Журнал
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики
УДК:53.072
Номер:6 (146)
Моделирование процесса стационарного термоотражения для измерения теплопроводности материалов
Аннотация:
Предмет исследования. Измерение теплопроводности методом стационарного термоотражения основано на эффекте нагрева исследуемого образца лазерным излучением. Мощность отраженного от образца излучения определяется с помощью дополнительного зондирующего лазера. Изменение коэффициента отражения исследуемого материала при нагреве пропорционально изменению температуры образца. Поглощенная материалом мощность излучения выступает в качестве объемного источника теплоты. Величина теплопроводности рассчитана в соответствии с законом теплопроводности Фурье. При этом установка стационарного термоотражения требует калибровки, то есть проведения измерений теплопроводности эталонных образцов. Величина калибровочного коэффициента, в свою очередь, зависит от характеристик используемых в установке лазеров. В работе предложена численная модель нагрева образца, позволяющая учитывать форму и диаметр пучка падающего излучения, распределение мощности излучения по площади пучка, коэффициент поглощения и отражения материала. Предложена методика определения коэффициентов отражения и поглощения образцов, включающая экспериментальные измерения и расчеты с учетом эффекта Фабри–Перо. Метод. Исследования выполнены для образцов германия, кремния, арсенида галлия и ситалла. Облучение проведено диодным одномодовым лазером в непрерывном режиме с длиной волны 980 нм. Распределение мощности падающего излучения по площади пучка аппроксимировано в соответствии с функцией Гаусса в программе OriginPro. Выполнено измерение мощности излучения, прошедшего через образцы и отраженного от них. Температура образцов при облучении определена при помощи тепловизора. Коэффициенты отражения и поглощения образцов исследуемых материалов получены по результатам измерения мощности излучения с использованием математической модели взаимодействия плоскополяризованного ТЕ электромагнитного излучения с материалом. Сравнение результатов расчета с известными данными для образцов германия, кремния и ситалла показало их соответствие. Для арсенида галлия отмечено расхождение результатов расчета с данными, полученными другими исследователями. С целью изучения образцов арсенида галлия применена модель, учитывающая эффект Фабри–Перо, а оптические свойства определены численно, путем поиска минимума модулей передаточных функций прошедшего и отраженного излучений в программе MATLAB. Модель электромагнитного нагрева исследуемых образцов реализована в программной среде COMSOL Multiphysics. Основные результаты. Предложена методика определения коэффициентов отражения и поглощения материалов, исследуемых методом стационарного термоотражения. Представленная модель позволяет учесть форму, ширину пучка и распределение мощности излучения, а также величину поглощенной мощности излучения для каждого образца. Различие расчетных значений температуры образца с результатами измерений не превышает 9 %. Практическая значимость. Модель может быть применена для измерения теплопроводности объемных и тонкопленочных материалов с малоизученными свойствами.
Ключевые слова:
Постоянный URL
Статьи в номере
- Импульсная запись динамических голограмм в кристалле силиката висмута при изменении длины волны лазерного излучения
- Гибридный эндоскоп с телевизионной и многоспектральной обработкой изображений для диагностики рака внутренних органов
- Моделирование композитного волноводного голографического дисплея
- Применение методов инфракрасной спектроскопии в исследовании составов для проклейки бумаги
- Методика оптимизации распределения плотности пикселов по зоне наблюдения
- Оценка ошибки и разработка методики компенсации погрешности позиционирования оборудования с числовым программным управлением
- Компенсация внешних возмущений по выходу для класса линейных систем с запаздыванием в канале управления
- Люминесцентный метод исследования роста квантовых точек AgInS2
- Особенности импульсного лазерного напыления тонких пленок InGaAsN в атмосфере активного фонового газа
- Нахождение распределения электронов в сверхрешетках AlGaAs/GaAs
- Спектральные и кинетические свойства квантовых точек сульфида серебра во внешнем электрическом поле
- Влияние наноразмерных горизонтальных неоднородностей на послойный анализ поверхности методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии
- Органические светоизлучающие диоды с новыми красителями на основе кумарина
- Изготовление и характеристика гибридного композита Al6082/SiC/порошок рисовой шелухи, получаемого методом фрикционного перемешивания
- Многопутевая безопасная маршрутизация для обнаружения атаки с захватом узла в беспроводной сенсорной сети
- Метод документирования архитектурных решений вычислительных платформ
- Повышение точности распознавания внесловарных слов для интегральной системы автоматического распознавания русской речи
- Метод мониторинга состояния элементов киберфизических систем на основе анализа временных рядов
- Применение волновой модели текста к задаче сентимент-анализа
- Автоматизированная оценка параметров электрокардиограмм в условиях пандемии COVID-19
- Мультиагентная адаптивная маршрутизация агентами-клонами на основе многоголового внутреннего внимания с использованием обучения с подкреплением
- Совместное обучение агентов и векторных представлений графов в задаче управления конвейерными лентами
- Моделирование процессов переноса излучения в газожидкостных пенах
- Статистическая оценка влияния величины сигнал/помеха на погрешность измерения параметров акустической эмиссии
- Математическое и компьютерное моделирование однорядных и двухрядных шестилопастных винтокольцевых движителей
- Дифференциально-разностная модель теплопереноса в твердых телах с использованием метода параметрической идентификации