Vol.22 No.5 崔晓鸣等：高能脉冲激光作用下材料表面温度场 ·471· 16 激光脉冲照射到材料表面时会产生很大的 实验曲线 光压，当脉冲结束时，此压力会有剧烈的变化 1 理论计算结果 如果材料表面与温度传感器的接触不紧密，光 压的变化会导致传感器和实验件的机械震动， 这种震动可能对传感器的温度信号产生影响. 4 为了防止这种影响，采用真空电子溅射工艺将 0 铂薄膜镀在材料表面上，使铂薄膜与材料表面 -2 紧密接触， 0 20 40 60 80 1.22种导热模型 tlμm 根据实验条件，分别用傅立叶、双曲型2种 图3数值计算及相应的试验结果 导热模型，并考虑激光器漏光的影响，可写出2 Fig.3 Numerical simulation and corresponding experi- 个数学模型：傅立叶导热模型，如方程组(1)：双 mental results 曲导热模型，如方程组(2) 12 职第 0<x<L,p0 10 [0t≤0 8 9w10≤1K4a1 6 9aia≤tKa (1) 102 2 Tx,tlo=T0≤x≤L 0 01020304050 设=00s1 ∂T0Ta2T 时间s r+f=a吃 0<r<L,0 图4红外辐射情况下傅立叶温度分布 0t≤0 Fig.4 Fourier temperature profiles under infrared ray ir- qw10≤t41 radiated 9w2ih1≤tKt 明，这套实验系统可以得到正确的实验结果. 0t≥ (2) 11实验系统干扰及相应的措施 Tx,tlo=T,0≤x≤L (1)电磁干扰对温度信号影响及相应的消除 措施. 7-0 0≤x≤L 1)使用金属外壳消除外界电磁干扰.根据 静电屏蔽原理将实验件和信号转换装置放入金 腰0 0≤t 其中，a,一不同材料的导温系数，t一材料的热 属壳内，并接地，达到屏蔽外界电磁波的效果. 松弛时间（根据文献[7]得到），L一材料厚度，9w一 2)使用屏蔽线.在信号处理器的内部线路 激光的热流密度，T。一材料的初始热力学温度， 连接中采用屏蔽线连接，将这种干扰减到最小， 一激光的加热时间. 薄膜电阻的温度信号经过信号处理器处理后， 如果不考虑到激光器的漏光，只需将边界 送到示波器记录.为了免受外界电磁波的干扰， 条件中9的取值改为0即可. 采取了：将经过信号处理器的信号通过高频屏 在进行数值计算过程中，将以上方程组用 蔽线输入示波器：在信号线的两端采用有屏蔽 隐式差分格式离散化，并采用高斯-赛德尔迭代 作用的接头.这样可以最大程度地减少各种电 法进行求解. 磁杂波对处理器中输出信号的干扰， 3)使用稳定的电源.采用碱性电池和稳压 2实验结果和数值计算结果的分析 管电路获得稳定性较好电源，使电路获得了稳 定的电压，消除了由于电源不稳定带来的干扰. 研究陶瓷材料在遭受高能激光脉冲作用时 (2)机械震动的影响及采取的相应措施. 表面温度的变化规律，以期得到材料表面温度V bl . 2 2 N 0 . 5 崔 晓鸣 等 : 高能脉 冲激 光作 用下材 料 表面 温度 场 一 7 4 1 . l 6 l 4 l 2 l 0 ~ 实验 曲线 — 理论计算结果 半 8 ` , 6 0 一 2 图 3 F电 . 3 N u m e ir ca l m e n at ! r e , u 】st 2 0 4 0 60 80 t/ 林m 数值计算及相应 的试验 结果 s恤 u 肠 iot n a n d e o r n 洲 op n din g e l ep i-r 激光脉冲照射 到材 料表面 时会产 生很大 的 光压 , 当脉冲 结束 时 , 此压力会有剧烈 的变化 15] . 