ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012
113
ема для источника нагрева, однако невозможна для детектора теплово-
го излучения. Поскольку уровень теплового потока пропорционально
зависит от площади зоны измерений, то электрический сигнал, гене-
рируемый детектором в режиме сфокусированного излучения, будет
ниже, чем у представленных измерений. Однако даже эти данные
(
см. рис. 4) имеют уровень теплового сигнала на порядок меньше шу-
ма детектора, что вынуждает применять длительные периодические
измерения с помощью синхронного усилителя. Когда тепловой сигнал
снизится еще на несколько порядков, его измерение станет невозмож-
ным используемыми средствами. Необходимо либо использовать бо-
лее чувствительный детектор, либо другими способами повышать
уровень теплового сигнала, например, дополнительным нагревом, уве-
личением испускательной способности материала и др.
Для решения указанной проблемы было предложено оценить
температуропроводность на тестовом однородном образце, выпол-
ненном из такого же материала что и рассматриваемый лист. Такой
подход обоснован, поскольку, как было отмечено выше, нагрев сфо-
кусированным пучком лазерного излучения аналогичен нагреву од-
нородного полубесконечного тела. Следовательно, с точки зрения
процессов теплопередачи нагрев сфокусированным лучом идентичен
нагреву расфокусированным лучом на тестовом образце. Таким обра-
зом, возможно косвенно реализовать вторую часть алгоритма опре-
деления параметров.
Значение температуропроводности
a
= 4
⋅
10
–6
м
2
/
с (согласуется с
табличными значениями для этой марки стали). Комбинируя полу-
ченное значение коэффициента
β
3
= 0,177 с рассчитанным значением
температуропроводности
a
согласно алгоритму, приведенному на
рис. 3, получаем значение толщины слоя:
3
Δ
354
мкм.
a
β
= =
(4)
Значение (4) хорошо согласуется с реальной толщиной листа —
400
мкм. Таким образом, можно утверждать, что разработанная ме-
тодика расчета толщины слоя, независимая от тепловых характери-
стик материала, реализуема практически. На используемом оборудо-
вании погрешность расчетных и реальных данных составляет около
10…15 %.
Выводы.
Разработанная теоретическая методика лазерной фото-
термической диагностики позволяет бесконтактно, дистанционно и бес-
калибровочно измерять толщину однородного слоя (покрытия) с неиз-
вестными теплофизическими характеристиками вне зависимости от то-
го, на какой подложке он находится. Экспериментально подтверждена
принципиальная реализуемость данной методики с погрешностью из-
мерений 10…15 %. Для дальнейшего совершенствования технологии
требуется повысить чувствительность фотодетектора.