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原文传递一种粉末对激光吸收率的测量装置和测量方法

专利名称：	一种粉末对激光吸收率的测量装置和测量方法
摘要：	本发明公开了一种粉末对激光吸收率的测量装置和测量方法，该测量装置包括激光器、光路系统、惰性气体保护箱、粉末容器、加热系统、测温系统和计算机。该测量方法为将具有厚度的粉末铺于粉末容器中，再将粉末容器置于充有惰性气体的保护箱内。通过加热系统预热粉末，使其维持于一定温度。激光系统输出的某个波长激光束经光路系统放大准直，辐照于粉末表面。利用测温系统采集不同时刻粉末温度数据，由计算机分析得到粉末吸收的激光能量，将其与激光辐照能量求比值获得粉末对该波长激光的吸收率。与其他测量方法比较，本发明不仅可以获得不同温度下粉末对入射激光的吸收率，同时避免了测量中粉末氧化对吸收率产生影响，搭建简便，易于实现。
专利类型：	发明专利
申请人：	南京理工大学
发明人：	宋鹏飞;秦渊
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T21:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN202010107934.0
公开号：	CN111198161A
代理机构：	南京理工大学专利中心
代理人：	赵毅
分类号：	G01N21/01;G01N21/552;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/01;G01N21/552
申请人地址：	210094 江苏省南京市孝陵卫200号
主权项：	1.一种粉末对激光吸收率的测量装置，其特征在于，所述的测量装置包括激光器、光路系统、惰性气体保护箱依并依次相连，惰性气体保护箱内设有粉末容器及加热系统，粉末容器内装有粉末，惰性气体保护箱外分别连接有测温系统和计算机；加热系统包括感应线圈、感应电源和温度控制器，加热系统中的感应线圈固定于惰性气体保护箱中，与感应电源相连，感应电源与温度控制器相连；测温系统包括热电偶和动态数据采集器，热电偶一端穿过粉末容器通孔，固定于粉末容器底部，另一端通过惰性气体保护箱与动态数据采集器相连。 2.根据权利要求1所述的粉末对激光吸收率的测量装置，其特征在于，所述的光路系统包括透镜、半透半反镜、全反射镜和光功率计，透镜设有透镜一，透镜二，透镜三，且透镜一，透镜二，透镜三与半透半反镜、全反射镜依次相连，半透半反镜与光功率计相连。 3.根据权利要求1所述的粉末对激光吸收率的测量装置，其特征在于，所述的惰性气体保护箱内充有惰性气体，Ar2、N2或He；所述的惰性气体保护箱内顶部为石英玻璃，侧面装有香蕉插座和进出气阀，测温系统、加热系统均连接在香蕉插座上。 4.根据权利要求1所述的粉末对激光吸收率的测量装置，其特征在于，所述的粉末容器的材料为具有传导率低、熔点高于测试中粉末温度的石棉、尼龙、耐高温陶瓷。 5.根据权利要求1所述的粉末对激光吸收率的测量装置，其特征在于，所述的粉末容器上制有一定深度的凹槽(深度1-3mm)，凹槽底部侧壁开通孔。 6.根据权利要求1所述的粉末对激光吸收率的测量装置，其特征在于，所述的测温系统与计算机相连。 7.一种粉末对激光吸收率的测量方法，其特征在于，具体步骤为： (1)搭建光路系统，将激光光束扩束并利用透镜进行准直，使得光斑尺寸与粉末容器被激光束照射面的尺寸相近；准直后的激光束经半透半反镜被分为具有相同功率的两束激光，即透射光束和反射光束；利用光功率计实时测量反射光束的激光功率Pin；利用全反射镜改变透射光束的传输方向，使其穿过惰性气体保护箱顶部的石英玻璃进入箱内； (2)测量粉末容器的质量m1；将粉末倒入粉末容器压实，并刮去多余的粉末使表面平整；再次测量粉末容器的质量m2，得到粉末质量m＝m2-m1； (3)将粉末容器固定于感应线圈中心；并且令激光束辐照于粉末容器中的粉末表面，粉末容器中心与激光束的光斑中心重合； (4)在惰性气体保护箱内，通过气阀抽出空气，再充入惰性气体，使得氧含量降到1000ppm以下； (5)通过温度控制器的温度设定，控制感应线圈的加热功率，调控粉末温度，使得粉末稳定在一定的温度T0； (6)设定激光功率和辐照时间t，开启激光器； (7)测温系统将采集到的不同时刻粉末温度数据传输至计算机； (8)利用计算机，对不同时刻的粉末温度数据依据式：进行拟合，得到粉末温升ΔT。式(1)中，B、C与D为待拟合的参数，T0为粉末初始温度，ti为粉末温度开始上升的时间，te为粉末温度上升到最大值的时间；最终通过式：得到粉末对激光的吸收率A，式(2)中，CP为粉末材料的比热容。 8.根据权利要求8所述的粉末对激光吸收率的测量方法，其特征在于，步骤(2)中，粉末容器深度在1～3mm，粉末容器直径与激光光斑直径相近，从而使得激光辐照下粉床温度在径向和深度方向均匀稳定。 9.根据权利要求8所述的粉末对激光吸收率的测量方法，其特征在于，步骤(6)中，激光功率为50～300W，辐照时间范围在4～30s，以避免粉末温度过高，发生相变影响吸收率的测量。 10.根据权利要求8所述的粉末对激光吸收率的测量方法，其特征在于，步骤(7)中，测温系统中的动态数据采集器的采样频率大于1Hz。
所属类别：	发明专利