一种利用光热偏转技术测量固体热扩散率的装置

1.本实用新型涉及光热偏转技术测量技术领域，具体涉及一种利用光热偏转技术测量固体热扩散率的装置。


背景技术：

2.传统利用激光作为激励光对固体进行热扩散率测量的方法，需要对激励光进行周期性调制并进行扫描，同时还需要用锁相放大器进行测量，实验装置的结构相对复杂，且周期性调制耗时长。
3.现有技术中，通过发射一束阶跃光聚焦在固体表面并持续一段时间，样品吸收光能而转化为热能，从而在样品及其表面附近的空气中形成随时间变化的温度场分布，并最终达到稳定，当另一束低功率激光作为探测光掠过样品表面时，其传播方向将发生偏转，通过位置探测器来检测探测光的偏转量，并分析位置探测器输出信号的上升快慢来测定样品的热学参数。当偏转信号达到稳定后，阻断入射到样品的激励光，则偏转信号将从稳定状态衰减为零，通过分析偏转信号的衰减快慢也可以测定样品的热学参数。该方法只需提取光热光偏转时变信号的上升部分或下降部分，不需要对激励光进行周期性调制并进行扫描，也不需用锁相放大器进行测量，简化了实验装置并缩短了测量时间。
4.在实验过程中，光热光偏转信号的上升沿和下降沿不仅与待测待检测样品的热学参数有关，而且与探测光离待检测样品表面的高度有关，因此必须要保证不同待检测样品的表面与探测光之间的距离均需保持一致。现有载物台在调节高度时容易出现载物台平面产生倾斜，待测物品各处高度不同而影响测量结果。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种利用光热偏转技术测量固体热扩散率的装置用以解决上述存在的技术问题。
6.本实用新型采用的技术方案为：一种利用光热偏转技术测量固体热扩散率的装置，包括检测台及测量装置，所述检测台顶部设置有载物台，所述测量装置设置有探测光发射器，所述探测光发射器发射光线垂直照射于所述载物台平面；
7.检测台还包括升降机构和固定支架；固定支架的顶部设有与载物台相适配的凹槽，载物台滑动连接于凹槽内，所述载物台外侧壁与所述凹槽内部过渡配合；
8.升降机构固定设置在固定支架上，升降机构的动力输出端顶部抵触在载物台的底部；升降机构推动所述载物台往靠近所述探测光发射器方向移动；
9.检测台还连接有真空泵，所述真空泵的吸气端连接于所述凹槽底部，以对凹槽内提供负压，使得所述载物台具有往所述凹槽底部移动的运动趋势。
10.进一步，升降机构包括升降柱及固定框架；升降机构通过固定框架固定设置在固定支架上，升降柱的顶部抵顶在载物台的底部。
11.更进一步，升降柱顶面为平面结构。
12.另一种方案在于，升降柱顶面为球形结构。
13.优选的技术方案在于，升降柱由螺旋测微仪制成。
14.优选的，测量装置包括探测光发射器和输出信号组件；其中探测光发射器包括第一探测光发射器组件和第二探测光发射器组件；定义检测台的固定支架的顶面为水平面，第一探测光发射器组件设置在检测台的上方且第一探测光发射器组件发射出的探测光线垂直照射于载物台平面，第二探测光发射器组件设置在检测台的一侧且第二探测光发射器组件发射出的检测光线沿水平方向照射在载物台平面并从载物台平面折射出去，输出信号组件设置在检测台的另一侧且与第二探测光发射器组件相对应，用于接收和处理第二探测光发射器组件所发射出的检测光线。
15.更进一步的，沿第一探测光发射器组件所发射上依次设有第一探测光发射器、衰减器、第一透镜、斩光盘、反射镜及第二透镜。
16.更进一步的，沿第二探测光发射器组件所发射上依次设有第二探测光发射器及第三透镜。
17.更进一步的，输出信号组件朝远离检测台方向依次设有滤光片、位置探测器、放大器及存储示波器。
18.更进一步的，还包括外壳，第一探测光发射器组件固定在外壳的内顶壁上，第二探测光发射器组件和输出信号组件分别固定设置在外壳的相对内侧壁上；外壳还设有一操作窗口。
19.本实用新型的有益技术效果：
20.本装置结构简单，通过载物台嵌设在凹槽内，采用高精度的配合，当升降机构在驱动载物台相对凹槽滑动的过程中载物台不易产发生倾斜，真空泵对凹槽施加负压，使得对载物台施加垂直于平面的均匀作用力，在凹槽限位作用下，载物台平稳的上下移动，同时在负压作用下使得载物台紧紧的贴合在升降机构顶部，保证调节的精度，确保调后的载物台各处高度一致，保证实验结果的准确性。
