一种材料低频噪声信息采集用适配器的制作方法

本实用新型属于材料分析领域，具体涉及一种材料低频噪声信息采集用适配器，能够作为材料低频噪声信息采集中均匀电场、温度、压力的施加装置。

背景技术：

在20世纪60年代～90年代，噪声仅是一个单位为分贝的表征电子产品优劣的表征参量，科学认为噪声级别过高是产品质量欠佳的表现，但是对其深层次的科学意义并未深究，未能及时认识到噪声功率谱密度-频率曲线所蕴含的丰富的材料内部信息。随着科学的发展，国外多个研究团队利用稳压电源和频谱仪观测到了导体材料、器件的噪声，尤其是低频噪声信息随频率的变化规律，并推测该信息可反映导体材料、器件内在质量和可靠性的优劣。目前，材料和器件的低频噪声信息与其辐照效应、微观氧化物电荷、界面态的感生变化及界面态的能量分布的对应关系成为研究热点。但是，材料的噪声信号非常微弱，其噪声信息测量比常规器件更为困难，极大的阻碍了材料低频噪声信息相关研究的进程。

材料噪声信号测试技术中存在的问题是，（1）现有的噪声测试适配器无法满足所有材料噪声信息测试的需求。现有的噪声信息采集用适配器电流、电压接入方式为探针式，适用于导体和器件，但对于半导体和绝缘体材料，单点接入材料表面的电流无法在材料内部形成均匀电场，获得的噪声信息无法表征材料的整体性能；（2）未将温度和压力的变化引入噪声信息测试中。材料的性质（如相态、电阻率、电容、内部载流子迁移率等）都与温度和压力息息相关，但是现有的适配器都没有将温度和压力组件集成在适配器中，无法获得确定温度和压力下的材料的噪声变化；（3）适配器作为噪声采集系统前端组件，其噪声为整个系统噪声本底的主要来源，但是现有适配器的噪声本底过高，无法满足弱信号的测试。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种材料低频噪声信息采集用适配器。本实用新型配合电压偏置器对材料上下表面施加均匀电压，激发材料内部低频噪声，并将噪声信息传输到材料噪声信息提取电路中，同时具备加温、加压和温度、压力测试功能，可实时模拟高温、加压环境下材料的性能变化。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型的材料低频噪声信息采集用适配器，其特点是，所述的适配器含有样品上夹层制动组件、样品上夹层、样品下夹层、支架平台、支架平台支撑柱、温控-测压组件、温控-测压连接线、电压接入-输出端口、电压接入-输出端口固定旋柱和旋转固定环，其中，所述的样品上夹层制动组件包括弹簧定位杆Ⅰ、弹簧定位杆Ⅱ、弹簧、转向杆、支架杆和双向转杆。其连接关系是，所述的支架平台的四端设有螺纹孔，四个支架平台支撑柱通过螺纹分别与支架平台的螺纹孔相契合，用于调节支架平台的高度。所述的支架杆固定设置在支架平台上。所述的转向杆顶端设置有方槽、中段设置有通孔，转向杆通过通孔与支架杆相互嵌合。所述的弹簧定位杆Ⅰ固定于支架杆一侧的支架平台上，弹簧定位杆Ⅱ固定于转向杆上，弹簧定位杆Ⅰ与弹簧定位杆Ⅱ上下对应设置，弹簧两端分别与弹簧定位杆Ⅰ、弹簧定位杆Ⅱ连接。所述的双向转杆两端开孔，双向转杆的一端开孔与转向杆的方槽相互嵌合，双向转杆与转向杆之间有一转动角α。所述的电压接入-输出端口固定旋柱固定设置于支架杆另一侧的支架平台上，电压接入-输出端口固定旋柱为空心圆筒，上表面闭合，电压接入-输出端口固定旋柱上表面侧方设置有一孔，电压接入-输出端口固定旋柱外筒面上下两端均设置有螺纹结构。所述的样品下夹层由金属电极板和下端侧方开孔圆筒构成，样品下夹层的下端圆筒与电压接入-输出端口固定旋柱螺纹连接。所述的电压接入-输出端口固定旋柱与样品下夹层之间设置有温控-测压组件。由温控件和平板式测压计构成的温控-测压组件位于样品下夹层的下端圆筒内。所述的温控-测压组件上表面与样品下夹层的金属电极板紧密贴合，下表面与电压接入-输出端口固定旋柱的上表面紧密贴合。所述的样品下夹层上方对应设置有样品上夹层。所述的样品上夹层由电极板和上端开孔板构成，双向转杆的另一端开孔与样品上夹层的上端开孔板相互嵌合。所述的电压接入-输出端口的负极与电压接入-输出端口固定旋柱下端连接。所述的温控-测压连接线依次贯穿样品下夹层和支架平台，温控-测压连接线一端与温控-测压组件连接，另一端与外部的温度控制和读出设备和压力测试设备相连。所述的旋转固定环设置在电压接入-输出端口固定旋柱的外环面，旋转固定环的内螺纹与电压接入-输出端口固定旋柱的外螺纹相契合。所述的电压接入-输出端口的正极通过金属导线与样品上夹层相连接，金属导线贯穿电压接入-输出端口固定旋柱的上表面侧方开孔和支架平台。样品置于样品上夹层与样品下夹层之间。

