CN109283395A - 一种多通道电阻测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多通道电阻测试系统及其测试方法，所述系统包括：样品支撑结构，用于放置N个待测试样品，N个待测试样品依次串联并引出2N+2个引出端；多通道切换开关控制模块，包括N个正电压端控制开关及N个负电压端控制开关，用于根据测试选择信号控制对应开关闭合，以从N个待测试样品中选出一与测试选择信号对应的实际测试样品；电流源，用于为N个串联的待测试样品提供恒定电流；数据读取模块，用于读取实际测试样品两端的电压差值；主控模块，用于向各开关发送所述测试选择信号。通过本发明解决了采用现有测试方法进行Tc值测试时，因引入热负载导致降温缓慢，同时因手动切换引线导致测试耗时较长的问题。

Description

一种多通道电阻测试系统及其测试方法

技术领域

本发明涉及低温电学测试领域，特别是涉及一种多通道电阻测试系统及其测试方法。

背景技术

超导材料是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零性质的材料，而超导转变的临界温度(即超导材料由正常态转变为超导态的温度，常用Tc表示)则是超导材料的重要指标，并且Tc值因材料不同而异。

超导器件是基于超导材料在低温下具有超导电性的特点而开发的器件，在器件制备阶段，需要对制备的超导薄膜材料进行超导转变的Tc测试，而常用超导薄膜材料的Tc值往往在20K以下，也就是说，超导薄膜材料需要在低温环境中进行Tc测试。而测试所需的低温环境一般由制冷机提供，但制冷机的功率有限，且降温时间长，这就需要在一次降温过程中同时对多个超导薄膜样品的Tc值进行表征。

在采用现有四端法电阻测试方法对超导薄膜样品的Tc值进行表征时，每个超导薄膜样品两端需要引出I+、I-、V+、V-四根引线，此时超导薄膜样品的数量越多，从室温到低温的引线数量越多，这就会引入额外的热负载，导致制冷机降温缓慢或者不能达到最低温度；而且在对不同超导薄膜样品进行测试时，通常只有一套电阻测试仪器，需要手动切换引出导线和测试设备之间的引线连接，如超导薄膜样品1测试完成之后，手动将超导薄膜样品1和测试设备之间的电连接引线拆除，再将超导薄膜样品2和测试设备之间进行引线电连接，这就会使得测试耗时较长。

鉴于此，有必要设计一种新的多通道电阻测试系统及其测试方法用以解决上述技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多通道电阻测试系统及其测试方法，用于解决采用现有测试方法进行Tc值测试时，因引入热负载导致降温缓慢，同时因手动切换引线导致测试耗时较长的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多通道电阻测试系统，所述测试系统包括：

样品支撑结构，用于放置N个待测试样品，N个所述待测试样品依次串联，同时引出(2N+2)个引出端；其中(2N+2)个所述引出端包括：于N个串联的所述待测试样品两端引出的一正电流引出端及一负电流引出端，同时于每一所述待测试样品两端引出的一正电压引出端及一负电压引出端；N为大于等于2的正整数；

多通道切换开关控制模块，包括N个正电压端控制开关及N个负电压端控制开关，其中N个所述正电压端控制开关的第一连接端分别与N个所述正电压引出端一一对应电连接，其第二连接端彼此相连以作为所述多通道切换开关控制模块的正电压输出端，其控制端接入所述测试选择信号；N个所述负电压端控制开关的第一连接端分别与N个所述负电压引出端一一对应电连接，其第二连接端彼此相连以作为所述多通道切换开关控制模块的负电压输出端，其控制端接入所述测试选择信号；所述多通道切换开关控制模块用于根据所述测试选择信号控制对应的正电压端控制开关及负电压端控制开关闭合，以从N个所述待测试样品中选出一与所述测试选择信号对应的实际测试样品；

