基于LabVIEW的光热偏转检测系统的设计与应用

摘要

作为研究材料物化性质的一种有效检测手段，光热偏转检测技术是基于光热效应建立和发展起来的一种热波探测技术，由于其具有无损检测、高灵敏度和无需对样品进行预处理等优点，已被广泛应用于物理、材料科学等领域，受到了国内外研究者的热切关注。由于传统的光热偏转检测系统不同程度地存在测量自动化程度低等缺陷，尤其在数据处理方面需要调用其他的软件（如MATLAB、Origin等），使得测试测量的效率低，不能实时在线处理。
　　 本文采用当前流行的图像化编程语言LabVIEW作为光热偏转检测系统的开发环境，并在软硬件设计、实验和应用等方面开展了如下研究工作:
　　 (1)基于LabVIEW环境下设计并研发了光热偏转测量材料热扩散率和光热偏转成像两套检测系统，并阐述了实验系统的结构和调节方法。系统不仅在仪器控制、数据采集和数据显示等方面实现了自动化测量，而且还集成了光热偏转检测技术的数据处理功能，使得整个实验操作过程在同一编程语言环境下完成，经过多次测量与调试，系统运行稳定，人机界面友好，测量效率高，同时便于实时监测与控制，且具有很好的扩展性和直观性。
　　 (2)利用光热偏转测量材料热扩散率检测系统对非晶磁性材料的磁热性能进行了实验研究，并给出了理论分析。主要对铁基和钴基两种材料的热扩散率进行了测定，对两种材料施加磁场，比较了材料在加磁场和不加磁场情况下热扩散率的变化情况，并且测定了样品某一方向的热扩散率与磁场在不同夹角下的关系曲线，通过对磁性材料内部结构的分析，对实验现象作了初步的理论解释。同时，也证实了光热偏转检测技术是探测材料各向异性结构的一种有效手段。
　　 (3)利用光热偏转成像检测系统对铝片样品的次表面缺陷进行了热波成像的实验研究。通过分析所得光热偏转信号的振幅与相位成像图，以及样品尺寸和扫描的初始位置，能够十分准确地确定出材料缺陷的位置与尺度，而且很好地反映了试样的次表面结构。实验结果与理论分析相符合，表明该系统具有较高的应用价值，对于研究材料热学性质和次表面结构方面具有很大的应用潜力。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 光热偏转检测技术的物理机理和特点

1．3 光热偏转检测技术的发展与应用

1．3．1 光热偏转检测技术的发展

1．3．2 光热偏转检测技术的应用

1．4 虚拟仪器及LabVIEW概述

1．4．1 虚拟仪器

1．4．2 LabVIEW简介

1．5 论文选题的指导思想和研究工作介绍

第2章 光热偏转检测技术的理论

2．1 引言

2．2 基本原理

2．3 探测光束的“MIRAGE”偏转

2．4 求解热扩散率

2．5 光热偏转成像

2．5 本章小结

第3章 基于LabVIEW的光热偏转检测系统的搭建与设计

3．1 引言

3．2 热扩散率光热偏转检测系统

3．2．1 硬件构成

3．2．2 软件设计与功能实现

3．2．3 测量调试与结果分析

3．3 光热偏转成像检测系统

3．3．1 硬件构成

3．3．2 软件设计与功能实现

3．3．3 系统调试与处理分析

3．4 检测系统的调节

3．5 影响光热偏转检测信号的因素及解决方法

3．6 本章小结

第4章 非晶磁性材料的磁热性能研究

4．1 引言

4．2 非晶磁性材料

4．3 样品的制备

4．4 非晶薄带在加磁场和不加磁场下的热学性能

4．5 分析与讨论

4．6 结论

4．7 下一步工作展望

4．8 本章小结

第5章 材料亚表面的光热偏转成像检测

5．1 引言

5．2 实验与数据处理

5．3 实验现象分析与讨论

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间科研成果

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