CN103389452A - 手动快速升降压针式探针检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手动快速升降压针式探针检测仪，包括探针台（1）、数字显示仪器（2），该探针台（1）包括底座（3）、轴撑（4）和定位杆（5），其中轴撑（4）固定设置在底座（3）上，定位杆（5）的两端伸入轴撑（4）上的通孔中，轴撑（4）内侧的定位杆（5）上设有固置的凸轮（6），凸轮（6）上设有控制手柄（7）；定位杆（5）上设有与其活动相连的探针座（8）且在探针座（8）的两侧设有用以定位探针座（8）的轴套（9），探针座（8）的下部嵌置探针架（10），探针架（10）上的探针（11）竖直向下设置，所述的探针（11）通过信号线与数字显示仪器（2）相连。本发明结构简单、成本低、高效易操作且精度高。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体地说是一种结构简单、成本低、高效易操作且精度高的手动快速升降压针式探针检测仪。
背景技术
许多国家已把发展可再生能源作为未来实现可持续发展的重要方式，而中国也将以太阳能为代表的可再生能源作为未来低碳经济的重要组成部分。近年来，国家财政对太阳能产业的补贴力度逐年增强。中国财政补贴项目也相续推出，这一系列的政策措施给中国未来的太阳能光伏产业提供了一个广阔的发展空间。目前光伏发电的成本还比较高，但从长远来看，随着技术的提升，太阳能光伏产业链各个环节的成本将持续下降。而针对目前中国光伏产业存在的问题，国内相关科研机构和企业应该潜心于基础研究、技术改造和产业发展，做到厚积而薄发。但是目前与太阳能领域相关的国产设备很稀缺，还有很多空白。大多厂商和研发机构主要还是依赖进口的相关设备。进口设备价格昂贵，后续保养维修也是一笔不小的费用。太阳能研究用的相关设备的市场非常巨大，有必要国产化，成本微小化，降低太阳能研发成本的门槛。
发明内容
本发明的目的是针对现有设备品种少、价格高、使用复杂等问题，提供一种结构简单、成本低、高效易操作且精度高的手动快速升降压针式探针检测仪。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种手动快速升降压针式探针检测仪，包括探针台、通过信号线与探针台相连的数字显示仪器，其特征在于所述的探针台包括底座、轴撑和定位杆，其中轴撑固定设置在底座上，定位杆的两端伸入轴撑上的通孔中，轴撑内侧的定位杆上设有固置的凸轮，凸轮上设有控制手柄；定位杆上设有与其活动相连的探针座且在探针座的两侧设有用以定位探针座的轴套，探针座的下部嵌置探针架，探针架上的探针竖直向下设置，所述的探针通过信号线与数字显示仪器相连。
所述的定位杆上设有一个嵌置探针架的探针座。
所述的定位杆上设有两个嵌置探针架的探针座，且两个探针座之间的距离可调。
所述的底座上设有凹槽，凹槽内嵌置竖直向上设置探针的下探针架，下探针架上的探针和探针架上的探针对应设置。
所述的探针设置在探针套内且探针的一端伸出探针套，探针套的根部固定在探针架上的安装孔内，在探针套的根部两侧皆设有用以焊接探针套根部的铜排。
所述的探针设置在探针套内且探针的一端伸出探针套，探针套的根部固定在下探针架上的安装孔内，在探针套的根部两侧皆设有用以焊接探针套根部的铜排。
所述的探针座自由端的底部和侧部分别设有定位柱和手把。
所述定位柱的上端和探针座自由端的底部之间采用螺纹连接。
所述的轴撑上设有与定位杆相互平行且两端固定在轴撑上的防护杆，防护杆和探针架分别位于定位杆的两侧。
所述的底座上设有有机玻璃制成的防护罩。
所述的探针台和数字显示仪器安装在支架上。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明根据采用夹具固定电池片，并使电池片电极与夹具的导流体充分接触，导流体引出的极柱与电阻表相接，通过电阻表直接读取电池片种的各电阻值的原理，通过支撑机构、升降机构和装有探针作为导流体的探针座构成一个高效便捷的手动快速升降压针式探针检测仪，该检测仪操作方便、快捷，不破坏被测物体，能够获得较为精确地数值，且制作的材料比较常规，组装工时少、调试时间短、制造成本低廉且测试工作效率高，克服了传统设备手动操作的复杂性和传统螺旋式升降设计的蛇行缺陷。