所述的转动角α的角度范围为0°~ 190°。

所述的样品上夹层电极板、样品下夹层电极板的厚度≥5mm。

所述的温控-测压组件中的温控件和平板式测压计均为市售产品。

所述的转向杆、支架杆、双向转杆和支架平台的材料采用聚四氟乙烯或绝缘陶瓷。

所述的样品上夹层、样品下夹层、电压接入-输出端口正极、电压接入-输出端口负极和电压接入-输出端口固定旋柱的材料采用铜、铜镀金、金、银中的一种。

本实用新型的电压接入-输出端口固定旋柱上下两端设置螺纹，中段为光滑面，上下两端的螺纹利于进行其他组件的连接，中段光滑面利于贯穿支架平台。

本实用新型的样品下夹层的下端侧方开孔圆筒外表面为螺纹结构，利于与电压接入-输出端口固定旋柱螺纹相接。

本实用新型的样品上夹层制动组件具备两个功能：（1）提拉样品上夹层，使其可以上下移动，给予样品上夹层足够的转动空间，便于样品的取放。本实用新型利用弹簧定位杆Ⅰ、弹簧定位杆Ⅱ、弹簧、转向杆和支架杆完成样品上夹层的提拉，利用支架杆、双向转杆和样品上夹层的嵌合方式完成样品上夹层的灵活转动，使得样品上夹层转动角度最大可达到190°；（2）施予样品上夹层一定的压力，样品放置于样品下夹层后，样品上夹层可以在样品表面自动找平，使得样品上夹层、样品和样品下夹层互相紧密接触，便于在样品区形成均匀电场。本实用新型中弹簧作为压力源，通过支架杆、双向转杆和样品上夹层对样品施加压力，通过更换不同弹性的弹簧，可实现对样品表面压力的改变。本实用新型中支架杆、双向转杆和样品上夹层的嵌合通过螺栓形成转动式连接，三者的结合部皆可自由转动，该种结合形式在压力的作用下在达到力的平衡时就可实现样品上夹层在样品表面的自动找平功能。

本实用新型在噪声信息测试系统中的电路工作原理为：电压偏置器通过电压接入-输出端口正极和电压接入-输出端口负极将电流接入样品上夹层和样品下夹层，在样品上夹层和样品下夹层之间形成均匀电场，电流流经样品上夹层、样品和样品下夹层，激发样品的低频噪声。同时，在样品内部缺陷的作用下，初始电流转变为包含样品噪声信号的电流。该电流通过电压接入-输出端口负极导入到噪声信息提取装置中，噪声信息提取装置对样品的噪声信息进行提取。

由于噪声信息非常灵敏，适配器自身所引入的少量的电磁干扰和漏电都会引入大量的干扰信号，混淆真实噪声信息，致使测试失败，因此本实用新型的电流流通组件，包含样品上夹层、样品下夹层、电压接入-输出端口正极、电压接入-输出端口负极和电压接入-输出端口固定旋柱，必须为高纯度的良导体。良导体会减小电流在适配器中电流流通组件中的损耗，导体的高纯度会减小电流在适配器中电流流通组件中的电流密度涨落，降低适配器的噪声本底。且在同一适配器中，样品上夹层、样品下夹层、电压接入-输出端口正极、电压接入-输出端口负极和电压接入-输出端口固定旋柱的材质必须一致，避免不同导体之间的接触电势差引入的信号干扰。同时，本实用新型的非电流流通组件，包含支架平台、支架平台支撑柱和旋转固定环，必须为高绝缘性材料，这样将流经的适配器的电子限制于适配器的电流流通组件内，利于提高样品内部的电流密度，减少漏电危害。

