复合材料微波作用下温度场分布模拟装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种复合材料微波作用下温度场分布模拟装置和方法，该装置，包括：微波加热腔、波导、余波吸收装置、大功率微波功率源、温度监测仪、温度传感器、红外热像仪以及样品夹具，其中，波导的一端与微波功率源连接，波导连接的另一端伸入微波加热腔，微波加热腔远离波导、且与波导相对的一端为透射波出口，且微波加热腔的透射波出口处设置有余波吸收装置，将温度传感器设置在微波加热腔内部，且与位于微波加热腔外部的温度监测仪连接。将红外热像仪设置在微波加热腔外，样品夹具放置于微波加热腔内。本发明专利技术用于探究大功率微波照射对复合材料热场发展的影响，为控制大功率照射下复合材料透波性能提供了依据。

Simulation device and method of temperature field distribution under microwave action of composite materials

The embodiment of the invention provides a composite material under the action of microwave temperature distribution simulation device and method, the device includes: a microwave heating cavity, waveguide, Yu Bo absorption device, high power microwave power source, temperature monitor, temperature sensor, infrared thermography and sample fixture, which is connected with the waveguide microwave power source and the other end is inserted into the microwave heating cavity waveguide connection, the microwave heating cavity, and one end of the waveguide waveguide from the transmission wave relative for export, and transmission of the microwave heating cavity is arranged at the outlet of Yu Bo wave absorption device, the temperature sensor is arranged inside the microwave heating chamber, and connected with the temperature monitor in the microwave heating cavity outside. The infrared thermal imager is set outside the microwave heating chamber, and the sample fixture is placed in the microwave heating cavity. The invention is used to explore the influence of high-power microwave irradiation on the thermal field development of composite materials, and provides a basis for controlling the wave permeability of composites under high-power irradiation.

