本發(fā)明屬于薄膜熱電偶，具體涉及一種基于激光掃略加熱的薄膜熱電偶線路均質(zhì)性測試方法。

背景技術：

1、薄膜熱電偶憑借其低物理場干擾、高測溫精度和無損測量等優(yōu)點，近年來在航空航天測溫、核能測溫等領域得到了廣泛應用。在極端環(huán)境下，如高溫、高輻射或復雜氣流中，薄膜熱電偶的穩(wěn)定性和可靠性使其逐漸成為高精度溫度測量的核心工具。通過薄膜熱電偶對復雜環(huán)境的溫度場進行精準測量，不僅能提升設備的安全性，還能夠為高端材料與先進裝備的開發(fā)提供關鍵數(shù)據(jù)支持。因此，薄膜熱電偶的性能尤其是測溫精度的提升成為當前研究的重要方向。

2、目前，各研究機構正嘗試通過優(yōu)化制造工藝、改進材料配方以及設計創(chuàng)新的薄膜熱電偶結構來提升測溫精度。然而，影響薄膜熱電偶測溫精度的關鍵因素之一即支路均質(zhì)性的問題卻少有深入研究。作為薄膜熱電偶的核心參數(shù)，支路均質(zhì)性直接決定了熱電勢的穩(wěn)定性和均勻性，進而影響測溫精度。均質(zhì)性差異會導致熱電勢波動，從而降低薄膜熱電偶在極端條件下的測量準確性。然而，目前行業(yè)內(nèi)尚缺乏適用于薄膜材料均質(zhì)性評價的系統(tǒng)性方法，這種技術空白成為限制薄膜熱電偶測溫精度提升的重要障礙。

3、薄膜熱電偶通常采用增材制造技術制備，例如噴墨打印和氣溶膠噴射等。這些工藝具有快速成型、材料利用率高等優(yōu)點，但也帶來了一些均質(zhì)性問題。由于材料沉積過程中受工藝條件(如噴嘴穩(wěn)定性、材料配方粘度等)和環(huán)境因素(如溫濕度變化)的影響，容易造成薄膜材料厚度不均、成分分布不一致以及微觀結構缺陷。這些問題會直接影響薄膜熱電偶支路的均質(zhì)性，從而導致測溫性能的不穩(wěn)定。此外，由于薄膜熱電偶通常制造在復雜幾何形狀的基板上，傳統(tǒng)的微觀表征手段(如掃描電鏡觀察、能譜分析等)難以準確評估其支路均質(zhì)性對熱電性能的實際影響。因此，亟需開發(fā)一種專門針對薄膜材料均質(zhì)性測試的新方法。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于激光掃略加熱的薄膜熱電偶線路均質(zhì)性測試方法。本發(fā)明利用高精度定位激光提供瞬態(tài)移動熱源，測定薄膜熱電偶支路熱電響應，進而測定薄膜熱電偶支路均質(zhì)性。

2、本發(fā)明為解決技術問題所采用的技術方案如下：

3、本發(fā)明提供的一種基于激光掃略加熱的薄膜熱電偶線路均質(zhì)性測試方法，包括以下步驟：

4、將待測試的薄膜熱電偶單條支路制造于絕緣基板上，獲得薄膜熱電偶支路；將高精度定位激光作為瞬態(tài)熱源施加于薄膜熱電偶支路邊緣，以設定的速度移動激光束沿著薄膜熱電偶支路進行激光瞬態(tài)掃描，加熱薄膜熱電偶支路的局部區(qū)域，形成非穩(wěn)態(tài)溫度場，并收集薄膜熱電偶支路兩端的熱電輸出信號波動數(shù)據(jù)；利用熱電輸出信號波動數(shù)據(jù)計算薄膜熱電偶支路的均質(zhì)精度。

5、進一步的，在施加瞬態(tài)熱源前，所述薄膜熱電偶支路兩端的溫度應保持恒定，以提供穩(wěn)定的初始熱電勢。

6、進一步的，所述高精度定位激光來源于nd-yag激光器，波長為1064nm。

7、進一步的，所述高精度定位激光的功率為2-8w，掃描速度為2-3mm/s。

8、進一步的，所述高精度定位激光的光斑直徑(1/e2標準)為0.7-0.8mm。

9、進一步的，所述高精度定位激光的掃描路徑為單次掃略模式，即將高精度定位激光的光斑對準薄膜熱電偶支路的中心線，設置掃描路徑從薄膜熱電偶支路一端均勻移動至另一端，保持掃描方向與薄膜熱電偶支路中心線一致。

10、進一步的，將熱電輸出信號波動數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)處理軟件，對采集的電信號數(shù)據(jù)進行去噪處理。

11、更進一步的，所述數(shù)據(jù)處理軟件為：matlab、python和origin。

12、進一步的，所述薄膜熱電偶支路的均質(zhì)精度的計算公式為：

13、e＝δv波動/(s·δt波動)