噪声测试过程中，样品处于均匀电场中才能确保样品内部各点的电流密度相同，进而避免电流密度不同造成的噪声涨落。当样品上夹层电极板和样品下夹层电极板的材料为铜、铜镀金、金、银等低阻导体中的一种时，依据平行电容内部电场计算公式，在样品上下表面建立均匀电场，本实用新型的样品上夹层电极板和样品下夹层电极板的厚度必须等于或大于5mm。

本实用新型的温控-测压组件具备的功能：（1）通过温控-测压连接线与外部的温度控制设备相连，对样品提供热源，温度范围为常温～200℃；（2）通过温控-测压连接线与外部的温度读出设备相连，对样品的实际温度进行测试；（3）通过温控-测压连接线与外部的压力测试设备相连，测试不同弹簧施加于样品上的压力。

本实用新型的材料低频噪声信息采集用适配器有益效果是，能够对材料施加均匀电压、温度和压力，激发材料内部低频噪声，并将噪声信息传输到材料噪声信息提取电路中，具备温度、压力测试功能，能够用于高温、加压环境下的材料性能模拟评估测试中。本实用新型通过各组件材料的选配，降低了适配器本底噪声，利于噪声弱信号测试。就样品导电性质而言，本实用新型适用于导体、半导体、绝缘体等材料的低频噪声信息测试。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中A-A剖面图；

图中，11. 弹簧定位杆Ⅰ 12. 弹簧 13. 弹簧定位杆Ⅱ 14. 转向杆 15. 支架杆 16. 双向转杆 17. 样品上夹层 18. 样品 19. 样品下夹层 20. 支架平台支撑柱Ⅰ 21. 温控-测压组件 22. 电压接入-输出端口 23. 温控-测压连接线 24. 支架平台 25. 电压接入-输出端口固定旋柱 26 . 旋转固定环。

具体实施方式

为了更充分的解释本实用新型的实施，提供下述实施例对本实用新型进行说明。这些实施例仅仅是解释、而不限制本实用新型的范围。

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

实施例1

图1为本实用新型的三维示意图，图2为图1中A-A局部剖面图。

在图1、图2中，本实用新型的一种材料低频噪声信息采集用适配器含有样品上夹层制动组件、样品上夹层17、样品下夹层19、支架平台24、支架平台支撑柱、温控-测压组件21、温控-测压连接线23、电压接入-输出端口22、电压接入-输出端口固定旋柱25和旋转固定环26，其中，所述的样品上夹层制动组件包括弹簧定位杆Ⅰ11、弹簧定位杆Ⅱ13、弹簧12、转向杆14、支架杆15和双向转杆16；其连接关系是，所述的支架平台24的四端设有螺纹孔，四个支架平台支撑柱通过螺纹分别与支架平台24的螺纹孔相契合，用于调节支架平台24的高度，保持支架平台24的平衡；所述的支架杆15固定设置在支架平台24上；所述的转向杆14顶端设置有方槽、中段设置有通孔，转向杆14通过通孔与支架杆15相互嵌合，从而通过固定于支架平台24的支架杆15获得支撑力；所述的弹簧定位杆Ⅰ11固定于支架杆15一侧的支架平台24上，弹簧定位杆Ⅱ13固定于转向杆14上，弹簧定位杆Ⅰ11与弹簧定位杆Ⅱ13上下对应设置，弹簧12两端分别与弹簧定位杆Ⅰ11、弹簧定位杆Ⅱ13连接；所述的双向转杆16两端开孔，双向转杆16的一端开孔与转向杆14的方槽相互嵌合，双向转杆16与转向杆14之间有一转动角α；所述的电压接入-输出端口固定旋柱25固定设置于支架杆15另一侧的支架平台24上，电压接入-输出端口固定旋柱25为空心圆筒，上表面闭合，电压接入-输出端口固定旋柱25上表面侧方设置有一孔，电压接入-输出端口固定旋柱25外筒面上下两端均设置有螺纹结构；所述的样品下夹层19由金属电极板和下端侧方开孔圆筒构成，样品下夹层19的下端圆筒与电压接入-输出端口固定旋柱25螺纹连接；所述的电压接入-输出端口固定旋柱25与样品下夹层19之间设置有温控-测压组件21；由温控件和平板式测压计构成的温控-测压组件21位于样品下夹层19的下端圆筒内；所述的温控-测压组件21上表面与样品下夹层19的金属电极板紧密贴合，下表面与电压接入-输出端口固定旋柱25的上表面紧密贴合；所述的样品下夹层19上方对应设置有样品上夹层17；所述的样品上夹层17由电极板和上端开孔板构成，双向转杆16的另一端开孔与样品上夹层17的上端开孔板相互嵌合；所述的电压接入-输出端口22的负极与电压接入-输出端口固定旋柱25下端连接；所述的温控-测压连接线23依次贯穿样品下夹层19和支架平台24，温控-测压连接线23一端与温控-测压组件21连接，另一端与外部的温度控制和读出设备和压力测试设备相连；所述的旋转固定环26设置在电压接入-输出端口固定旋柱25的外环面，旋转固定环26的内螺纹与电压接入-输出端口固定旋柱25的外螺纹相契合；所述的电压接入-输出端口22的正极通过金属导线与样品上夹层17相连接，金属导线贯穿电压接入-输出端口固定旋柱25的上表面侧方开孔和支架平台24；样品18置于样品上夹层17与样品下夹层19之间。

