[发明专利]一种电热性能检测系统与检测方法在审
申请号: | 201811570593.X | 申请日: | 2018-12-21 |
公开(公告)号: | CN111351815A | 公开(公告)日: | 2020-06-30 |
发明(设计)人: | 刘运牙;山东良;潘锴;欧云 | 申请(专利权)人: | 湘潭大学 |
主分类号: | G01N25/20 | 分类号: | G01N25/20;G01N27/00;G01Q60/24 |
代理公司: | 长沙市融智专利事务所(普通合伙) 43114 | 代理人: | 杨萍 |
地址: | 411105 湖*** | 国省代码: | 湖南;43 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 电热 性能 检测 系统 方法 | ||
1.一种电热性能检测系统,其特征在于,包括信号发生器、高压放大器、变温台、热探针、原子力显微镜主控器、探针信号控制器和信号采集与处理器;
所述信号发生器用于产生电压信号;
所述高压放大器用于对信号发生器输入的电压信号进行放大,然后施加于待测样品上,用来激励待测样品产生电热效应;
所述变温台用于承载待测样品、调节待测样品的温度,并对热探针进行标定,获得热探针上的电信号随温度变化的曲线;
所述热探针的针尖与待测样品接触,用于感知待测样品的温度变化,并转换为电信号;
所述原子力显微镜主控器与热探针连接,用于对热探针进行空间定位;
所述探针信号控制器与热探针连接,用于向热探针施加电信号,并检测热探针上的电信号变化;
所述信号采集与处理器与探针信号控制器连接,用于采集和处理探针信号控制器检测到的热探针上的电信号。
2.根据权利要求1所述的电热性能检测系统,其特征在于,所述热探针包括两条悬臂,两条悬臂的前端相接触,构成为热探针的针尖,针尖部分由热敏电阻构成。
3.根据权利要求1所述的电热性能检测系统,其特征在于,所述探针信号控制器包括惠斯通电桥和差分信号放大器;
所述惠斯通电桥包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂,所述第一桥臂上设有第一定值电阻,所述第二桥臂上设有第二定值电阻,所述第三桥臂上设有可变电阻器,所述第四桥臂上接有热探针;所述第一桥臂与第二桥臂的连接点记为第一结点,所述第二桥臂与第三桥臂的连接点记为第二结点,所述第三桥臂与第四桥臂的连接点记为第三结点,所述第四桥臂与第一桥臂的连接点记为第四结点;所述第一结点连接探针信号控制器的输入信号源,所述第二结点连接差分信号放大器的第二输入端,所述第三结点连接接地端,所述第四结点连接差分信号放大器的第一输入端;
所述差分信号放大器的输出端连接信号采集与处理器。
4.根据权利要求1所述的电热性能检测系统,其特征在于,所述原子力显微镜主控器包括信号发生模块,其输出端连接探针信号控制器,作为探针信号控制器的输入信号源,用于驱动探针信号控制器。
5.一种电热性能检测方法,其特征在于,采用权利要求1~4中任一项所述的电热性能检测系统,检测方法包括以下步骤:
步骤1、通过变温台与热探针接触,热探针感知变温台温度变化,并将其转换为电信号;探针信号控制器对热探针输出的电信号进行检测,并由信号采集与处理器进行采集;信号采集与处理器根据采集到的电信号,以及变温台的温度变化,得到热探针上的电信号随温度变化的曲线;
步骤2、通过信号发生器产生电压信号,经高压放大器放大后施加到待测样品,激励待测样品产生电热效应;热探针感知待测样品表面由于电热效应引起的温度变化,并将其转换为电信号;探针信号控制器对热探针输出的电信号进行检测,并由信号采集与处理器进行采集;信号采集与处理器先根据采集到的电信号和步骤1获得的热探针上的电信号随温度变化的曲线,得到待测样品的温度变化情况,再结合待测样品上施加的电压,获得其电热性能参数。
6.根据权利要求5所述的电热性能检测方法,其特征在于,通过原子力显微镜将热探针定位在待测样品表面某一点,检测待测样品上该点电热性能参数的时间弛豫情况。
7.根据权利要求5所述的电热性能检测方法,其特征在于,通过原子力显微镜控制热探针在待测样品表面移动,对待测样品一定区域进行扫描测量,获得待测样品电热性能参数的空间分布情况。
8.根据权利要求5所述的电热性能检测方法,其特征在于,所述信号采集与处理器的数据点采集时间间隔小于0.1毫秒。
9.根据权利要求5~8中任一项所述的电热性能检测方法,其特征在于,将ΔT/ΔE作为电热性能参数,其中ΔT表示温度变化,ΔE表示电场变化,ΔE=ΔU/d,ΔU为施加在待测样品上的激励电压的变化量,d为电极间距离;当变温台上设有两个电极,且两个电极位于待测样品两端时,d等于待测样品的长度;当变温台上只设置一个电极,该电极位于待测样品底部,将热探针的针尖作为另一电极时,d等于待测样品的厚度。
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