本发明的兼容性好，可以一台机多种用途，让客户有了更多的选择，对提高参数精确读数乃至电池的整体性能有非常明显的积极效果，对于降低公司学校等机构的研究入门门槛乃至提高电池的整体性能有非常明显的积极效果。
附图说明
附图1为本发明的探针检测仪整体结构示意图；
附图2为本发明实施例一的探针台结构示意图；
附图3为附图2的探针台的测量原理示意图；
附图4为该检测仪采用附图2的探针台用于硅片检测时的示意图；
附图5为本发明实施例二的探针台结构示意图；
附图6为该检测仪采用附图5的探针台测试电池片主栅线之间电阻时的示意图；
附图7为本发明实施例三的探针台结构示意图；
附图8为该检测仪采用附图7的探针台测试电池特性时的示意图；
附图9为本发明的探针架结构示意图。
其中：1—探针台；2—数字显示仪器；3—底座；4—轴撑；5—定位杆；6—凸轮；7—控制手柄；8—探针座；9—轴套；10—探针架；11—探针；12—凹槽；13—下探针架；14—探针套；15—铜排；16—定位柱；17—手把；18—防护杆；19—防护罩；20—支架。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、2、5、7、9所示：一种手动快速升降压针式探针检测仪，包括探针台1、通过信号线与探针台1相连的数字显示仪器2，探针台1和数字显示仪器2安装在支架20上。探针台1包括绝缘材料制成的底座3、金属材料制成的轴撑4和定位杆5，其中轴撑4固定设置在底座3上，定位杆5的两端伸入轴撑4上的通孔中，且从轴撑4的上面向下往轴撑4的通孔中放入弹簧并用螺丝定位用来稳定定位杆5，定位杆5上设有与其活动相连的探针座8且在探针座8的两侧设有用以定位探针座8的轴套9，探针座8的下部嵌置绝缘材料制成的探针架10，探针架10上的探针11竖直向下设置，探针11通过信号线与数字显示仪器2相连。在轴撑4内侧的定位杆5上设有固置的凸轮6，金属材料制成的两个凸轮6皆设置在两个轴承4的内侧，凸轮6上设有控制手柄7，前述轴撑4通孔中放置的弹簧可以提高控制手柄7的操作手感，竖起探针座8放入被测物体（如电池片）后，将探针座8放下呈与水平面平行。通过操作两个控制手柄7带动凸轮6切换轴心到不同距离的切边，从而控制定位杆5连带探针座8的升降，最终完成探针11的升降；具体的下降过程如下：在两个控制手柄7呈与水平面平行时，凸轮6的轴心在高位，探针座8与凸轮6在同一根定位杆5上，因此探针在高位，不接触被检测物体；这样可以前后左右移动被检测物体的位置直至满意为止；调整好位置以后，两个控制手柄7呈90度竖起,此时凸轮6的轴心在低位，探针座8与凸轮6在一根定位杆5上，因此探针11此时亦在低位，充分接触被检测物体，这样可以精确的得到被测值的读数；反之则为上升过程。
在探针座6自由端的底部和侧部分别设有定位柱16和手把17，定位柱16的上端和探针座8自由端的底部之间采用螺纹连接，通过操作手把17可以把探针座8竖起来；定位柱16起到保护探针11的作用，而且调节定位柱16的螺纹连接长度，可以改变探针11向下压的距离和力度。轴撑4上还设有与定位杆5相互平行且两端固定在轴撑4上的防护杆18，防护杆18和探针架10分别位于定位杆5的两侧，防护杆18起到挡住探针座8使其竖起来的作用，而且起到固定左右两个轴撑4的作用。
该探针11设置在探针套14内且探针11的一端伸出探针套14，探针套14的根部固定在探针架10上的安装孔内，在探针套14的根部两侧皆设有用以焊接探针套14根部的铜排15。为了保证被测值的读数精度，探针架10上的探针11的摆列、连接方式和使用材料等方面，对其阻抗和导流性起到决定性的影响，直接影响读数的精准度。故本发明提供的探针架及其上部件的选用如下：绝缘材料制成的探针架10、探针套14选用型号为KS-002 30G3的镀金材料、镀金材料制成的探针11、铜排15（焊带）和铜丝。探针架10选用绝缘材料以避免漏电，探针套14和探针11的质量直接影响被测值的读数精度，所以要选用镀金的材料；铜排15（焊带）质量的好坏将直接影响到欧姆表等仪器的电流电压的收集效率，对被测值的读数精度影响很大，故铜排15（焊带）要选择含银涂锡的铜带，铜排15（焊带）在并联探针套14的过程中一定要做到焊接牢固，避免虚焊假焊现象的发生，因此要选择含银的焊锡。在实际操作中，用两条铜排15（焊带）以并联的方式把探针套14都焊到一起，以减少焊接点起到减小阻值，充分导流的作用；另由于铜排15（焊带）比较柔软，焊接信号线以后上下开合探针座8容易造成铜排15的断裂，因此焊接上镀银铜丝，以增加抗断裂的强度。使用型号：Keithley 2400的4 WIRE模式下实测得出该探针架阻值≤0.0030Ω，其中包括了表笔（信号线缆）的电阻值；表笔（信号线）在没有负载的情况下测得自身电阻值等于0.0009Ω。
