高斯脉冲激光激励热电偶时间常数测试及有限元仿真

作     者：郝晓 闫庆丰 Hao Xiaojian;Yan Qingfeng

作者机构：中北大学电子测试技术国家重点实验室山西太原030051 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051 

出 版 物：《应用激光》 (Applied Laser)

年 卷 期：2020年第40卷第3期

页      面：526-531页

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(项目编号:51575499) 国防科工局技术基础科研项目(项目编号:SJC2013408C009) 毁伤技术重点学科实验室开放研究基金(项目编号:DXMBJJ2018-09) 

主　　题：高斯脉冲激光 热电偶 时间常数 有限元瞬态热分析 

摘      要：为了研究高斯脉冲激光激励下的热电偶时间常数测试方法,构建以半导体激光器为加热源的热电偶动态性能测试系统,采用负阶跃信号法分析不同温度下结点裸露式K型热电偶的动态响应曲线。实验首先通过调整激光器输出功率,为热电偶提供目标温度。然后立即停止激光加热,使热电偶产生负阶跃形式的动态测温过程。最后通过负阶跃信号法分析热电偶动态响应曲线计算得出时间常数。以目标温度为812.8℃和666.7℃为例分析其动态响应曲线中负阶跃部分,计算得出对应的时间常数值分别为0.3576 s和0.3169 s。同时,基于ANSYS有限元仿真软件平台进行高斯脉冲激光加热热电偶结点的瞬态传热分析研究。设定球形结点半径为1 mm,导热系数为20 W/(m·K),激光光斑半径为4 mm。通过仿真分析得到结点温度由957℃降至负阶跃温差的63.2%时所对应的时间为0.59 s,这为热电偶时间常数值的精准测试提供一定的理论依据和测试方法。