所述的弹簧12为噪声测试样品18提供压力。

本实施例中，本实用新型设置有四个支架平台支撑柱，支架平台支撑柱20是其中一个。

所述的转向杆14、支架杆15、双向转杆16和支架平台24材料采用聚四氟乙烯；所述的样品上夹层17电极板、样品下夹层19、电压接入-输出端口22正极材料、电压接入-输出端口22负极和电压接入-输出端口固定旋柱25材料采用铜；所述的样品上夹层17电极板、样品下夹层19电极板的厚度为5mm；所述的转动角α的角度最大为190°，本实施例中显示α为90°；所述的温控-测压组件21温控范围为常温～200℃。

本实用新型的主要部件为支架平台24、支架平台支撑柱、样品上夹层制动组件、样品上夹层17、样品下夹层19、温控-测压组件21和电压接入-输出端口22。其中，样品上夹层制动组件调节控制样品上夹层17的高度，并对样品18施加压力。温控-测压组件21可通过样品下夹层19对样品18加温，并测试样品18上所加温度和压力。电压偏置器通过电压接入-输出端口22的正极将电流I₁接入样品上夹层17，电流I₁流经样品上夹层17、样品18和样品下夹层19，激发样品18的低频噪声。同时，在样品18内部缺陷的作用下，电流I₁转变为包含噪声电流的电流I₂，电流I₂通过电压接入-输出端口22导入到噪声信息提取装置中，噪声信息提取装置对样品18的噪声信息进行提取。

实施例2

本实施例的结构与实施例1相同。不同之处是，所述的样品上夹层17电极板厚度为9mm，样品下夹层19电极板厚度为9mm；本实施例中转动角α为190°；所述的转向杆14、支架杆15、双向转杆16和支架平台24材料采用绝缘陶瓷；所述的样品上夹层17电极板、样品下夹层19、电压接入-输出端口22正极材料、电压接入-输出端口22负极和电压接入-输出端口固定旋柱25材料采用镀金铜。

实施例3

本实施例的结构与实施例1相同。不同之处是，所述的样品上夹层17电极板厚度为6mm，样品下夹层19电极板厚度为6mm；本实施例中转动角α为120°；所述的样品上夹层17电极板、样品下夹层19、电压接入-输出端口22正极材料、电压接入-输出端口22负极和电压接入-输出端口固定旋柱25材料采用金。

实施例4

本实施例的结构与实施例1相同。不同之处是，所述的样品上夹层17电极板厚度为6mm，样品下夹层19电极板厚度为6mm；所述的转向杆14、支架杆15、双向转杆16和支架平台24材料采用绝缘陶瓷；所述的样品上夹层17电极板、样品下夹层19、电压接入-输出端口22正极材料、电压接入-输出端口22负极和电压接入-输出端口固定旋柱25材料采用银。

本实用新型不局限于上述具体的实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。