另外在底座3上设有有机玻璃制成的防护罩19，因为采用有机玻璃制备一个完整的罩子，既防尘又美观，整体体积小巧，无需占用很大的地方。相比传统的外壳是使用塑料材料的，需要通过开发新的磨具才能成型，价格相对昂贵。有机玻璃比较常见，无需磨具，成本低廉，加工方便，外观光滑漂亮。
在实际应用时，可根据需要设置一个、二个、四个或更多个探针架10，当设置一个探针架10时，此时定位杆5上设有一个嵌置探针架10的探针座8，详见附图2；当设置二个探针架10时，定位杆5上设有两个嵌置探针架10的探针座8，且根据被测样品的大小来调整轴套9以改变两个探针座8之间的距离，详见附图5；当设置四个探针架10时，定位杆5上设有两个嵌置探针架10的探针座8，且根据被测样品的大小来调整轴套9以改变两个探针座8之间的距离，另外在底座1上设有凹槽12，凹槽12内嵌置竖直向上设置探针11的下探针架13，下探针架13上的探针11和探针架10上的探针11对应设置，详见附图7，此时探针11设置在探针套14内且探针11的一端伸出探针套14，探针套14的根部固定在下探针架13上的安装孔内，在探针套14的根部两侧皆设有用以焊接探针套14根部的铜排15。
实施例一
一种手动快速升降压针式探针检测仪，包括探针台1、通过信号线与探针台1相连的数字显示仪器2，探针台1和数字显示仪器2安装在支架20上。探针台1包括绝缘材料制成的底座3、金属材料制成的轴撑4和定位杆5，其中轴撑4固定设置在底座3上，定位杆5的两端伸入轴撑4上的通孔中，在轴撑4内侧的定位杆5上设有固置的凸轮6，金属材料制成的两个凸轮6皆设置在两个轴承4的内侧，凸轮6上设有控制手柄7；定位杆5上设有一个与其活动相连的探针座8且在该探针座8的两侧皆设有用以定位探针座8的轴套9，在探针座6自由端的底部和侧部分别设有定位柱16和手把17，定位柱16的上端和探针座8自由端的底部之间采用螺纹连接；探针座8的下部嵌置绝缘材料制成的探针架10，探针架10上的探针11竖直向下设置，探针11设置在探针套14内且探针11的一端伸出探针套14，探针套14的根部固定在探针架10上的安装孔内，在探针套14的根部两侧皆设有用以焊接探针套14根部的铜排15；探针11通过信号线与数字显示仪器2相连。在轴撑4上还设有与定位杆5相互平行且两端固定在轴撑4上的防护杆18，防护杆18和探针架10分别位于定位杆5的两侧。该实施例采用探针台的结构图如图2所示，该探针台1匹配的探针架10可选用四探针架，以构成四探针测试仪的探针台；四探针测试仪可以检测硅的片状、棒状材料的电阻率和半导体扩散层的薄层方块电阻进行测量，是硅材料质量监测的必需仪器。
四探针测试仪的测量原理如附图3所示，使用四根处于同一水平面上的探针11压在所测材料上，两侧的两根探针11通电流，中间的两根探针11间产生一定的电压。四根探针11可以排成不同的几何形状，最常见的是排成一条直线。利用四探针方法测量电阻率时，将位于同一直线上的四根探针11置于一平坦的样品(其尺寸相对于四探针，可视为无穷大)上，并施加直流电流于外侧的两根探针11上，然后在中间两根探针11上用高精度数字电压表测量电压V2,3，则检测位置的电阻率ρ(Ω/cm)为：ρ=C*（V2,3/I）；其中c为四探针的探针系数(cm)，它的大小取决于四根探针的排列方法和针距。
该四探针测试仪探针台上的四根探针11通过信号线连接上数字显示仪器2就可以构成完整的四探针测试仪，该四探针测试仪用于扩散过的硅片检测时的结构如图4所示，图4中数字显示仪器2主要由高灵敏的直流数字电压表和高稳定的恒流源组成，测量结果由数字直接显示，仪器有自校量程，可以方便地对仪器的电气性能进行校验。仪器适用于半导体材料厂、器件厂、科学研究部门、高等院校，对半导体材料的电阻性能测试及工艺检测。