电流源，连接于所述正电流引出端及所述负电流引出端之间，用于为N个串联的所述待测试样品提供恒定电流；

数据读取模块，连接于所述正电压输出端和所述负电压输出端，用于读取所述实际测试样品两端的电压差值，以通过所述电压差值及恒定电流值计算所述实际测试样品的电阻值；

主控模块，连接于N个所述正电压端控制开关及N个所述负电压端控制开关的控制端，用于向N个所述正电压端控制开关及N个所述负电压端控制开关发送所述测试选择信号。

可选地，所述数据读取模块还连接于所述电流源，用于读取所述电流源提供的恒定电流，并基于读取的电压差值及恒定电流值，获取所述实际测试样品的电阻值。

可选地，所述主控模块还连接于所述数据读取模块，用于读取所述电阻值，以记录所述实际测试样品及其对应的电阻值。

可选地，所述主控模块包括：

主控单元，连接于N个所述正电压端控制开关及N个所述负电压端控制开关的控制端，用于向N个所述正电压端控制开关及N个所述负电压端控制开关发送所述测试选择信号；

读取单元，连接于所述主控单元和所述数据读取模块，用于读取所述实际测试样品及其对应的电阻值；

存储单元，连接于所述读取单元，用于记录所述实际测试样品及其对应的电阻值。

可选地，所述多通道切换开关控制模块还包括一电流端控制开关，其中所述电流端控制开关的第一连接端与所述正电流引出端或所述负电流引出端电连接，其第二连接端连接于所述电流源，其控制端接入所述测试选择信号，用于在所述测试选择信号的控制下闭合，以通过所述电流源为N个串联的所述待测试样品提供恒定电流。

可选地，N个所述待测试样品通过所述样品支撑结构实现依次串联，同时于所述样品支撑结构上引出(2N+2)个引出端。

可选地，所述样品支撑结构放置于低温环境中，所述多通道切换开关控制模块、所述电流源、所述数据读取模块及所述主控模块放置于常温环境中。

可选地，所述测试系统还包括制冷模块，用于对所述待测试样品所在环境进行制冷处理，以使其达到预设低温。

本发明还提供了一种利用上述多通道电阻测试系统实现的多通道电阻测试方法，所述测试方法包括：

基于所述测试选择信号控制与所述测试选择信号对应的正电压端控制开关及负电压端控制开关闭合，以从N个所述待测试样品中选出一与所述测试选择信号对应的实际测试样品；

基于所述数据读取模块读取所述实际测试样品两端的电压差值，以通过所述电压差值及恒定电流值计算所述实际测试样品的电阻值。

可选地，基于所述数据读取模块读取所述电流源提供的恒定电流，并基于读取的所述电压差值及所述恒定电流值，获取所述实际测试样品的电阻值。

可选地，基于所述主控模块读取所述实际测试样品及其对应的电阻值以进行记录。

可选地，基于所述测试选择信号控制所述电流端控制开关闭合，以通过所述电流源为N个串联的所述待测试样品提供恒定电流。

可选地，基于所述测试选择信号依次从N个所述待测试样品中选出实际测试样品进行电压差值读取。

如上所述，本发明的一种多通道电阻测试系统及其测试方法，具有以下有益效果：本发明通过使N个待测试样品依次串联，以引出一个正电流引出端和一个负电流引出端，使得引出线从原来的(4N)根减少至(2N+2)根，从而减小了引入的热负载，使得制冷机能够快速降温至预设低温。另外本发明通过主控模块控制多通道切换开关控制模块，即利用多通道切换开关控制模块中不同通道开关的导通与断开(单一切换或依序切换)，实现在同一降温循环中对不同待测试样品引线的自动切换，从而大大缩短了测试时间，提高了测试效率。

附图说明

图1显示为本发明所述多通道电阻测试系统的框图。

图2显示为本发明所述多通道切换开关控制模块与样品支撑结构中的待测试样品及电流源之间的具体连接示意图。

图3显示为本发明所述样品支撑结构的结构示意图。

元件标号说明

100 样品支撑结构

101 底板

102 PCB板

103 放置区

104 支撑板

105 盖板

200 多通道切换开关控制模块

300 电流源

400 数据读取模块

500 主控模块

501 主控单元

502 读取单元

503 存储单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1和图2所示，本实施例提供一种多通道电阻测试系统，所述测试系统包括：

