Приложение В (справочное). Влияние искажений сигнала

Приложение В
(справочное)

Влияние искажений сигнала

B.1 Влияние шага температурных измерений

Температурный рост должен быть значительно больше шага температурных измерений.

B.2 Влияние рассеянного излучения

Рассеянное излучение, возникающее от измеряемого элемента или покрытия, может попадать на детектор. Такой вид рассеянного излучения может отличаться от рассеянного излучения, приходящего от оптических элементов, формирующих пучок излучения. Особенно это важно в УФ области спектра.

B.3 Влияние низкой теплопроводности образца

Методы стандартной оценки для определения коэффициента поглощения основаны на фундаментальной физической модели, в предположении небольшого температурного роста и однородности температуры образца и держателя в течение всего времени измерения. Для такой системы изменение температуры описывает дифференциальное уравнение

,

(В.1)

которое приводит в качестве решения к следующим экспоненциальным функциям для температурного сигнала T(t):

- во время облучения

(В.2)

и

- после облучения.

(В.3)

Если лазерные элементы состоят из материалов с низкой теплопроводностью, динамика температуры во время измерений коэффициента поглощения не может быть точно описана в простой модели однородного температурного распределения. Кроме того, окончательная теплопроводность образца должна быть учтена путем решения трехмерного теплового уравнения в виде:

,

(В.4)

где - плотность массы, ;

K - теплопроводность, ;

Q - количество тепла, .

Граничные условия на поверхностях образца определяют с помощью тепловых датчиков на держателе образца из тепловых потоков и потерь излучения. Ниже в качестве примера приведено влияние предельной теплопроводности на лазерную калориметрию.

Для тонкого цилиндрического образца (коэффициент поглощения: 1; толщина: 3 мм; диаметр: 25 мм) температурные сигналы зависят от коэффициента тепловой диффузии и различного радиального расположения тепловых датчиков r. Предполагают что диаметр пучка должен быть значительно меньше диаметра образца. На рисунке В.1 показаны вычисленные значения изменения температуры для определенного значения тепловой диффузии и для различного радиального расположения тепловых датчиков. Для сравнения график температуры для бесконечно большой теплопроводности приведен на графике (модель с бесконечной теплопроводностью).

Рисунок В.1 - Зависимость температуры от времени для различных положений теплового датчика

Из рисунка В.1 видно, что с увеличением расстояния между тепловым датчиком и лазерным лучом (образец в центре), температурный рост и максимальная температура уменьшаются.

После облучения все кривые сходятся.

Очевидно, что оптимальное расположение теплового датчика, при котором наилучшее сходство между теоретическими кривыми с заданной теплопроводностью и моделью с бесконечной теплопроводностью, возможно при r, равном 7 мм.

Кроме того, теоретические вычисления были проведены для различных соотношений теплопроводности и теплоемкости. Значения коэффициента поглощения были определены из смоделированных данных, представленных на рисунке В.2. Результаты вычисления коэффициента поглощения приведены относительно значения теоретического значения коэффициента поглощения при бесконечной теплопроводности.

Рисунок В.2 - Соотношение между теоретическими значениями коэффициента поглощения, коэффициентом тепловой диффузии и положением теплового датчика на цилиндрическом образце

Из рисунка В.2 очевидно, что влияние положения температурного датчика возрастает с уменьшением тепловой диффузии. В то же время для многих оптических материалов в дальней ИК области таких, как медь, алюминий, германий, селенид цинка, влияние может быть незначительным. Это относится и к материалам, подобным стеклу. При выборе подходящего расположения температурных детекторов, например, r, равным 7 мм для диаметра образца 25 мм, влияние теплопроводности на измерение коэффициента поглощения может быть значительно уменьшено. При выполнении калибровки в соответствии с разделом 7, возможные погрешности, вызванные эффектами низкой теплопроводности, могут быть уменьшены.