本發(fā)明涉及光學測量，特別是一種光熱液體導熱系數(shù)的測量系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、測量液體導熱系數(shù)的方法根據(jù)待測液體溫度與時間的變化關系可主要分為穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法兩大類。

2、穩(wěn)態(tài)法，是指在待測液體的溫度分布達到穩(wěn)定后才進行測量的方法。其原理基于一維穩(wěn)態(tài)傳熱下的傅立葉定律，通過直接測量熱通量及溫度梯度計算出導熱系數(shù)。主要包括平板法、圓筒法、圓球法三類。此類方法因其溫度場穩(wěn)定耗時，常需數(shù)小時甚至更久，且體系易產(chǎn)生自然對流。為確保一維熱傳導，需復雜裝置控制邊界條件，設備加工要求高。同時，檢測自然對流影響需對比不同實驗條件，操作繁瑣。

3、穩(wěn)態(tài)法測量液體導熱系數(shù)的理論模型基于非穩(wěn)態(tài)導熱微分方程，通過待測液體中的溫度分布隨時間變化曲線確定液體導熱系數(shù)。主要包括瞬態(tài)法、點熱源法、激光閃射法等其他方法。此類方法設計復雜，成本高，且對液體需求量大，對實驗環(huán)境和操作要求高。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有技術中存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明所要解決的問題在于現(xiàn)有測量液體導熱系數(shù)的方法復雜，成本高，對實驗環(huán)境和操作要求高。

3、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供如下技術方案：一種光熱液體導熱系數(shù)的測量方法，其包括，包括，通過激光照射相位光闌，以使所述相位光闌的像成像在被測樣品上；獲取所述相位光闌的像的中心位置光強變化；建立所述相位光闌的像的中心位置的光強變化與所述被測樣品導熱系數(shù)的印證關系。

4、作為本發(fā)明所述光熱液體導熱系數(shù)的測量方法的一種優(yōu)選方案，其中：照射所述相位光闌的激光為進行準直擴束后的激光。

5、作為本發(fā)明所述光熱液體導熱系數(shù)的測量方法的一種優(yōu)選方案，其中：激光在照射所述相位光闌之前依次通過兩個凸透鏡和一個孔徑光闌，兩個所述凸透鏡用于對激光進行準直擴束，所述孔徑光闌用于調整入射光斑的大小。

6、作為本發(fā)明所述光熱液體導熱系數(shù)的測量方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述被測樣品放置于4f光學系統(tǒng)中兩個凸透鏡的共焦處，所述相位光闌放置于所述4f光學系統(tǒng)的前焦面處。

7、作為本發(fā)明所述光熱液體導熱系數(shù)的測量方法的一種優(yōu)選方案，其中：在所述4f光學系統(tǒng)的后焦面處放置光敏傳感器，用于檢測所述相位光闌的像的中心位置光強變化。

8、作為本發(fā)明所述光熱液體導熱系數(shù)的測量方法的一種優(yōu)選方案，其中：在所述4f光學系統(tǒng)的后焦面與所述光敏傳感器之間依次放置衰減片和孔徑光闌。

9、作為本發(fā)明所述光熱液體導熱系數(shù)的測量方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述相位光闌由內向外依次包括中心透光區(qū)域、外環(huán)透光區(qū)域以及外圍擋光區(qū)域，激光在穿過所述中心透光區(qū)域會產(chǎn)生相位差。

10、作為本發(fā)明所述光熱液體導熱系數(shù)的測量方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述相位光闌的中心透光區(qū)域通過鍍膜的方式產(chǎn)生相位差。

11、本發(fā)明的另一個目的是提供一種光熱液體導熱系數(shù)的測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于上述的光熱液體導熱系數(shù)的測量方法，系統(tǒng)包括，光源擴束準直單元，其包括沿著光路依次設置的第一凸透鏡、第二凸透鏡以及第一孔徑光闌；成像單元，包括依次設置于所述第一孔徑光闌后續(xù)光路上的相位光闌、第三凸透鏡、樣品皿以及第四凸透鏡；信號接收單元，包括依次設置于所述第四凸透鏡后續(xù)光路上的衰減片、第二孔徑光闌以及光電二極管。

