(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210490686.1 (22)申请日 2022.05.07 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园 (72)发明人 姚学锋　王国文　 (74)专利代理 机构 北京鸿元知识产权代理有限 公司 11327 专利代理师 张娓娓　袁文婷 (51)Int.Cl. G01N 3/12(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 测量薄膜模量、 泊松比与热膨胀系数的高通 量系统及方法 (57)摘要 本发明提供一种测量薄膜模量、 泊松比与热 膨胀系数的高通量系统及方法， 其中方法包括： 通过对密封工装进行温度与压力加载， 利用工业 相机对高通量薄膜试样变形前后的表面进行采 集， 进而计算出薄膜全场离面位移。 利用全场位 移， 以及压力和温度的加载量信息， 代入计算公 式， 可以实现对高通量薄膜试样中每个样品的模 量、 泊松比与热膨胀系数的同时测量。 利用本发 明， 能够解决目前不能同时对模量、 泊松比与热 膨胀系数进行测量的问题。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115046861 A 2022.09.13 CN 115046861 A 1.一种测量薄膜模量、 泊松比与热膨胀系数的高通量系统， 其特征在于， 包括： 密封工 装、 空气压缩机、 空气加热器以及工业相机， 其中， 所述密封工装， 用于放置待测量的高通量薄膜材料试样， 并为所述高通量薄膜材料提 供测量时所需要的压力以及温度环境； 所述空气压缩机， 用于向所述密封 工装提供 所需要的压力； 所述空气加热器， 用于向所述密封 工装提供 所需要的温度； 所述工业相机， 用于获取 所述高通 量薄膜材 料试样的图像。 2.如权利要求1所述的测量薄膜模量、 泊松比与热膨胀系数的高通量系统， 其特征在 于， 在所述密封 工装内设置有压力传感器和温度传感器， 其中， 所述压力传感器， 用于检测所述密封 工装内的压力； 所述温度传感器， 用于检测所述密封 工装内的温度。 3.如权利要求2所述的测量薄膜模量、 泊松比与热膨胀系数的高通量系统， 其特征在 于， 在所述密封工装内还设置有装卡结构， 所述装卡结构用于固定贴附有所述高通量薄膜 材料试样的基底。 4.如权利要求3所述的测量薄膜模量、 泊松比与热膨胀系数的高通量系统， 其特征在 于， 在所述基底上设置有 若干圆形开 孔， 所述基底的圆形开 孔处附着悬空的薄膜材 料。 5.一种测量薄膜模量、 泊松比与热膨胀系数的高通量方法， 其特征在于， 采用如权利要 求1‑4任一项所述的测量薄膜模量、 泊松比与热膨胀系数 的高通量系统对高通量薄膜材料 试样进行测量， 所述方法包括： 通过工业相机获取高通 量薄膜材 料试样的初始图像； 根据所述初始图像， 确定所述高通量薄膜材料试样中每个圆形样品的中心点的坐标 (xi,yi)(i＝1,2,…mn)； 对所述高通量薄膜材料试样进行压力与温度的加载， 任意选择k(k≥5)组压力与温度 的载荷(Pj,ΔTj)(j＝1,2, …,k)， 并采集每组载荷下对应的高通 量试样图像； 根据所述初始图像、 每组载荷下对应的高通量试样图像， 获取所述高通量薄膜材料试 样中每一个圆形样品中心点的离面 位移wij与径向中点的离面 位移wrij； 对于第i个圆形样品， 将k组载荷数据与对应的中心点位移(Pj,ΔTj,wij)(j＝1,2, …,k) 代入方程(1)中， 可以得到k个含有未知数模量与热膨胀系数的方程， 利用最小二乘法拟合 出方程(1)中的两个系数Cw,CT， 其中， kb表示无量纲常数， kb＝1.202×10‑3； A,B表示阵列试样在x,y方向的总长度， αb表 示基底的热膨胀系数， tb表示基底的厚度， ai表示第i个圆形样品鼓起区域的半径； 对于第i个样品， 将所述中心点k 的离面位移wij与中点半径 处的离面位移wrij代入方 程(2)中， 利用最小二乘拟合出系数Cν， wrij＝wij·Cv     (2) 根据得到的三个拟合系数Cw,CT,Cν， 通过如下方程(3)、 (4)和(5)求解出第i件样品的模权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115046861 A 2量泊松比与热膨胀系数， 其中， Ei, αi分别表示第i个圆形样品的模量与热膨胀系数， νi表示第i个圆形样品的泊 松比， ai表示第i个圆形样品鼓起区域的半径， ti表示第i个圆形样品的厚度。 6.如权利要求5所述的测量薄膜模量、 泊松比与热膨胀系数的高通量方法， 其特征在 于， 在通过工业相机获取高通 量薄膜材 料试样的初始图像之前， 还 包括如下步骤： 将所述基底装卡到密封 工装上， 所述基底 表面附有悬空的高通 量薄膜。 7.如权利要求5所述的测量薄膜模量、 泊松比与热膨胀系数的高通量方法， 其特征在 于， 所述通过工业相机获取高通 量薄膜材 料试样的初始图像， 包括如下步骤： 根据所述工业相机标定所述高通 量薄膜材 料试样的内外参数； 在未对所述高通量薄膜材料试样进行压力与温度加载的情况下， 利用所述工业相机采 集高通量薄膜材 料试样的初始图像。 8.如权利要求5所述的测量薄膜模量、 泊松比与热膨胀系数的高通量方法， 其特征在 于， 对所述高通 量薄膜材 料试样进行压力与温度的加载， 包括如下步骤： 通过空气压缩机对密封工装内的设置在所述基底上的高通量薄膜材料试样进行压力 加载； 通过空气加热器对密封工装内的设置在所述基底上的高通量薄膜材料试样进行温度 加载。 9.如权利要求5所述的测量薄膜模量、 泊松比与热膨胀系数的高通量方法， 其特征在 于， 所述根据所述初始图像、 每组载荷下对应的高通量试样图像， 获取所述高通量薄膜材料 试样中每一个圆形样品中心点的离面 位移wij与径向中点的离面 位移wrij， 包括如下步骤： 对所述初始图像、 每组载荷下对应的高通量试样图像进行双目数字图像相关算法处 理， 获取所述高通量薄膜材料试样中每一个圆形样品 中心点的离 面位移wij与径向中点的离 面位移wrij； 或者， 对所述初始图像、 每组载荷下对应的高通量试样图像进行单目投影散斑图像相关算法 处理， 获取所述高通量薄膜材料试样中每 一个圆形样品 中心点的离 面位移wij与径向中点的 离面位移wrij。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115046861 A 3