21.参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本实用新型的其他特性特征和优点将变得清晰。
附图说明
22.并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且与描述一起用于解释本实用新型的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本实用新型实施例一的剖视图；
24.图2为图1的局部放大图；
25.图3为本实用新型实施例一待检测样品放置于检测台的立体图；
26.图4为本实用新型实施例一的检测台分解图一；
27.图5为本实用新型实施例一的检测台分解图二；
28.图6为本实用新型实施例二的检测台分解图。
29.标号说明：
30.检测台100，测量装置200，待检测样品300，载物台1，升降机构2，固定支架3，真空泵4，探测光发射器5，输出信号组件6，槽孔11，升降柱21，固定框架22，凹槽31，通孔32，安装孔33，第一探测光发射器组件51，第二探测光发射器组件52。
具体实施方式
31.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
32.下面结合附图及实施例，详细说明该利用光热偏转技术测量固体热扩散率的装置。
33.实施例一
34.如图1至图5所示，本实用新型提供的一种利用光热偏转技术测量固体热扩散率的装置。包括检测台100及测量装置200，检测台100顶部设置有载物台1，测量装置200设置有探测光发射器5，探测光发射器5发射光线垂直照射于所述载物台1平面。待检测样品300放置在载物台1上，测量装置200用于对待检测样品300进行测量。
35.本实施例中，待检测样品300为固体材料，例如铝、硅、钛、锗等固体材料，待检测样品300的表面积均在25mm2以上，厚度在大于等于0.6mm，不同材质的待检测样品300的尺寸不同，本装置可调整载物台1与探测光之间的距离，同时保证载物台1在移动过程中保持载物台1平面的水平，进而保证不同待检测样品300的表面与探测光束的距离保持一致。
36.本具体实施例中，检测台100包括升降机构2和固定支架3；固定支架3的顶部设有与载物台1相适配的凹槽31，载物台1滑动连接于凹槽31内，载物台1的外侧壁与凹槽31的内部过渡配合。具体的，凹槽31内部与载物台1外侧壁之间具有间隙，且该间隙为0.04mm，能够保证载物台1相对凹槽31滑动过程中，由于凹槽31将载物台1限位而使载物台1平面不会发生倾斜问题。当然，在其它实施例中，凹槽31内壁和载物台1外侧壁的更光滑、粗糙度更低时，凹槽31内壁与载物台1外侧壁之间的间隙还可以做到更小。
37.升降机构2固定设置在固定支架3上，升降机构2的动力输出端顶部抵触在载物台1的底部；升降机构2推动载物台1往靠近探测光发射器5方向移动。由于凹槽31对载物台1的限位，使得载物台1在移动过程中不易发生倾斜，平稳性好。升降机构2可根据待检测样品300的高度尺寸进行调整待检测样品300与探测光之间的距离。
38.凹槽31的底壁设有一通孔32，如图4所示，升降机构2包括升降柱21及固定框架22，升降柱21的顶部为动力输出端；升降机构2通过固定框架22固定设置在固定支架3上，固定框架22可通过螺栓固定在固定支架3的底壁上；升降柱21穿设过通孔32且升降柱21的顶部抵触在载物台1的底部的下底面上。当然，在其它实施例中，固定框架22还可以通过焊接固定在固定支架3上，本领域技术人员可以根据需要进行设计。
39.本具体实施例中，如图1所示，检测台100还连接有真空泵4，真空泵4的吸气端连接于凹槽31的底部，以对凹槽31内提供负压，使得载物台1具有往凹槽31底部移动的运动趋
势。具体的，固定支架3的凹槽31底壁上设有一安装孔33，真空泵4的吸气端固定设置在安装孔33上。