【技术实现步骤摘要】
复合材料微波作用下温度场分布模拟装置和方法
本专利技术实施例涉及透波复合材料领域，尤其涉及一种复合材料微波作用下温度场分布模拟装置和方法。
技术介绍
天线罩是保护天线系统免受外部环境影响的结构物，它具有良好的电磁波穿透特性。复合材料由于其良好的电学、力学性能而成为制作天线罩的常见材料。当电磁波穿过天线罩壳体时，由于介电损耗机制，制成天线罩的复合材料将一部分能量转化为热能，使得复合材料内部温度升高；温度升高进一步导致复合材料的介电损耗增加，更多的能量被转化为热能。如此的恶性循环，使得复合材料在高温部位发生严重的热电耦合现象，直至复合材料发生热损毁，材料失效。因此，需要在天线罩复合材料服役前对其工作性能进行实验模拟和分析。现有的微波加热技术已在复合材料微波固化、无损检测等领域得到广泛应用，此类应用多为在较小功率下进行的平衡过程，并不涉及大功率的检测过程，因此针对天线罩在大功率微波作用下的损毁现象，目前无法进行检测。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种复合材料微波作用下温度场分布模拟装置和方法，以探究大功率微波照射对复合材料热场发展的影响，为控制复合材料的透波性能提供了依据。本专利技术实施例提供一种复合材料微波作用下温度场分布模拟装置，包括：微波加热腔、波导、余波吸收装置、大功率微波功率源、温度监测仪、温度传感器、红外热像仪以及样品夹具，其中，所述波导的一端与所述微波功率源连接，所述波导连接的另一端伸入所述微波加热腔，所述微波加热腔远离所述波导、且与所述波导相对的一端为透射波出口，且所述微波加热腔的透射波出口处设置有余波吸收装置；所述温度传感器位于所述微波加热腔内部，且与位于所述微波加热腔外部的温度监测仪连接；所述红外热像仪设置在所述微波加热腔外，用于监测试样表面温度场的分布；所述样品夹具放置于所述加热腔内，用于夹持试样。可选地，所述微波加热腔为长方体结构，在所述加热腔的第一侧面上设有波导入口，所述波导入口的尺寸与所述波导的尺寸匹配；在与所述第一侧面相对的第二侧面上设有透射波出口，所述透射出口距离所述第二侧面各边边缘的距离介于5mm至30mm之间。可选地，在与所述第一侧面相邻的第三侧面设置有第一通孔和/或第四侧面上设置有第二通孔，所述第一通孔的尺寸大于所述第二通孔的尺寸。可选地，所述波导与所述微波功率源连接的一端设有密封法兰。可选地，所述微波功率源的功率密度在40W/cm2以上。可选地，所述余波吸收装置是由低介电常数、低介电损耗的透波材料制成的容器，所述容器侧面的面积大于所述透射波出口的面积。可选地，还包括:金属屏蔽网，所述金属屏蔽网设置在所述微波加热腔的四周，用于对泄漏的微波进行防护。可选地，所述样品夹具设置在所述微波加热腔内靠近所述波导的一端。可选地，应用于如上所述的装置，所述方法包括：控制所述大功率微波功率源的功率密度在40W/cm2以上；获取所述温度监测仪监测得到的第一温度数据，所述第一温度数据为所述样品内部或表面随时间变化的温度数据；和/或获取所述红外热像仪得到的第二温度数据，所述第二温度数据为所述样品表面的温度场数据；根据所述第一温度数据和/或所述第二温度数据，分析复合材料大功率微波作用下的温度场分布。本实施例提供的复合材料微波作用下温度场分布模拟装置，包括：微波加热腔、波导、余波吸收装置、大功率微波功率源、温度监测仪、温度传感器、红外热像仪以及样品夹具，其中，波导的一端与微波功率源连接，波导连接的另一端伸入微波加热腔，微波加热腔远离波导、且与波导相对的一端为透射波出口，且微波加热腔的透射波出口处设置有余波吸收装置；用于吸收穿透过材料的电磁波，一方面可以避免辐射实验中，反射波对实验准确性造成的影响，另一方面，可以避免从微波加热腔透射出来的电磁波对人体造成伤害。在模拟装置中，将温度传感器设置在微波加热腔内部，且与位于微波加热腔外部的温度监测仪连接；用于监测待测样品在微波加热腔内的温度变化。将红外热像仪设置在微波加热腔外，用于监测试样表面温度场的分布情况；样品夹具放置于微波加热腔内，用于夹持试样。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的复合材料微波作用下温度场分布模拟装置的示意图；图2为本专利技术实施例提供的微波加热腔的结构示意图；图3为本专利技术提供的复合材料微波作用下温度场分布模拟的方法流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的复合材料微波作用下温度场分布模拟装置的示意图，图2为本专利技术实施例提供的微波加热腔的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的复合材料微波作用下温度场分布模拟装置，包括：微波加热腔10、波导20、余波吸收装置40、大功率微波功率源30、温度监测仪50、温度传感器51、红外热像仪60以及样品夹具70，其中，波导20的一端与微波功率源30连接，波导20连接的另一端伸入微波加热腔10，微波加热腔10远离波导20、且与波导20相对的一端为透射波出口12，且微波加热腔10的透射波出口12处设置有余波吸收装置40；温度传感器51位于微波加热腔10内部，且与位于微波加热腔10外部的温度监测仪50连接；红外热像仪60设置在微波加热腔外，用于监测试样表面温度场的分布；样品夹具70放置于微波加热腔内，用于夹持试样。天线罩是保护天线系统免受外部环境影响的重要结构物，它是由具有良好电磁波穿透特性的复合材料制成。由于介电损耗机制和热电耦合现象，复合材料在使用过程中易发生热损毁导致材料失效。因此，需要在天线罩复合材料服役前对其工作性能进行实验模拟和分析。本专利技术提供的复合材料微波作用下温度场分布模拟装置可以在天线罩复合材料服役前对其工作性能进行实验模拟。如图1所示，本实施例将波导20的一端与微波功率源30连接，将波导20的另一端伸入到微波加热腔10中，由于波导20的形状为是空心金属管状，两端分别连接在微波功率源30和微波加热腔10内的波导20可以将微波功率源30产生的稳定微波输入到微波加热腔10内。其中，微波加热腔10远离波导20，且与波导20相对的一端为透射波出口12。在辐射实验的过程中，绝大多数电磁波将透射过材料，反射波的影响不可忽略，因此在微波加热腔10远离波导20的一端设置有透射波出口12，可降低反射波对实验准确性的影响。在透射波出口12处设置有余波吸收装置40，用于吸收穿透过材料的电磁波。其中，温度传感器51设置在微波加热腔10内部，温度传感器51与微波加热腔10外部的温度监测仪50相连接。温度监测仪50、温度传感器51可根据实验需求进行选择，例如，热电偶、光纤光栅传感器等，本实施例对温度监测仪50与温度传感器51的种类不做具体限定，可根据实验需要自行选定。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料微波作用下温度场分布模拟装置，其特征在于，包括：微波加热腔、波导、余波吸收装置、大功率微波功率源、温度监测仪、温度传感器、红外热像仪以及样品夹具，其中，所述波导的一端与所述微波功率源连接，所述波导连接的另一端伸入所述微波加热腔，所述微波加热腔远离所述波导、且与所述波导相对的一端为透射波出口，且所述微波加热腔的透射波出口处设置有余波吸收装置；所述温度传感器位于所述微波加热腔内部，且与位于所述微波加热腔外部的温度监测仪连接；所述红外热像仪设置在所述微波加热腔外，用于监测试样表面温度场的分布；所述样品夹具放置于所述加热腔内，用于夹持试样。

【技术特征摘要】
1.一种复合材料微波作用下温度场分布模拟装置，其特征在于，包括：微波加热腔、波导、余波吸收装置、大功率微波功率源、温度监测仪、温度传感器、红外热像仪以及样品夹具，其中，所述波导的一端与所述微波功率源连接，所述波导连接的另一端伸入所述微波加热腔，所述微波加热腔远离所述波导、且与所述波导相对的一端为透射波出口，且所述微波加热腔的透射波出口处设置有余波吸收装置；所述温度传感器位于所述微波加热腔内部，且与位于所述微波加热腔外部的温度监测仪连接；所述红外热像仪设置在所述微波加热腔外，用于监测试样表面温度场的分布；所述样品夹具放置于所述加热腔内，用于夹持试样。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微波加热腔为长方体结构，在所述加热腔的第一侧面上设有波导入口，所述波导入口的尺寸与所述波导的尺寸匹配；在与所述第一侧面相对的第二侧面上设有透射波出口，所述透射出口距离所述第二侧面各边边缘的距离介于5mm至30mm之间。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在与所述第一侧面相邻的第三侧面设置有第一通孔和/或第四侧面上设置有第二通孔，所述第一通孔的尺寸大于所述第二通孔的尺寸。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：徐香玉，张博明，白明，刘大伟，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11