CN106841685A - 一种用于热成像技术的热检测传感组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于热成像技术的热检测传感组件。该组件包括：光源，用于提供单色光；传导光纤，用于传导单色光；透镜组，设置在传导光纤的末端，用于将单色光汇聚成一束；光调制器，用于对单色光的强度进行调制，并使单色光以预设频率进行闪烁；光路折射样品台，用于放置样品；声信号检测器，用于检测单色光照射在样品上后产生的声波信号；输出电子接口，输出电子接口输入端与声信号检测器输出端相连，输出电子接口输出端与原子力显微镜相连。通过上述热检测传感组件，实现使用普通光源替代激光光源进行光声光谱成像，且不受激光光源波长的限制，普通光源的波长范围更加宽广，实现了样品对不同波长的热吸收成像，使得到的光声光谱图更加清晰。
Description
【技术领域】
本发明涉及热检测传感组件，特别涉及一种用于热成像技术的热检测传感组件。
【背景技术】
在对于材料的研究过程中，经常需要用AFM测量样品的导热系数及其显微结构。比较常用的方法有两种，一种使用热电偶针尖，使用激光加热样品使样品温度上升，并使用热电偶针尖测量样品表面的温度分布，通过AFM检测样品表面的温度分布，来确定其显微结构，另一种使用热电阻针尖，对针尖进行加热，样品的导热系数不同造成针尖的温度不同的热电阻不一样，同样是通过温度分布来确定其显微结构。这些技术都需要使用特殊制造的导电探针，然后对探针的导电性能进行实时测量。在使用热电偶探针技术和热电阻探针技术时，在成像过程中探针对样品需要产生比较大的接触压力才能保证热样品和探针之间的热传导，这种比较大的压力会对柔软易损样品产生破坏作用，对纳米颗粒类样品则因为需要用大压力接触模式，横向干扰力太大则不能成像，而传统的光声光谱成像使用调制激光光源成像，光源的波长范围较窄，使用限制较大。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是传统的光声光谱成像使用调制激光光源成像，光源的波长范围较窄，使用限制较大。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案是：一种用于热成像技术的热检测传感组件，包括：光源，用于提供单色光；传导光纤，用于传导所述单色光；透镜组，设置在传导光纤的末端，用于将所述单色光汇聚成一束；光调制器，用于对所述单色光的强度进行调制，并使所述单色光以预设频率进行闪烁；光路折射样品台，用于放置样品，将所述单色光照射在样品上；声信号检测器，用于检测所述单色光照射在样品上后产生的声波信号；输出电子接口，所述输出电子接口输入端与所述声信号检测器输出端相连，所述输出电子接口输出端与原子力显微镜相连。
本发明的有益效果是：通过上述热检测传感组件，实现使用普通光源替代激光光源进行光声光谱成像，且不受激光光源波长的限制，普通光源的波长范围更加宽广，实现了样品对不同波长的热吸收成像使得到的光声光谱图更加清晰。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述光调制器为液晶快门，采用锁相放大器的AC信号输出来改变光的通过率来调制光的强度。
采用上述进一步方案的有益效果是：锁相放大器有很高的检测灵敏度，通过改变光线的通过率，来达到光强渡调制的目的。
进一步，所述液晶快门包括快门和液晶窗片，所述液晶窗片包括：高速液晶分子材料或复数折射率可调光学材料。
采用上述进一步方案的有益效果是：在需要高频光源光强调制的情况下，采用不同的液晶材料制作液晶窗片进行调制光源。
进一步，所述光路折射样品台上还设置有光敏电阻感光装置，用于实时检测照射在样品上的单色光的强度。
采用上述进一步方案的有益效果是：实时检测照射到样品上的单色光的强度，并根据检测到的强度值对单色光强度进行调整，保证最终检测效果。
进一步，所述光源包括：氙电弧灯光源、碘钨灯光源、热阳极红外灯或光栅分光光源。
采用上述进一步方案的有益效果是：适配不同的光源，提高本发明的实用性。
进一步，该传感组件还包括：支架，用于将所述光源、传导光纤和光调制器依次进行固定。
采用上述进一步方案的有益效果是：将各个器件进行固定，保证检测过程中各器件的稳定性。
进一步，所述声信号检测器包括：微音器、压电传感器、折射率传感器或温度传感器，具体用于，检测所述单色光照射在样品上后产生的声波信号，并将所述声波信号经同步放大得到的电信号作为光信号，通过声波信号、光信号和所述单色光频率获得光声光谱图。
采用上述进一步方案的有益效果是：根据波长不同的单色光选择不同的声信号检测器进行检测，保证检测到的声波信号的质量。
【附图说明】
下面结合附图和实施例对本发明作出进一步的说明。
图1为本发明实施例提供的一种用于热成像技术的热检测传感组件各组件信号传递示意图。
图2为本发明实施例提供的一种用于热成像技术的热检测传感组件各组件工作流程示意图。
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在附图所示的实例中，如图1所示，一种用于热成像技术的热检测传感组件，包括：光源，用于提供单色光；传导光纤，用于传导所述单色光；透镜组，设置在传导光纤的末端，用于将所述单色光汇聚成一束；光调制器，用于对所述单色光的强度进行调制，并使所述单色光以预设频率进行闪烁；光路折射样品台，用于放置样品，将所述单色光照射在样品上；声信号检测器，用于检测所述单色光照射在样品上后产生的声波信号；输出电子接口，所述输出电子接口输入端与所述声信号检测器输出端相连，所述输出电子接口输出端与原子力显微镜相连。