40.当升降机构2远离探测光时，开启真空泵4抽取凹槽31内的空气，凹槽31内形成负压区，使得对载物台1施加垂直于载物台1平面的均匀作用力，同时在载物台1的自重力及凹槽31的限位作用下，载物台1能够平稳向升降机构2移动并紧紧的贴合在升降机构2的顶部，且移动顺畅；进一步保证了载物台1在相对凹槽31上下滑动过程中的平稳性。
41.本具体实施例中，如图2所示，载物台1的下底面设有与升降柱21顶部相适配的槽孔11，载物台1套设在升降柱21上，具体的，槽孔11的尺寸大于升降柱21顶部的尺寸，使得升降柱21的顶部与载物台1槽孔11的内顶壁接触，而升降柱21的外侧壁与槽孔11侧壁不产生接触；能够减少升降柱21在升降过程中由于自身可能产生的抖动对载物台1的影响，使载物台1在相对凹槽31滑动的平稳性。
42.如图5所示，升降柱21的顶部为平面结构，升降柱21与载物台1为面接触，升降柱21抵触在载物台1下底面的中心位置，保证载物台1相对凹槽31滑动的平稳性。
43.本具体实施例中，升降柱21由螺旋测微仪制成，螺旋测微仪精度高，可以精确至0.01mm。螺旋测微仪具有调节旋钮和微调旋钮；具体的，螺旋测微仪的顶端为动力输出端，抵触在载物台1的下底面；调节旋钮和微调旋钮位于螺旋测微仪的下端。
44.本具体实施例中，如图5所示，载物台1为圆形结构；在其他实施例中，载物台1还可以方形或椭圆形等，不限于此。
45.本具体实施例中，如图1所示，测量装置200包括探测光发射器5和输出信号组件6，探测光发射器5包括第一探测光发射器组件51和第二探测光发射器组件52；定义检测台的固定支架的顶面为水平面，第一探测光发射器组件51设置在检测台100的上方且第一探测光发射器组件51发射出探测光线垂直照射于载物台1平面，第二探测光发射器组件52设置在检测台100的一侧且第二探测光发射器组件52发射出检测光线沿水平方向照射在载物台1平面并折射出去，输出信号组件6设置在检测台100的另一侧且与第二探测光发射器组件相对应，用于接收和处理检测光线。
46.本实施例中，如图1所示，沿第一探测光发射器组件51所发射的光路上依次设有第一探测光发射器、衰减器、第一透镜、斩光盘、反射镜及第二透镜。
47.本实施例中，如图1所示，沿第二探测光发射器组件52所发射的光路上依次设有第二探测光发射器及第三透镜。
48.本实施例中，如图1所示，输出信号组件朝远离检测台100方向依次设有滤光片、位置探测器、放大器及存储示波器。
49.本具体实施例，如图1所示，还包括外壳，第一探测光发射器组件51固定在外壳的内顶壁上，第二探测光发射器组件52和输出信号组件6分别固定设置在外壳相对的两内侧壁上；外壳还设有一操作窗口，通过操作窗口对升降机构2的上升或下降进行控制。具体，当待检测样品300与探测光之间的距离需要缩小时，调整螺旋测微仪使载物台1朝靠近探测光的方向移动；当待检测样品300与探测光之间的距离需要变大时；整螺旋测微仪使载物台1朝靠近探测光的方向移动。
50.本具体实施例中，第一激光发射器为半导体激光器；第二激光发射器为he-ne激光器，he-ne激光器为低频激光器。
51.实施例二
52.如图6所示，本实施例与实施例一的区别在于升降柱21顶面结构的不同，升降柱21顶面的结构为球形结构，载物台1的下底面设有一大于该球形结构的球形凹槽，升降柱21顶面的球形结构抵触在球形凹槽内，升降柱21顶面与载物台1之间为点接触。能够进一步减少升降柱21在升降过程中由于自身可能产生的抖动对载物台1的影响，使载物台1在相对凹槽31滑动的平稳性。
53.本装置的具体使用过程：
54.半导体激光器发射出探测光线，探测光线通过衰减器并经第一透镜聚焦在斩光盘上，第一透镜聚焦使得探测光线的光束直径远小于斩光盘的狭缝宽度，斩光盘对聚焦后的探测光线进行低频调制，通过反射镜放射出至第二透镜进行再次聚焦在待检测样品300表面，直至待检测样品300表面形成稳定的温度场分布，并最终形成稳定的折射率梯度分布。
55.he-ne激光器发射出检测光线掠过已形成稳定折射率梯度分布的待检测样品300表面，且传播方向发生偏转，进入滤光片，并通过位置探测器对偏转量进行测量，将测量的输出信号经放大器放大后送至存储示波器中，最终输出至外端电脑中显出，输出数据，完成检测。测量原理参考论文《利用光热光偏转技术测量固体热扩散率的新方法》。