样品支撑结构100，用于放置N个待测试样品，N个所述待测试样品依次串联，同时引出(2N+2)个引出端；其中(2N+2)个所述引出端包括：于N个串联的所述待测试样品两端引出的一正电流引出端(I+)及一负电流引出端(I-)，同时于每一所述待测试样品两端引出的一正电压引出端(V1+至VN+)及一负电压引出端(V1-至VN-)；N为大于等于2的正整数；

多通道切换开关控制模块200，包括N个正电压端控制开关(S1至SN)及N个负电压端控制开关(S1’至SN’)，其中N个所述正电压端控制开关(S1至SN)的第一连接端分别与N个所述正电压引出端(V1+至VN+)一一对应电连接，其第二连接端彼此相连以作为所述多通道切换开关控制模块200的正电压输出端(V+)，其控制端接入所述测试选择信号；N个所述负电压端控制开关(S1’至SN’)的第一连接端分别与N个所述负电压引出端(V1-至VN-)一一对应电连接，其第二连接端彼此相连以作为所述多通道切换开关控制模块200的负电压输出端(V-)，其控制端接入所述测试选择信号；用于根据所述测试选择信号控制对应的正电压端控制开关(S1至SN)及负电压端控制开关(S1’至SN’)闭合，以从N个所述待测试样品中选出一与所述测试选择信号对应的实际测试样品；

电流源300，连接于所述正电流引出端(I+)及所述负电流引出端(I-)之间，用于为N个串联的所述待测试样品提供恒定电流；

数据读取模块400，连接于所述正电压输出端(V+)和所述负电压输出端(V-)，用于读取所述实际测试样品两端的电压差值，以通过所述电压差值及恒定电流值计算所述实际测试样品的电阻值；

主控模块500，连接于N个所述正电压端控制开关(S1至SN)及N个所述负电压端控制开关(S1’至SN’)的控制端，用于向N个所述正电压端控制开关(S1至SN)及N个所述负电压端控制开关(S1’至SN’)发送所述测试选择信号。

作为示例，所述样品支撑结构100放置于低温环境中，所述多通道切换开关控制模块200、所述电流源300、所述数据读取模块400及所述主控模块500放置于常温环境中；在所述待测试样品包括超导薄膜时，通过电阻值反映其临界温度。具体的，所述测试系统还包括制冷模块，用于对所述待测试样品所在环境进行制冷处理，以使其达到预设低温；可选地，在本实施例中，所述制冷装置包括制冷机。

作为示例，N个所述待测试样品通过所述样品支撑结构100实现依次串联，同时于所述样品支撑结构100上引出(2N+2)个引出端；需要注意的是，所述样品支撑结构100为任何一种可实现将N个所述待测试样品依次进行串联，同时引出(2N+2)个引出端的结构。在本实施例中，如图3所示，所述样品支撑结构100包括：底板101；PCB板102，设于所述底板101的上表面，包括N个放置区103；用于放置N个所述待测试样品，并将N个所述待测试样品依次串联，同时引出(2N+2)个引出端(图中未示出)；支撑板104，设于所述底板101的上表面，同时包围所述PCB板102；盖板105，设于所述支撑板104的上表面。具体的，所述底板101、所述PCB板102、所述支撑板104及所述盖板105之间通过螺丝实现连接固定，而且本实施例通过micro-D接头、25芯LOMO线将(2N+2)个引出端从低温环境引出至室温环境。需要注意的是，在将所述待测试样品放置于所述放置区103时，通过打线方式直接将所述待测试样品固定在所述放置区103，以实现所述待测试样品与所述PCB板102的电连接。