12、作為本發(fā)明所述光熱液體導熱系數(shù)的測量系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述第三凸透鏡和所述第四凸透鏡共同組成4f成像系統(tǒng)，所述樣品皿位于所述4f成像系統(tǒng)的共焦面處。

13、本發(fā)明有益效果為：相對于現(xiàn)有的穩(wěn)態(tài)導熱系數(shù)測量方式，本專利具有無需考慮液體對流，測量時間短需要液體量少等優(yōu)點，相對于現(xiàn)有瞬態(tài)導熱系數(shù)測量方式，本專利具有裝置簡單，相比瞬態(tài)熱線方法，本發(fā)明利用聚焦激光光束替代熱線，液體對光吸收替代熱線加熱，利用液體受熱后相位監(jiān)測替代溫度測量，提高了溫度檢測精度，極大簡化測量裝置，大大減少了被測液體用量。

技術特征：

1.一種光熱液體導熱系數(shù)的測量方法，其特征在于：包括，

2.如權利要求1所述的光熱液體導熱系數(shù)的測量方法，其特征在于：照射所述相位光闌的激光為進行準直擴束后的激光。

3.如權利要求2所述的光熱液體導熱系數(shù)的測量方法，其特征在于：激光在照射所述相位光闌之前依次通過兩個凸透鏡和一個孔徑光闌，兩個所述凸透鏡用于對激光進行準直擴束，所述孔徑光闌用于調整入射光斑的大小。

4.如權利要求3所述的光熱液體導熱系數(shù)的測量方法，其特征在于：所述被測樣品放置于4f光學系統(tǒng)中兩個凸透鏡的共焦處，所述相位光闌放置于所述4f光學系統(tǒng)的前焦面處。

5.如權利要求4所述的光熱液體導熱系數(shù)的測量方法，其特征在于：在所述4f光學系統(tǒng)的后焦面處放置光敏傳感器，用于檢測所述相位光闌的像的中心位置光強變化。

6.如權利要求5所述的光熱液體導熱系數(shù)的測量方法，其特征在于：在所述4f光學系統(tǒng)的后焦面與所述光敏傳感器之間依次放置衰減片和孔徑光闌。

7.如權利要求6所述的光熱液體導熱系數(shù)的測量方法，其特征在于：所述相位光闌由內向外依次包括中心透光區(qū)域、外環(huán)透光區(qū)域以及外圍擋光區(qū)域，激光在穿過所述中心透光區(qū)域會產(chǎn)生相位差。

8.如權利要求7所述的光熱液體導熱系數(shù)的測量方法，其特征在于：所述相位光闌的中心透光區(qū)域通過鍍膜的方式產(chǎn)生相位差。

9.一種光熱液體導熱系數(shù)的測量系統(tǒng)，其特征在于：適用于如權利要求1~8任一所述的測量方法，所述系統(tǒng)包括，

10.如權利要求9所述的光熱液體導熱系數(shù)的測量系統(tǒng)，其特征在于：所述第三凸透鏡（202）和所述第四凸透鏡（204）共同組成4f成像系統(tǒng)，所述樣品皿（203）位于所述4f成像系統(tǒng)的共焦面處。

技術總結
本發(fā)明公開了一種光熱液體導熱系數(shù)的測量方法及系統(tǒng)，涉及光學測量領域，光熱液體導熱系數(shù)的測量方法包括通過激光照射相位光闌，以使所述相位光闌的像成像在被測樣品上；獲取所述相位光闌的像的中心位置光強變化；建立所述相位光闌的像的中心位置的光強變化與所述被測樣品導熱系數(shù)的印證關系。本發(fā)明相對于現(xiàn)有的穩(wěn)態(tài)導熱系數(shù)測量方式，本發(fā)明具有無需考慮液體對流，測量時間短需要液體量少等優(yōu)點，相對于現(xiàn)有瞬態(tài)導熱系數(shù)測量方式，本發(fā)明具有裝置簡單，相比瞬態(tài)熱線方法，本發(fā)明利用聚焦激光光束替代熱線，液體對光吸收替代熱線加熱，利用液體受熱后相位監(jiān)測替代溫度測量，提高了溫度檢測精度，極大簡化測量裝置，大大減少了被測液體用量。

技術研發(fā)人員：楊勇,沈展旭,陳玥好,劉北一
受保護的技術使用者：蘇州大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23