专利名称：光热偏转热导系数测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光热偏转应用技术，也涉及固体物质热导系数的测量技术。
现有技术中，已经能够使用光热偏转技术来测量较大平面的固体物质的热导系数。其通常的做法有以下两种方式；一种是将浸泡在液体介质中(盛放在液体介质池中)的样品夹持在支承架上，使其被测平面与水平面垂直放置。探测光束从水平方向掠射该平面，用以加热的激发光束从被测平面的正前方会聚到该平面上，并在该平面的某一区域内扫描，然后将其测得的数据与基准样品的数据进行比较，作数据分析计算出被测样品的数值。这样的测量方式存在以下问题被测样品的夹持十分困难，而且测量时需对被测样品的位置坐标的五个自由度进行调整，非常繁琐且难以精确调准；另一种方式是，将池中的样品放在支承架上，其被测平面向上，探测光束仍然从水平方向掠射被测平面，用以加热的激发光自上而下会聚到该平面上。这种方式虽然使样品位置坐标的调节相对较为容易，但其被测样品的加工精度要求较高，即要求样品的被测平面与其背面有很好的平行度，因而不能充分利用光热偏转法非破坏性测量的优点。另一方面，激发光光路准直，会聚和扫描装置必须设置在介质池的上方，不仅支承固定较为麻烦，而且因其占用空间大，不方便操作。由于以上原因，至今尚未有定型的光热偏转测量热导系数的整机。现在的实际工作中需使用时，通常是临时将有关组件拼凑在一起，精心调试，当测试完成后，即分解为散件，十分不便，因此一般只能在实验室中使用。
本实用新型的目的在于，提供一种能够方便调整、方便操作的光热偏转测量热导系数的仪器。
本实用新型的目的由以下方式实现本实用新型光热偏转热导系数测量仪，包括有垂直照射聚焦到样品被测表面进行加热并定域扫描的激发光发生器及准直、会聚、调焦机构，从水平方向掠射被测表面的探测光发射器，以及放置在液体介质池中的样品支承架，所述液体介质池放置在能进行二维或三维方向移动的工作台上，其特征在于所述放置在液体介质池中的样品支承架是两根相互平行的条形件，两条形件的上表面与同一水平面重合，在二根条形件上分别接有连杆向上伸出到液体介质池外，并连接到能调节二者间距的平动装置上，该平动装置固接在工作台上，液体介质池底面及与上述二条形件相垂直的侧面由透明光学玻璃构成，放置液体介质池的工作台有上下贯通的空缺或孔槽，液体介质池底部裸露在该空缺中，所述激发光发生器及准直、会聚、调焦机构安装在工作台空缺下方底座的一维精细平动机构上，激发光束从其空缺中自下而上垂直发射。探测光发射器放置在平行条形件的方向上，探测光束平行于条形件并掠射其上表面。也能够在所述工作台空缺下方的底座上设置一维精细水平平动机构，并在该平动机构上设置准直、会聚、调焦机构和光学平面反射镜，激发光发射器置于反射镜镜面前方的底座上，准直、会聚、调焦机构位于二者之间，其中准直、会聚、调焦机构的光轴平行于平动方向，激发光束和该光轴重合，光学平面反射镜镜面和水平面成135°角，其迎光面法线和所述一维精细水平平动机构的平动方向成45°角，准直、会聚、调焦机构的光轴平行于该平动方向，激发光束和该光轴重合，经准直、会聚、调焦后的激发光束由光学平面反射镜垂直照射到工作台的空缺中，聚焦于条形件上表面所处的平面上。
本实用新型的光热偏转热导系数测试仪，其样品支承架的上平面是经过加工的基准面，并与水平面重合，进行测量操作时，将样品的被测平面与之接触，只要该被测平面达到平整度要求，即能保证探测光束掠射该平面，保证激发光束与之垂直并良好聚焦，从而保证测量工作的顺利进行，完全克服了现有技术中需对被测样品进行双面精加工的缺点，也克服了需对被测样品进行多个自由度调节的情况。激发光发射器及光路扫描装置设置在工作台下方或其下方附近，不影响测试人操作，给测试工作带来方便。所述调节样品支承架间距的一维平动机构、工作台的二维或三维移动机构、激光发射器安装机构、准直、会聚、调焦及反射镜的安装机构以及所述一维平动机构均为现有技术，结构简单、技术成熟，体积也能控制在较小的尺寸以内，因此能方便地组合成整机，克服了现有技术中临时拼凑现象，大大缩短了安装测试过程，提高了工作效率，从而能运用到工业生产中。
本实用新型的光热偏转测试仪，能够用于多种固体物质的热导系数的测量。对刚性固体，需有一个平整的被测平面，对于柔性固体，例如有机薄膜，则可将其粘贴在刚性平板上，即能进行测量。
下面通过附图及实施例作进一步描述。
图1是本实用新型所述测量仪的一种实施例的结构示意图。
图2是图1的左视图。图中采用了B——B剖视。
图3是图1的A向视图，用以表达平动装置结构情况。
