[发明专利]一种基于激光加热的高升温率热重分析系统及方法

说明书

本发明属于化学测试系统领域，涉及一种基于激光加热的高升温率热重分析系统及方法，解决了现有技术存在的加热速率慢、加热温度不准确，不能满足材料在高升温率、高温下进行热重分析的问题。本发明的分析系统包括加热部分、测量部分和计算机；加热部分包括激光器、微透镜阵列、透镜、石墨、半反半透镜和全反镜组；测量部分包括热像仪、密封箱和电子天平；激光器提供的激光光束依次经过微透镜阵列、透镜和石墨；从石墨出射的激光经过半反半透镜，一部分辐照到待测件的前表面，另一部分辐照在待测件的后表面；热像仪分别监测待测件前表面、后表面的温升；电子天平用于对待测件称重；计算机同步采集、记录激光器参数、热像仪和电子天平的读数。

技术领域

本发明属于化学测试系统领域，涉及一种基于激光加热的高升温率热重分析系统及方法。

背景技术

材料的热重分析一直是热解反应动力学研究中的重要测试手段。

目前，测试热重分析主要是将待测件研磨后，通过控制电热丝或电热管(盘)的电压，使被加热件的温度上升至目标温度后，用托盘天平测重。由于加热过程存在明显的热传递，这种加热方式存在加热速率慢、加热温度范围小、加热温度不准确等弊端。现有的热重分析仪加热速率最高能到20℃/min，最高温度能到1600℃，满足不了材料在高升温率、高温下进行热重分析的需求。

发明内容

为解决背景技术中存在的加热速率慢、加热温度范围小、加热温度不准确，满足不了材料在高升温率、高温下进行热重分析的需求等技术问题，本发明提供了一种基于激光加热的高升温率热重分析系统及分析方法，可以对待测件前后表面同时、均匀加热，该系统具有加热均匀、测试温度范围广，升温率高等特点。

本发明解决上述问题的技术方案是，一种基于激光加热的高升温率热重分析系统，其特殊之处在于：

包括加热部分、测量部分和计算机；

加热部分包括激光器、微透镜阵列、透镜、石墨、半反半透镜和全反镜组；微透镜阵列的数量为两个，分为第一微透镜阵列和第二微透镜阵列；石墨用于限定激光光束的尺寸；

测量部分包括热像仪、密封箱和电子天平；电子天平位于密封箱内；待测件放置在电子天平上；热像仪的数量为两个，分为第一热像仪和第二热像仪；所述密封箱的前表面设有前锗窗口和前玻璃窗口，密封箱的后表面设有后锗窗口和后玻璃窗口，密封箱的两个侧面分别设有进气管和出气管；

所述激光器用于提供激光光源，激光光束依次经过第一微透镜阵列、第二微透镜阵列、透镜和石墨；从石墨出射的激光光束经过半反半透镜，一部分激光光束依次穿过半反半透镜和前玻璃窗口后辐照到待测件的前表面，另一部分激光光束被半反半透镜反射到全反镜组上，经全反镜组反射的激光光束穿过后玻璃窗口后辐照在待测件的后表面；

第一热像仪和第二热像仪分别透过前锗窗口和后锗窗口监测待测件前表面、后表面在激光辐照下的温升；

电子天平用于对待测件称重；

计算机同步采集、记录激光器参数、热像仪和电子天平的读数。

以上为本发明的基本结构，基于该基本结构，本发明还做出以下优化改进：

进一步地，上述第一微透镜阵列与第二微透镜阵列规格相同；所述微透镜阵列的形状为正方形，尺寸为10mm×10mm，阵列规格为9×9，微透镜阵列上阵列的微透镜尺寸为1015um方形透镜，阵列间距15um，微透镜的曲率半径范围为50mm～120mm。

进一步地，上述全反镜组中的全反镜直径范围20mm～200mm。

进一步地，上述透镜的通光孔径范围20mm～200mm。

进一步地，上述微透镜阵列上的微透镜曲率半径为70mm。