作为示例，所述多通道切换开关控制模块200还包括一电流端控制开关(S0)，其中所述电流端控制开关(S0)的第一连接端与所述正电流引出端(I+)或所述负电流引出端(I-)电连接，其第二连接端连接于所述电流源300，其控制端接入所述测试选择信号，用于在所述测试选择信号的控制下闭合，以通过所述电流源300为N个串联的所述待测试样品提供恒定电流。可选地，在本实施例中，所述电流端控制开关(S0)设置于所述正电流引出端(I+)和所述电流源300之间。需要注意的是，所述电流端控制开关、所述正电压端控制开关及所述负电压端控制开关为现有任一种可通过信号控制的可控开关，本实施例并不对各开关的类型及结构进行限定。

作为示例，所述电流源300可以为直流源也可以为交流源，但无论其是直流源还是交流源，其均为N个串联的所述待测试样品提供恒定电流。可选地，在本实施例中，所述电流源300为交流源。需要注意的是，所述电流源300提供的恒定电流可根据实际需要进行设定，本实施例并不对所述恒定电流的值进行限定。

作为示例，所述数据读取模块400还连接于所述电流源300，用于读取所述电流源300提供的恒定电流，并基于读取的电压差值及恒定电流值，获取所述实际测试样品的电阻值。可选地，在本实施例中，所述数据读取模块400包括AC370交流电桥，以实现基于输入的电压差值及恒定电流值，直接输出电阻值。

作为示例，所述主控模块500还连接于所述数据读取模块400，用于读取所述电阻值，以记录所述实际测试样品及其对应的电阻值。

作为示例，如图1所示，所述主控模块500包括：

主控单元501，连接于N个所述正电压端控制开关(S1至SN)及N个所述负电压端控制开关(S1’至SN’)的控制端，用于向N个所述正电压端控制开关(S1至SN)及N个所述负电压端控制开关(S1’至SN’)发送所述测试选择信号；

读取单元502，连接于所述主控单元501和所述数据读取模块400，用于读取所述实际测试样品及其对应的电阻值；

存储单元503，连接于所述读取单元502，用于记录所述实际测试样品及其对应的电阻值。

具体的，在所述多通道切换开关控制模块200还包括电流端控制开关(S0)时，所述主控单元501还连接于所述电流端控制开关(S0)，用于向所述电流端控制开关(S0)发送所述测试选择信号；可选地，在本实施例中，所述主控单元501为Arduino可编程硬件，并且该Arduino可编程硬件可与PC端连接。

本实施例还提供了一种利用上述所述多通道电阻测试系统实现的多通道电阻测试方法，所述测试方法包括：

基于所述测试选择信号控制与所述测试选择信号对应的正电压端控制开关及负电压端控制开关闭合，以从N个所述待测试样品中选出一与所述测试选择信号对应的实际测试样品；

基于所述数据读取模块读取所述实际测试样品两端的电压差值，以通过所述电压差值及恒定电流值计算所述实际测试样品的电阻值。

作为示例，基于所述测试选择信号控制所述电流端控制开关闭合，以通过所述电流源为N个串联的所述待测试样品提供恒定电流。

作为示例，基于所述测试选择信号依次从N个所述待测试样品中选出实际测试样品进行电压差值读取；即通过所述测试选择信号控制所述电流端控制开关闭合，同时控制与所述测试选择信号对应的正电压端控制开关及负电压端控制开关闭合，以控制N个所述待测试样品的开关通道依次进行闭合操作，从而实现多条开关通道自动切换；如图2所示，通过所述测试选择信号依次控制S1和S1’、S2和S2’、S3和S3’直至SN和SN’闭合，以实现在有电流流经样品1至样品N时，依次对样品1至样品N的电压差值进行读取。

作为示例，基于所述数据读取模块读取所述电流源提供的恒定电流，并基于读取的所述电压差值及所述恒定电流值，获取所述实际测试样品的电阻值；即通过读取的所述电压差值及所述恒定电流值，直接于所述数据读取模块中显示电阻值。