如图2所示，上述实施例中，通过光源、传导光纤和透镜组，提供单色光并进行传导汇聚形成集束单色光，单色光通过光调制器，对单色光的强度进行调制，并将单色光按预设频率进行闪烁，使单色光照射在样品上，样品表面因光声效应产生超声波信号，通过声信号采集器，采集样品因光声效应产生的超声波信号，在单色光波长不断改变的过程中，声信号采集器接收到的光声信号的强弱也将会随着样品的吸收谱发生对应的改变，从而获得相应的光声光谱图，并将光声光谱图通过输出电子接口传输到原子力显微镜，原子力显微镜就可以根据光声光谱图对样品进行热分析，得到样品表面吸收热量的显微结构。
光声效应：光声效应描述的是光与物质之间的相互作用，即当一束调制过的单色光照射到样品上时，样品在吸收光能后出现局部热膨胀，从而产生超声波将光能转换成声能，形成外传超声波，这种超声波容易被置于样品周围的超声探测器所接收。在入射激光波长不断改变的过程中，探测器所接收到的光声信号的强弱也将会随着吸收体的吸收谱发生对应的改变，从而获得相应的光声信号谱。这种光能转换成声能的能力，不仅取决于光子特性，而且也体现了被测物质的热学性质及光谱学性质，因此，能够通过对光转换成声的能力大小的探测来确定物质的热学性质和光谱学性质。
光声光谱：当物质吸收光受到激发后，返回初始态可通过辐射跃迁或无辐射跃迁。前一过程产生荧光或磷光，后一过程则产生热。因为吸收光强呈周期性变化，容器内压力涨落也呈周期性。当试样是气体或液体时，其本身就是压力介质。由于调制光的频率一般位于声频范围内，所以这种压力涨落就成为声波，从而能被声敏元件所感知。声敏元件所感知的声波信号经同步放大得到的电信号为光信号。若将光声信号作为入射光频率的函数记录下来，就可获得光声光谱图。
优选的，所述光调制器为液晶快门，采用锁相放大器的AC信号输出来改变光的通过率来调制光的强度，通过改变光的强度保证样品的光声效应的顺利进行。
优选的，所述液晶快门包括快门和液晶窗片，所述液晶窗片包括：高速液晶分子材料或复数折射率可调光学材料，液晶快门结构简单，在损坏时方便更换。
优选的，所述光路折射样品台上还设置有光敏电阻感光装置，用于实时检测照射在样品上的单色光的强度，实时检测照射到样品的单色光强度，在不设配的情况下，及时通过液晶快门进行调整。
优选的，所述光源包括：氙电弧灯光源、碘钨灯光源、热阳极红外灯或光栅分光光源，提供不同强度的单色光源和不同波长的单色光源。
优选的，该传感组件还包括：支架，用于将所述光源、传导光纤和光调制器依次进行固定，对各个部件进行固定，保证检测过程中各部件的稳定性。
优选的，所述声信号检测器包括：微音器、压电传感器、折射率传感器或温度传感器，具体用于，检测所述单色光照射在样品上后产生的声波信号，并将所述声波信号经同步放大得到的电信号作为光信号，通过声波信号、光信号和所述单色光频率获得光声光谱图，对不同强度和波长的单色光使用不同的声信号检测器，提高检测的精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于热成像技术的热检测传感组件，其特征在于，包括：光源，用于提供单色光；传导光纤，用于传导所述单色光；透镜组，设置在传导光纤的末端，用于将所述单色光汇聚成一束；光调制器，用于对所述单色光的强度进行调制，并使所述单色光以预设频率进行闪烁；光路折射样品台，用于放置样品，将所述单色光照射在样品上；声信号检测器，用于检测所述单色光照射在样品上后产生的声波信号；输出电子接口，所述输出电子接口输入端与所述声信号检测器输出端相连，所述输出电子接口输出端与原子力显微镜相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于热成像技术的热检测传感组件，其特征在于，所述光调制器为液晶快门，采用锁相放大器的AC信号输出来改变光的通过率来调制光的强度。
3.根据权利要求2所述的一种用于热成像技术的热检测传感组件，其特征在于，所述液晶快门包括快门和液晶窗片，所述液晶窗片包括：高速液晶分子材料或复数折射率可调光学材料。
4.根据权利要求1所述的一种用于热成像技术的热检测传感组件，其特征在于，所述光路折射样品台上还设置有光敏电阻感光装置，用于实时检测照射在样品上的单色光的强度。
5.根据权利要求1所述的一种用于热成像技术的热检测传感组件，其特征在于，所述光源包括：氙电弧灯光源、碘钨灯光源、热阳极红外灯或光栅分光光源。
6.根据权利要求1所述的一种用于热成像技术的热检测传感组件，其特征在于，该传感组件还包括：支架，用于将所述光源、传导光纤和光调制器依次进行固定。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种用于热成像技术的热检测传感组件，其特征在于，所述声信号检测器包括：微音器、压电传感器、折射率传感器或温度传感器，具体用于，检测所述单色光照射在样品上后产生的声波信号，并将所述声波信号经同步放大得到的电信号作为光信号，通过声波信号、光信号和所述单色光频率获得光声光谱图。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN110333371A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-10-15 | 武汉科技大学 | 一种金纳米探针制备装置及其制备方法 |
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2017
- 2017-03-03 CN CN201710149126.9A patent/CN106841685A/zh active Pending
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