参见图1，图中(1)为现有技术中常见的三维工作台，(2)为方形的敞口液体介质池，池中装有常用液体介质如无水乙醇，该池底部中部裸露在工作台的方形空缺中，池的底部和周壁均由透明光学玻璃构成。(3)为用以支承样品的两根条形件，该二根条形件浸没在液体介质中，二条形件相互平行，其上表面在同一水平面上。在此二根条形件上分别固定连接有连杆(4)、(5)，它们均向上伸至液体介质池外，并连接到一个能调节二根条形件间距的平动装置(6)上(参见图3)。(7)为一个发射功率大于10mW的激发光发射激光器，它安装在底座(8)上。(9)为现有技术常见的一维水平精细移动装置，其上安装有现有技术中成熟的准直、会聚和调焦机构(10)和光学平面反射镜(11)，安装时使激光器发射的光束轴线和调焦机构(9)的光轴重合，并且要求准直、会聚和调焦机构的光轴呈水平状并平行于一维水平精细移动装置的移动方向。光学平面反射镜(11)放置在工作台空缺的下方，安装时要求其迎光面朝向调焦机构，镜面法线与准直、会聚调焦机构(10)的光轴成45°夹角，镜面和水平面成135°。激光束经准直、会聚、调焦，再经光学平面反射镜(11)反射，垂直聚焦到二条形件上表面所在的水平面上，以加热放在此平面上的被测样品。进行测量操作时调节一维水平精细移动装置，即可实现激光束在被测样品表面内的定域扫描。(12)为三维工作台的驱动机构及控制器，它安装在底座架内。
参见图2，本图在表达时省去了工作台以下结构。(13)为探测光激光器，放置在液体介质池后面的底座(8)上，它发出的探测光束与二根条形件平行，并掠射条形件上表面所在水平面，所用的探测光激光器为TEM00模单模小功率激光器。
参见图3，(14)为有两个水平向导轨槽的导轨座，它固定在图1所示三维工作台上，(15)、(16)为二根平行的水平活动支架，分别配合安装在两个导轨槽中，(17)为现有技术中的螺纹驱动装置，它能够分别带动二支架沿导轨槽中方向平稳滑动，该二支架的另一端分别和图1中连杆(4)、(5)连接，通过该二根水平活动支架的相对伸缩，带动条形件(3)横向移动，实现间隙调节，以满足不同尺寸的被测样品的需要。
权利要求1.一种光热偏转热导系数测量仪，包括有垂直照射聚焦到样品被测表面进行加热并定域扫描的激发光发射器及准直、会聚、调焦机构，从水平方向掠射被测表面的探测光发射器，以及放置在液体介质池中的样品支承架，所述液体介质池放置在能进行二维或三维方向移动的工作台上，其特征在于所述放置在液体介质池中的样品支承架是两根相互平行的条形件，两条形件的上表面与同一水平面重合，在二根条形件上分别接有连杆向上伸出到液体介质池外，并连接到能调节二者间距的平动装置上，该平动装置固连在工作台上；液体介质池的底面及其与上述二条形件相垂直的侧面由透明光学玻璃构成，放置液体介质池的工作台有上下贯通的空缺或孔槽，液体介质池底部裸露在该空缺中；所述激发光发射器及准直、会聚、调焦机构安装在工作台空缺下方底座的一维精细平动机构上，激发光束从其空缺中自下而上垂直发射；探测光发射器放置在平行条形件的方向上，探测光束平行于条形件并掠射其上表面。
2.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于也能够在所述工作台空缺下方的底座上设置一维精细水平平动机构，并在该平动机构上设置准直、会聚、调焦机构和光学平面反射镜，激发光发射器置于反射镜镜面前方的底座上，准直、会聚、调焦机构位于二者之间，其中准直、会聚、调焦机构的光轴平行于平动方向，激发光束和该光轴重合，光学平面反射镜镜面和水平面成135°角，其迎光面法线和所述一维精细水平平动机构的平动方向成45°角，准直、会聚、调焦机构的光轴平行于该平动方向，激发光束和该光轴重合，经准直、会聚、调焦后的激发光束由光学平面反射镜垂直照射到工作台的空缺中，聚焦于条形件上表面所处的平面上。
专利摘要本实用新型涉及光热偏转应用技术以及固体物质热导系数的测量技术。它包括能对被测表面加热并定域扫描的激发光发射器及其准直会聚调焦机构、从水平方向掠射被测表面的探测光发射器,样品架置于液体介质池中,该池放在二维或三维工作台的上下贯通的空缺或孔槽处,池底部为透明玻璃并裸露在空缺中,样品架是两根相互平行并能调节间距的条形件,其上表面与同一水平面重合,激发光束从空缺中自下而上射到被测平面上,探测光束从液体介质池的透明侧面掠射被测表面。
文档编号G01N25/20GK2364461SQ9922802
公开日2000年2月16日 申请日期1999年4月21日 优先权日1999年4月21日
发明者叶祉渊, 方容川, 王冠中, 张纪法, 沈维康, 孙青 申请人:中国科学技术大学