如果材料 表面与温 度传 感器 的接触 不紧 密 , 光 压 的变化会 导致传感 器和 实验件 的机 械震动 , 这种 震动可 能对传感 器 的温 度信 号产 生影 响 . 为 了 防 止这种 影响 , 采 用 真 空 电子溅射 工艺将 铂 薄 膜镀在材料 表面上 , 使铂 薄膜与材 料表 面 紧 密接触 . 1 · 2 2 种导热模型 根据 实验条件 , 分 别用傅立 叶 、 双 曲型 2 种 导热模型 , 并考虑激 光器漏 光 的影 响 , 可写 出 2 个 数学模 型 : 傅立叶导热 模型 , 如 方程组 ( 1) ; 双 曲导热 模 型 , 如方程 组 ( 2) . l 2 l 0 磷 一 祭 0 ~ , 户。 { 0 “ 0 一 漂 }, 一 } qwl ” ` “ ` ilt< }如 “ · ` sut< t o t七 ht 玲 , t) ! ` = 0T 0 勺` L a T . 云卜 一 : 一 0 0 “ ( l ) R à 64 经 `, ù爪袭 0 10 2 0 30 4 0 50 时 间 s/ _ a Z T . a T _ 刁 Z T 气开泞飞下` “ 百丁 0 < 沈< L , 了> O 图 4 红外辐射情况下傅立叶温度分布 F i g . 4 F o u ier r t e m ep r a ut 代 P m川es u n d e r in fr a er d ar y i-r r a d i a t ed 明 , 这套实验 系统可 以得到 正确 的实验结 果 . 1 . 1 实验 系统干扰及相 应的措施 ( l) 电磁干扰对温 度信号影响及相应的消除 措施 . l) 使用金属 外壳 消除外 界 电磁 干扰 . 根据 静 电屏 蔽原理将实验件和 信号转换装置 放入金 属 壳 内 , 并接地 , 达 到 屏 蔽外 界 电磁波 的 效果 . 2 )使用 屏 蔽线 . 在信号 处 理器 的 内部 线路 连接 中采用 屏 蔽线连接 , 将这种干扰减到 最小 . 薄膜 电阻 的温 度信 号经 过信号 处理器处 理后 , 送 到示波器记录 . 为 了免受外界 电磁波 的干扰 , 采 取 了 : 将 经过信 号处理器 的信号通过 高频屏 蔽线输入 示波 器 ; 在 信号线 的两端采用 有屏蔽 作 用 的接 头 . 这样可 以最 大程度地减 少各种 电 磁 杂波对 处理器 中输 出信号 的干扰 . 3) 使 用 稳 定 的 电源 . 采用 碱性 电 池和 稳压 管 电路获 得稳定性 较好 电源 , 使 电路获得 了稳 定的 电压 , 消除 了 由于 电源不 稳定带来的干扰 . (2 )机械震 动 的影响及采取 的相应措施 . 一嚼一碟 }一 { 0 t 5 0 q , , 0 ` 杯几l q 蛇 lt 三 卜姚2 o t 之 人 ( 2 ) 爪 , t)I ` = oT o ` x ` L 祭}问 一 ” 0 ` x 、 妥味一 ” 0 到 其 中 , a 沫一不 同 材料 的 导 温 系数 , 卜材 料 的热 松弛时间 (根据文献 [ 7 ]得到 ) , L一材料厚度 , q一 激光 的热流密度 , 兀一材 料 的初始热 力学温度 , 汽一激 光 的加热 时 间 . 如 果 不 考虑 到激光器 的漏光 , 只 需将边 界 条件 中 qw , 的取值 改为 O 即可 . 在进 行数值 计算过程 中 , 将 以上 方程组用 隐式差 分格式离散化 , 并采用 高斯一赛德 尔迭代 法进 行求解 . 2 实验结果和数值计算结果 的分析 研 究陶瓷材料在遭 受高能激光脉冲作用 时 表 面温度 的变化规 律 , 以 期得到材料表 面温度