模型在定熱流密度邊界條件下測量熱源激勵點與溫度測量的溫度差，并以此反演得到該異性材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

技術(shù)特征：

1.一種不規(guī)則塊狀固體導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置，其特征在于：包括ct探測器(1)、三維掃描儀(2)、計算系統(tǒng)(3)、脈沖光源系統(tǒng)(4)、溫度探測裝置(5)、搖臂(6)、轉(zhuǎn)臺(7)、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌(8)以及水平移動機構(gòu)，所述水平移動機構(gòu)設(shè)置在試驗臺上，所述轉(zhuǎn)臺(7)安裝在水平移動機構(gòu)上，所述三維掃描儀(2)安裝在水平移動機構(gòu)的側(cè)面，所述ct探測器(1)位于水平移動機構(gòu)上的一端上方且安裝在試驗臺上，所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌(8)安裝在水平移動機構(gòu)的另一端，所述溫度探測裝置(5)安裝在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌(8)上，所述搖臂(6)安裝在試驗臺上且與水平移動機構(gòu)側(cè)面貼合設(shè)置，所述脈沖光源系統(tǒng)(4)安裝在搖臂(6)上，所述ct探測器(1)、三維掃描儀(2)、脈沖光源系統(tǒng)(4)、溫度探測裝置(5)、搖臂(6)、轉(zhuǎn)臺(7)、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌(8)以及水平移動機構(gòu)皆通過控制線與計算系統(tǒng)(3)連接，所述轉(zhuǎn)臺(7)上放置有待檢測樣品(10)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不規(guī)則塊狀固體導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置，其特征在于：所述水平移動機構(gòu)包括移動導(dǎo)軌(9)和移動滑塊(9-1)，所述移動滑塊(9-1)滑動安裝在移動導(dǎo)軌(9)上，所述移動導(dǎo)軌(9)安裝在試驗臺上，所述轉(zhuǎn)臺(7)安裝在移動滑塊(9-1)上。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種不規(guī)則塊狀固體導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置，其特征在于：所述移動導(dǎo)軌(9)和轉(zhuǎn)臺(7)的控制模塊皆通過控制線與計算系統(tǒng)(3)連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不規(guī)則塊狀固體導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置，其特征在于：所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌(8)與搖臂(6)的控制模塊皆通過控制線與計算系統(tǒng)(3)連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不規(guī)則塊狀固體導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置，其特征在于：所述三維掃描儀(2)掃描方向正對待檢測樣品(10)。

6.一種如權(quán)利要求1-5中任意一項所述的不規(guī)則塊狀固體導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置的測量方法，其特征在于：它包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種不規(guī)則塊狀固體導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置的測量方法，其特征在于：步驟3中未獲得三維掃描信號需重新通過三維掃描儀(2)進(jìn)行掃描。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種不規(guī)則塊狀固體導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置的測量方法，其特征在于：步驟5中未獲得ct探測器(1)的信號需重新通過ct探測器(1)進(jìn)行探測。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種不規(guī)則塊狀固體導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置，其特征在于：步驟6中計算系統(tǒng)(3)通過遺傳算法優(yōu)化計算出脈沖光源系統(tǒng)(4)的光源最佳入射位置與溫度探測裝置(5)最佳探測位置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種不規(guī)則塊狀固體導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置及其測量方法，屬于不規(guī)則塊狀固體導(dǎo)熱系數(shù)測量技術(shù)領(lǐng)域。解決了現(xiàn)有測量裝置在選擇加熱點時存在隨機性，有時選取的測量點溫升信號不明顯導(dǎo)致測量的誤差較大問題。它包括CT探測器、三維掃描儀、計算系統(tǒng)、脈沖光源系統(tǒng)、溫度探測裝置、搖臂、轉(zhuǎn)臺、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌以及設(shè)置在試驗臺上的水平移動機構(gòu)，轉(zhuǎn)臺安裝在水平移動機構(gòu)上，三維掃描儀安裝在水平移動機構(gòu)的側(cè)面，CT探測器位于水平移動機構(gòu)上的一端上方且安裝在試驗臺上，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌安裝在水平移動機構(gòu)的另一端，溫度探測裝置安裝在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌上，脈沖光源系統(tǒng)安裝在搖臂上，轉(zhuǎn)臺上放置有待檢測樣品。它主要用于多孔材料的非破壞性測量。

技術(shù)研發(fā)人員：郭延銘,龔怡全,帥永,艾青,王兆龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2