專利名稱：相變溫度測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種測(cè)量裝置，特別是相變溫度測(cè)量裝置，涉及物理測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域。
材料的相變溫度一直是材料、物理學(xué)科的研究及其應(yīng)用所關(guān)注的重要參數(shù)。目前測(cè)量材料在液、固態(tài)下發(fā)生相變的相變溫度主要有高溫X射線衍射儀及差熱分析儀，前者不能用于對(duì)非晶態(tài)材料、有機(jī)物及高聚合物相變溫度的測(cè)量，后者則是測(cè)量精度不高。另外，兩者均不能在相變溫度測(cè)量的全過(guò)程中對(duì)材料進(jìn)行連續(xù)的、各瞬時(shí)狀態(tài)下的準(zhǔn)確研究。
本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量裝置，特別是相變溫度測(cè)量裝置，該裝置能準(zhǔn)確測(cè)量各種材料的相變溫度以及觀察相變的動(dòng)態(tài)過(guò)程。
本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種測(cè)量裝置特別是相變溫度的測(cè)量裝置，其特征是作為偏振光源的偏振激光器發(fā)出的一束偏振光的光路上，依次設(shè)置有加熱器及其測(cè)溫部件、偏振器、聚光棱鏡及光探測(cè)器，測(cè)溫部件及光探測(cè)器的輸出端分別與計(jì)算機(jī)相連。
本裝置的工作原理是偏振激光器發(fā)出的一束偏振光透過(guò)材料時(shí)，隨材料的不同，其偏振方向都要發(fā)生相應(yīng)的改變。當(dāng)透過(guò)的偏振光入射至偏振器中的偏振片時(shí)，若偏振光的偏振方向與偏振片的偏振軸方向垂直，則該入射光將被偏射片吸收，而使透過(guò)偏振片的透射光強(qiáng)度為零或最小值。測(cè)量時(shí)，被測(cè)材料的樣品將置于作為偏振光源的偏振激光器與偏振器之間的加熱器中并被加熱，當(dāng)加熱溫度到達(dá)該樣品的相變溫度時(shí)，由于材料的光學(xué)對(duì)稱性在相變溫度要發(fā)生顯著的改變，而使材料的光學(xué)對(duì)稱性由開始的漸變而發(fā)生突變，進(jìn)而導(dǎo)至透過(guò)樣品的透射光的偏振方向發(fā)生相應(yīng)的突變而使透過(guò)偏振片的透射光強(qiáng)度亦由漸變而發(fā)生突變，從而可根據(jù)該突變點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度準(zhǔn)確地確定該材料在液、固態(tài)下所有的各相變溫度。
該偏振光源也可以是白光源通過(guò)光源準(zhǔn)直器及偏振片后所形成的偏振光源。
也可以是在偏振激光器或所述白光源所形成的偏振光源與加熱器之間的光路上再設(shè)置一分束器，并在分束器的一束反射光的光路上設(shè)置另一光探測(cè)器，該另一光探測(cè)器的輸出端與計(jì)算機(jī)相連。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、由于是利用光強(qiáng)度的變化而不是藉助X射線的衍射來(lái)測(cè)量，故可用于對(duì)任何材料相變溫度的檢測(cè)。由于相變溫度處的光強(qiáng)度有突變，再加上光、電信號(hào)的處理較少受到現(xiàn)有儀器測(cè)量中常受到的機(jī)械部分的精度影響，因而測(cè)量精度高。
2、對(duì)透過(guò)偏振片的光強(qiáng)度的測(cè)量是連續(xù)而瞬時(shí)，如再改變樣品內(nèi)部的升溫和降溫速率，就可了解該材料在液、固態(tài)下內(nèi)部結(jié)構(gòu)的全部變化及變化的快慢，尤其是在相變溫度附近的相變速率。同時(shí)測(cè)量時(shí)勿需粉碎破壞樣品。
3、本裝置成本低廉，其成本大約為常規(guī)用儀器價(jià)格的1/10-1/30。
使用白光源通過(guò)光源準(zhǔn)直器及偏振片后所形成的偏振光源，可使本裝置的成本更低、波段范圍更寬，能更迅速地適應(yīng)不同透明度材料相變溫度的檢測(cè)。
分束器及另一光探測(cè)器的設(shè)置是為了探測(cè)偏振激光器或所述白光源所形成的偏振光源的穩(wěn)定性，從而使材料相變溫度的檢測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確。
附圖的圖面說(shuō)明如下

圖1為相變溫度測(cè)量裝置的示意圖。
圖2為一種SiO2玻璃的樣品溫度T與It/Ir的曲線圖。
圖3為另一種SiO2玻璃的樣品溫度T與It/Ir的曲線圖。
以下結(jié)合附圖并通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳述如圖1所示的相變溫度測(cè)量裝置，作為偏振光源的偏振激光器1發(fā)出的一束偏振光的光路上，依次設(shè)置有分束器2、加熱器3及其測(cè)溫部件、偏振器4、聚光棱鏡5及光探測(cè)器6，并在分束器的一束反射光的光路上設(shè)置另一光探測(cè)器7，測(cè)溫部件與兩個(gè)光探測(cè)器的輸出端分別與計(jì)算機(jī)10相連。