实施例二
一种手动快速升降压针式探针检测仪，包括探针台1、通过信号线与探针台1相连的数字显示仪器2，探针台1和数字显示仪器2安装在支架20上。探针台1包括绝缘材料制成的底座3、金属材料制成的轴撑4和定位杆5，其中轴撑4固定设置在底座3上，定位杆5的两端伸入轴撑4上的通孔中，在轴撑4内侧的定位杆5上设有固置的凸轮6，金属材料制成的两个凸轮6皆设置在两个轴承4的内侧，凸轮6上设有控制手柄7；定位杆5上设有两个与其活动相连的探针座8且在该探针座8的两侧皆设有用以定位探针座8的轴套9，两个探针座8之间的距离根据被测样品的大小通过轴套9来调整，在探针座6自由端的底部和侧部分别设有定位柱16和手把17，定位柱16的上端和探针座8自由端的底部之间采用螺纹连接；探针座8的下部嵌置绝缘材料制成的探针架10，探针架10上的探针11竖直向下设置，探针11设置在探针套14内且探针11的一端伸出探针套14，探针套14的根部固定在探针架10上的安装孔内，在探针套14的根部两侧皆设有用以焊接探针套14根部的铜排15；探针11通过信号线与数字显示仪器2相连。在轴撑4上还设有与定位杆5相互平行且两端固定在轴撑4上的防护杆18，防护杆18和探针架10分别位于定位杆5的两侧，该探针台的结构图如图5所示。
采用图5所示探针台的检测仪检测电池片正电极的栅线与栅线之间的电阻值或者检测背电极的栅线与栅线之间的电阻值时，该探针台1连接上电阻表（欧姆表）作为数字显示仪器2就可以直接进行读数了。连接示意图如图6所示，两路探针11充分接触到电池片上的主栅线上收集电信号，通过信号线传输给数字显示仪器2，然后直接读出阻值。图6中的信号线采用镀银或镀金的线芯，可以降低信号线的阻值提高对被测值的读数精度，如果采用带有屏蔽的信号线，可以抵抗外界的电磁干扰从而进一步提高对被测值的读数精度。可搭配仪器: 电阻表（欧姆表）(如：Keithley 2400,安捷伦4156)，示波仪等。电流测量精度可以达到PA级。
实施例三
一种手动快速升降压针式探针检测仪，包括探针台1、通过信号线与探针台1相连的数字显示仪器2，探针台1和数字显示仪器2安装在支架20上。探针台1包括绝缘材料制成的底座3、金属材料制成的轴撑4和定位杆5，其中轴撑4固定设置在底座3上，定位杆5的两端伸入轴撑4上的通孔中，在轴撑4内侧的定位杆5上设有固置的凸轮6，金属材料制成的两个凸轮6皆设置在两个轴承4的内侧，凸轮6上设有控制手柄7；定位杆5上设有两个与其活动相连的探针座8且在该探针座8的两侧皆设有用以定位探针座8的轴套9，两个探针座8之间的距离根据被测样品的大小通过轴套9来调整，另外在底座1上设有凹槽12，凹槽12内嵌置竖直向上设置探针11的下探针架13，下探针架13上的探针11和探针架10上的探针11对应设置；在探针座6自由端的底部和侧部分别设有定位柱16和手把17，定位柱16的上端和探针座8自由端的底部之间采用螺纹连接；探针座8的下部嵌置绝缘材料制成的探针架10，探针架10上的探针11竖直向下设置，下探针架13上的探针11竖直向上设置，此时探针11设置在探针套14内且探针11的一端伸出探针套14，探针套14的根部固定在探针架10和下探针架13上的安装孔内，在探针套14的根部两侧皆设有用以焊接探针套14根部的铜排15；探针11通过信号线与数字显示仪器2相连。在轴撑4上还设有与定位杆5相互平行且两端固定在轴撑4上的防护杆18，防护杆18和探针架10分别位于定位杆5的两侧，该探针台的结构图如图7所示。
采用图7所示探针台的检测仪配合电阻表（作为数字显示仪器2）可进行内阻测试，可用于电池片正负电极电阻测试。采用电阻表进行内阻测试时，将电池片放入底座3的凹槽12内的下探针架13上，保证下探针架13上的探针11压在背电极上，然后压下探针座10，使电池片正负电极与夹具的探针11（导流体）相接触，探针11（导流体）通过信号线引出的电信号与电阻表相接，通过电阻表直接读取电池片中正负电极间的电阻值。