14、其中，δv波動表示電勢差的絕對值，δt波動表示波動溫升，s表示薄膜熱電偶支路的塞貝克系數(shù)。

15、更進一步的，所述薄膜熱電偶支路的塞貝克系數(shù)的計算公式為：

16、s＝δt/δv

17、其中，δv表示電勢差，δt表示溫差。

18、本發(fā)明的有益效果是：

19、(1)非接觸性測量，減少外界干擾；

20、本發(fā)明采用高精度定位激光作為瞬態(tài)熱源，通過非接觸方式施加溫度梯度，避免了傳統(tǒng)接觸式加熱可能引入的機械損傷或電信號噪聲，從而確保了薄膜熱電偶線路均質(zhì)性測試過程的精確性和可靠性。

21、(2)高靈敏度與局部響應能力；

22、激光掃描加熱具有高能量密度和精確定位的特點，可在微米級范圍內(nèi)施加局部溫度場，便于局部、原位測試薄膜熱電偶線路不同區(qū)域的均質(zhì)性。這種高分辨率的局部響應能力有助于發(fā)現(xiàn)微觀均質(zhì)性缺陷，為薄膜熱電偶材料優(yōu)化提供精確依據(jù)。

23、(3)測試過程快速高效；

24、相較于傳統(tǒng)冗長的均質(zhì)性評估方法(如截面分析或復雜環(huán)境測試)，本發(fā)明通過簡單的激光掃描和實時信號采集即可完成薄膜熱電偶線路均質(zhì)性測試，顯著縮短了實驗周期，降低了測試成本，同時提升了實驗室和工業(yè)應用的效率。

技術特征：

1.一種基于激光掃略加熱的薄膜熱電偶線路均質(zhì)性測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于激光掃略加熱的薄膜熱電偶線路均質(zhì)性測試方法，其特征在于，在施加瞬態(tài)熱源前，所述薄膜熱電偶支路兩端的溫度應保持恒定，以提供穩(wěn)定的初始熱電勢。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于激光掃略加熱的薄膜熱電偶線路均質(zhì)性測試方法，其特征在于，所述高精度定位激光來源于nd-yag激光器，波長為1064nm。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于激光掃略加熱的薄膜熱電偶線路均質(zhì)性測試方法，其特征在于，所述高精度定位激光的功率為2-8w，掃描速度為2-3mm/s。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于激光掃略加熱的薄膜熱電偶線路均質(zhì)性測試方法，其特征在于，所述高精度定位激光的光斑直徑(1/e2標準)為0.7mm-0.8mm。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于激光掃略加熱的薄膜熱電偶線路均質(zhì)性測試方法，其特征在于，所述高精度定位激光的掃描路徑為單次掃略模式，即將高精度定位激光的光斑對準薄膜熱電偶支路的中心線，設置掃描路徑從薄膜熱電偶支路一端均勻移動至另一端，保持掃描方向與薄膜熱電偶支路中心線一致。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種基于激光掃略加熱的薄膜熱電偶線路均質(zhì)性測試方法，其特征在于，將熱電輸出信號波動數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)處理軟件，對采集的電信號數(shù)據(jù)進行去噪處理。

8.根據(jù)權利要求7所述的一種基于激光掃略加熱的薄膜熱電偶線路均質(zhì)性測試方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理軟件為：matlab、python和origin。

9.根據(jù)權利要求1所述的一種基于激光掃略加熱的薄膜熱電偶線路均質(zhì)性測試方法，其特征在于，所述薄膜熱電偶支路的均質(zhì)精度的計算公式為：

10.根據(jù)權利要求9所述的一種基于激光掃略加熱的薄膜熱電偶線路均質(zhì)性測試方法，其特征在于，所述薄膜熱電偶支路的塞貝克系數(shù)的計算公式為：

技術總結
一種基于激光掃略加熱的薄膜熱電偶線路均質(zhì)性測試方法，屬于薄膜熱電偶領域，包括：將待測試的薄膜熱電偶單條支路制造于絕緣基板上，獲得薄膜熱電偶支路；將高精度定位激光作為瞬態(tài)熱源施加于薄膜熱電偶支路邊緣，移動激光束沿著薄膜熱電偶支路進行激光瞬態(tài)掃描，加熱薄膜熱電偶支路的局部區(qū)域，形成非穩(wěn)態(tài)溫度場，并收集薄膜熱電偶支路兩端的熱電輸出信號波動數(shù)據(jù)；利用該數(shù)據(jù)計算薄膜熱電偶支路的均質(zhì)精度。本發(fā)明采用非接觸性測量，減少了外界干擾，確保了均質(zhì)性測試過程的精確性和可靠性；本發(fā)明具備高靈敏度與局部響應能力，并且測試過程快速高效，顯著縮短了實驗周期，降低了測試成本，同時提升了實驗室和工業(yè)應用的效率。

技術研發(fā)人員：邱璐,陳翔宇,朱劍琴,陶智
受保護的技術使用者：北京航空航天大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15