偏振激光器選用偏振的氦氖激光器(波長(zhǎng)632.8nm，輸出功率2-5mW)。兩個(gè)光探測(cè)器均使用Si-光敏二極管探測(cè)器，若使用光電倍增管，雖量子效應(yīng)高、響應(yīng)頻率寬，但價(jià)格高。加熱器為電爐，測(cè)溫部件由熱電偶8與熱電偶信號(hào)輸出端相連的運(yùn)算放大器9組成，熱電偶為鉑銠-鉑熱電偶。兩個(gè)Si-光敏二極管探測(cè)器6、7的電信號(hào)以及熱電偶通過(guò)運(yùn)算放大器的熱差電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，三者通過(guò)模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換板傳至計(jì)算機(jī)。
測(cè)量前，先調(diào)整偏振器中可旋轉(zhuǎn)的偏振片，使其偏振軸的方向與由偏振激光器發(fā)出的偏振光的偏轉(zhuǎn)方向垂直并將偏振片固定，這時(shí)透過(guò)偏振片的透射光強(qiáng)度為零或最小值，此時(shí)處在聚光棱鏡焦面上的Si-光敏二極管探測(cè)器6對(duì)應(yīng)的是最小信號(hào)。測(cè)量時(shí)，將樣品11放入電爐并固定在處在光路中的電爐中央部位，加熱樣品同時(shí)測(cè)量透過(guò)分束器、樣品、偏振器并經(jīng)聚光棱鏡聚焦至Si-光敏二極管探測(cè)器6的透射光強(qiáng)度It，由分束器反射至另一Si-光敏二極管探測(cè)器7的反射光強(qiáng)度Ir，以及通過(guò)測(cè)量與樣品相接觸的熱電偶產(chǎn)生的熱差電動(dòng)勢(shì)V而換算成的樣品溫度T，并將比值It/Ir對(duì)T作圖，該圖顯示的曲線上的異常點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度即代表被測(cè)樣品材料的相變溫度。
以檢測(cè)作為最好的光纖材料之一的SiO2玻璃為例晶態(tài)的SiO2有40種以上的變體，而在SiO2玻璃這種非晶態(tài)材料的內(nèi)部分布有其中的若干種該變體，這些晶體影響SiO2玻璃的光學(xué)性質(zhì)，由于它們?cè)谠摬Ａе蓄w粒半徑很小，一般以nm(納米)計(jì)，用X射線衍射儀、差熱分析儀無(wú)法探測(cè)到它們的存在與相變?，F(xiàn)使用本裝置對(duì)一種SiO2玻璃(該SiO2玻璃的OH含量約為1100ppm，其商品名稱為Suprasil 2)進(jìn)行檢測(cè)，由檢測(cè)所產(chǎn)生的曲線圖(圖2所示)可觀察到，該圖顯示的曲線上共有四個(gè)相變點(diǎn)(a、b、c、d所示)，其中c點(diǎn)為α鱗石英至β鱗石英的相變點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的相變溫度為120°。使用本裝置對(duì)另一種SiO2玻璃(該SiO2玻璃為不含OH的純SiO2玻璃，其商品名稱為Suprasil W2)進(jìn)行檢測(cè)，由檢測(cè)所產(chǎn)生的曲線圖(圖3所示)可觀察到，該圖顯示的曲線上共有三個(gè)相變點(diǎn)(a、b、c所示)，其中b點(diǎn)為α石英至β石英的相變點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的相變溫度為573°。
如果在裝置中不加分束器及另一光探測(cè)器，則檢測(cè)所產(chǎn)生的曲線圖的縱坐標(biāo)為It的光強(qiáng)度值。只要被測(cè)的材料不變，則該圖顯示的曲線與有分束器及另一光探測(cè)器時(shí)產(chǎn)生的曲線圖顯示的曲線形狀、走向相同，觀察所得的結(jié)論亦相同。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量裝置特別是相變溫度的測(cè)量裝置，其特征是作為偏振光源的偏振激光器發(fā)出的一束偏振光的光路上，依次設(shè)置有加熱器及其測(cè)溫部件、偏振器、聚光棱鏡及光探測(cè)器，測(cè)溫部件及光探測(cè)器的輸出端分別與計(jì)算機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征是該偏振光源為白光源通過(guò)光源準(zhǔn)直器及偏振片后所形成的偏振光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征是作為偏振光源的偏振激光器與加熱器之間的光路上再設(shè)置一分束器，并在分束器的一束反射光的光路上設(shè)置另一光探測(cè)器，該另一光探測(cè)器的輸出端與計(jì)算機(jī)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量裝置，其特征是該偏振光源與加熱器之間的光路上再設(shè)置一分束器，并在分束器的一束反射光的光路上設(shè)置另一光探測(cè)器，該另一光探測(cè)器的輸出端與計(jì)算機(jī)相連。
全文摘要
一種測(cè)量裝置特別是相變溫度的測(cè)量裝置,涉及物理測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域,該裝置在作為偏振光源的偏振激光器發(fā)出的一束偏振光的光路上,依次設(shè)置有加熱器及其測(cè)溫部件、偏振器、聚光棱鏡及光探測(cè)器,測(cè)溫部件及光探測(cè)器的輸出端分別與計(jì)算機(jī)相連。該裝置能準(zhǔn)確測(cè)定各種材料的相變溫度以及觀察相變的動(dòng)態(tài)過(guò)程,本裝置成本低廉同時(shí)測(cè)量時(shí)勿需粉碎破壞樣品。
文檔編號(hào)G01N21/21GK1253286SQ9912621
公開日2000年5月17日 申請(qǐng)日期1999年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月15日
發(fā)明者譚成忠 申請(qǐng)人:譚成忠