在上述采用四个探针架10的探针台1距离550mm±5mm的上方加装氙气灯，氙气灯需要高压才能启动，闪光脉宽、光强、曝光时间等可调；氙气灯连接到增压盒（升压驱动氙气灯仪器）并由增压盒控制。电池片正负电极的探针通过信号线缆连接到数据收集检测仪器，且数据收集检测仪器亦连接到增压盒后与增压盒一起连接到计算机（人机界面）进行统一管理，进行数据的收集、计算和输出，详见附图8。该装置用氙气灯模拟太阳光光源，用计算机控制和管理，提高了测量精度，可以满足实验室小批量的检测。利用硅等材料的光伏特性，能在光源形成的光场中产生电能，其与负载连接后形成一定的电流和电压，计算机检测该电流和电压，并据此描绘出相应电池特性。电子负载和光伏电池及分选形成一个完整回路，在计算机及软件的控制下，根据测试的需要，动态地与光伏电池连接或断开，以便准确地测试光伏电池的开路电压、短路电流，并描绘整个过程，测试最佳工作点功率及工作点电压和电流。计算机软件通过高速同步数据采集卡将被测电池产生的电流和电压，绘制I-V曲线，计算各个关键参数，完成数据的存储、分析、打印等功能。
可测量参数包括：I-V曲线、短路电流、开路电压、峰值功率、峰值功率点电压、电流、定电压点电流、填充因子、转换效率、串联电阻、并联电阻、太阳电池温度、光强度，确保太阳电池温度和光强自动修正的准确性。 专门用于太阳能单晶硅、多晶硅、非晶硅电池组件的电性能测试。
本发明的检测仪测试装置结构简单、操作方便，测试工作效率高，避免了大量精力耗费和资源浪费；对于降低公司学校等机构的研究入门门槛乃至提高电池的整体性能有非常明显的积极效果。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种手动快速升降压针式探针检测仪，包括探针台（1）、通过信号线与探针台（1）相连的数字显示仪器（2），其特征在于所述的探针台（1）包括底座（3）、轴撑（4）和定位杆（5），其中轴撑（4）固定设置在底座（3）上，定位杆（5）的两端伸入轴撑（4）上的通孔中，轴撑（4）内侧的定位杆（5）上设有固置的凸轮（6），凸轮（6）上设有控制手柄（7）；定位杆（5）上设有与其活动相连的探针座（8）且在探针座（8）的两侧设有用以定位探针座（8）的轴套（9），探针座（8）的下部嵌置探针架（10），探针架（10）上的探针（11）竖直向下设置，所述的探针（11）通过信号线与数字显示仪器（2）相连。
2.根据权利要求1所述的手动快速升降压针式探针检测仪，其特征在于所述的定位杆（5）上设有一个嵌置探针架（10）的探针座（8）。
3.根据权利要求1所述的手动快速升降压针式探针检测仪，其特征在于所述的定位杆（5）上设有两个嵌置探针架（10）的探针座（8），且两个探针座（8）之间的距离可调。
4.根据权利要求1或2所述的手动快速升降压针式探针检测仪，其特征在于所述的底座（1）上设有凹槽（12），凹槽（12）内嵌置竖直向上设置探针（11）的下探针架（13），下探针架（13）上的探针（11）和探针架（10）上的探针（11）对应设置。
5.根据权利要求1所述的手动快速升降压针式探针检测仪，其特征在于所述的探针（11）设置在探针套（14）内且探针（11）的一端伸出探针套（14），探针套（14）的根部固定在探针架（10）上的安装孔内，在探针套（14）的根部两侧皆设有用以焊接探针套（14）根部的铜排（15）。
6.根据权利要求1所述的手动快速升降压针式探针检测仪，其特征在于所述的探针座（6）自由端的底部和侧部分别设有定位柱（16）和手把（17）。
7.根据权利要求6所述的手动快速升降压针式探针检测仪，其特征在于所述定位柱（16）的上端和探针座（8）自由端的底部之间采用螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的手动快速升降压针式探针检测仪，其特征在于所述的轴撑（4）上设有与定位杆（5）相互平行且两端固定在轴撑（4）上的防护杆（18），防护杆（18）和探针架（10）分别位于定位杆（5）的两侧。
9.根据权利要求1所述的手动快速升降压针式探针检测仪，其特征在于所述的底座（3）上设有有机玻璃制成的防护罩（19）。
10.根据权利要求1所述的手动快速升降压针式探针检测仪，其特征在于所述的探针台（1）和数字显示仪器（2）安装在支架（20）上。
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