56.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
57.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种利用光热偏转技术测量固体热扩散率的装置，包括检测台及测量装置，所述检测台上设置有载物台，所述测量装置设置有探测光发射器，所述探测光发射器发射光线垂直照射于所述载物台；其特征在于：检测台还包括升降机构和固定支架；固定支架的顶部设有与载物台相适配的凹槽，载物台滑动连接于凹槽内，所述载物台外侧壁与所述凹槽内部过渡配合；升降机构固定设置在固定支架上，升降机构的动力输出端顶部抵触在载物台的底部；升降机构推动所述载物台往靠近所述探测光发射器方向移动；检测台还连接有真空泵，所述真空泵的吸气端连接于所述凹槽底部，以对凹槽内提供负压，使得所述载物台具有往所述凹槽底部移动的运动趋势。2.根据权利要求1所述的利用光热偏转技术测量固体热扩散率的装置，其特征在于：所述升降机构包括升降柱及固定框架；凹槽的底壁上设有通孔，升降机构通过固定框架固定设置在固定支架上，升降柱穿设过通孔且升降柱的顶部抵顶在载物台的底部。3.根据权利要求2所述的利用光热偏转技术测量固体热扩散率的装置，其特征在于：所述升降柱顶面为平面结构。4.根据权利要求2所述的利用光热偏转技术测量固体热扩散率的装置，其特征在于：所述升降柱顶面为球形结构。5.根据权利要求2所述的利用光热偏转技术测量固体热扩散率的装置，其特征在于：所述升降柱由螺旋测微仪制成。6.根据权利要求1所述的利用光热偏转技术测量固体热扩散率的装置，其特征在于：所述测量装置包括探测光发射器和输出信号组件；其中探测光发射器包括第一探测光发射器组件和第二探测光发射器组件；定义检测台的固定支架顶面为水平面，第一探测光发射器组件设置在检测台的上方且第一探测光发射器组件发射出的探测光线垂直照射于载物台平面，第二探测光发射器组件设置在检测台的一侧且第二探测光发射器组件发射出的检测光线沿水平方向照射在载物台平面并从载物台平面折射出去，输出信号组件设置在检测台的另一侧且与第二探测光发射器组件相对应，用于接收和处理第二探测光发射器组件所发射出的检测光线。7.根据权利要求6所述的利用光热偏转技术测量固体热扩散率的装置，其特征在于：沿第一探测光发射器组件所发射的光路上依次设有第一探测光发射器、衰减器、第一透镜、斩光盘、反射镜及第二透镜。8.根据权利要求6所述的利用光热偏转技术测量固体热扩散率的装置，其特征在于：沿第二探测光发射器组件所发射的光路上依次设有第二探测光发射器及第三透镜。9.根据权利要求6所述的利用光热偏转技术测量固体热扩散率的装置，其特征在于：所述输出信号组件朝远离检测台方向依次设有滤光片、位置探测器、放大器及存储示波器。10.根据权利要求6所述的利用光热偏转技术测量固体热扩散率的装置，其特征在于：还包括外壳，第一探测光发射器组件固定在外壳的内顶壁上，第二探测光发射器组件和输出信号组件分别固定设置在外壳的相对内侧壁上；外壳还设有一操作窗口。

技术总结
本实用新型公开了一种利用光热偏转技术测量固体热扩散率的装置，包括检测台及测量装置，检测台上设置有载物台，测量装置设置有探测光发射器，探测光发射器发射光线垂直照射于载物台平面；检测台还包括升降机构和固定支架；固定支架的顶部设有与载物台相适配的凹槽，载物台滑动连接于凹槽内，载物台外侧壁与凹槽内部过渡配合；升降机构固定设置在固定支架上，升降机构的动力输出端顶部抵触在载物台的底部；升降机构推动载物台往靠近探测光发射器方向移动；检测台还连接有真空泵，真空泵的吸气端连接于凹槽底部，以对凹槽内提供负压，使得载物台具有往凹槽底部移动的运动趋势。载物台相对凹槽滑动的过程中不易产发生倾斜，且调节的精度高。调节的精度高。调节的精度高。


技术研发人员：曾胜财
受保护的技术使用者：厦门海洋职业技术学院
技术研发日：2022.12.09
技术公布日：2023/7/23