In situ laser thermal analysis of bulk materials

Abstract

The application of thermal analysis techniques directly to the materials being processed could open up new opportunities in the fields of non-destructive testing and process monitoring on the industrial floor. In this paper, a convergent-thermal-wave technique is proposed for the measurement of thermal diffusivity when access to the material is restricted to one side only. Such a technique permits measurement of the thermal properties of samples of large or unknown thickness, as well as coated or stratified materials. A finite-difference numerical model is used to evaluate the possibilities and the accuracy offered by such a technique, and a laser-based experimental apparatus for the non-contact generation and monitoring of annular thermal waves is described.

Zusammenfassung

Die direkte Anwendung thermischer Analysenverfahren auf darzustellende Materialien könnte neue Möglichkeiten auf dem Gebiet der nichtzerstörenden Materialprüfung und der industriellen Prozeßüberwachung bieten. In diesem Artikel wird eine Konvergenzthermowellen-Technik zur Messung des thermischen Diffusionsvermögens vorgeschlagen, die auch dann anwendbar ist, wenn das Material nur von einer Seite her zugänglich ist. Diese Technik ermöglicht die Messung thermischer Eigenschaften von Porben unbekannter Größe oder Dicke sowie die von belegten oder beschichteten Materialien. Ein numerisches endliches Differenz-Modell wird zur Bewertung der durch solch eine Technik gebotenen Möglichkeiten und deren Genauigkeit herangezogen. Eine auf Laser basierende Versuchsapparatur zur Nicht-Kontakt-Erzeugung und Aufzeichnung von ringförmigen thermischen Wellen wird beschrieben.

Резюме

Применение методов т ермического анализа непосредственно к ан ализируемым материалам открывае т новые возможности в области недеструктивного ан ализа и процесса контроля в промышлен ном масштабе. Метод концентрической тер мической волны предл ожен для измерения коэффи циента термической д иффузии, когда доступ к матери алу органичен только одн ой стороной. Метод поз воляет проводить измерения термических свойств образцов бол ьшой или неизвестной толщины, а также слоистых матер иалов или материалов с покрыти ями. Для определения возможностей и точно сти метода предложен а модель численной кон ечной разности. Описа на на основе лазера эксперимента льная установка для неконтактного ге нерирования и контро ля кольцевых термическ их волн.