作为示例，基于所述主控模块读取所述实际测试样品及其对应的电阻值以进行记录。

综上所述，本发明的一种多通道电阻测试系统及其测试方法，具有以下有益效果：本发明通过使N个待测试样品依次串联，以引出一个正电流引出端和一个负电流引出端，使得引出线从原来的(4N)根减少至(2N+2)根，从而减小了引入的热负载，使得制冷机能够快速降温至预设低温。另外本发明通过主控模块控制多通道切换开关控制模块，即利用多通道切换开关控制模块中不同通道开关的导通与断开(单一切换或依序切换)，实现在同一降温循环中对不同待测试样品引线的自动切换，从而大大缩短了测试时间，提高了测试效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种多通道电阻测试系统，其特征在于，所述测试系统包括：

样品支撑结构，用于放置N个待测试样品，N个所述待测试样品依次串联，同时引出(2N+2)个引出端；其中(2N+2)个所述引出端包括：于N个串联的所述待测试样品两端引出的一正电流引出端及一负电流引出端，同时于每一所述待测试样品两端引出的一正电压引出端及一负电压引出端；N为大于等于2的正整数；

多通道切换开关控制模块，包括N个正电压端控制开关及N个负电压端控制开关，其中N个所述正电压端控制开关的第一连接端分别与N个所述正电压引出端一一对应电连接，其第二连接端彼此相连以作为所述多通道切换开关控制模块的正电压输出端，其控制端接入所述测试选择信号；N个所述负电压端控制开关的第一连接端分别与N个所述负电压引出端一一对应电连接，其第二连接端彼此相连以作为所述多通道切换开关控制模块的负电压输出端，其控制端接入所述测试选择信号；所述多通道切换开关控制模块用于根据所述测试选择信号控制对应的正电压端控制开关及负电压端控制开关闭合，以从N个所述待测试样品中选出一与所述测试选择信号对应的实际测试样品；

电流源，连接于所述正电流引出端及所述负电流引出端之间，用于为N个串联的所述待测试样品提供恒定电流；

数据读取模块，连接于所述正电压输出端和所述负电压输出端，用于读取所述实际测试样品两端的电压差值，以通过所述电压差值及恒定电流值计算所述实际测试样品的电阻值；

主控模块，连接于N个所述正电压端控制开关及N个所述负电压端控制开关的控制端，用于向N个所述正电压端控制开关及N个所述负电压端控制开关发送所述测试选择信号。

2.根据权利要求1所述的多通道电阻测试系统，其特征在于，所述数据读取模块还连接于所述电流源，用于读取所述电流源提供的恒定电流，并基于读取的电压差值及恒定电流值，获取所述实际测试样品的电阻值。

3.根据权利要求2所述的多通道电阻测试系统，其特征在于，所述主控模块还连接于所述数据读取模块，用于读取所述电阻值，以记录所述实际测试样品及其对应的电阻值。

4.根据权利要求3所述的多通道电阻测试系统，其特征在于，所述主控模块包括：

主控单元，连接于N个所述正电压端控制开关及N个所述负电压端控制开关的控制端，用于向N个所述正电压端控制开关及N个所述负电压端控制开关发送所述测试选择信号；

读取单元，连接于所述主控单元和所述数据读取模块，用于读取所述实际测试样品及其对应的电阻值；

存储单元，连接于所述读取单元，用于记录所述实际测试样品及其对应的电阻值。

5.根据权利要求1至4任一项所述的多通道电阻测试系统，其特征在于，所述多通道切换开关控制模块还包括一电流端控制开关，其中所述电流端控制开关的第一连接端与所述正电流引出端或所述负电流引出端电连接，其第二连接端连接于所述电流源，其控制端接入所述测试选择信号，用于在所述测试选择信号的控制下闭合，以通过所述电流源为N个串联的所述待测试样品提供恒定电流。

6.根据权利要求1所述的多通道电阻测试系统，其特征在于，N个所述待测试样品通过所述样品支撑结构实现依次串联，同时于所述样品支撑结构上引出(2N+2)个引出端。

7.根据权利要求1或6所述的多通道电阻测试系统，其特征在于，所述样品支撑结构放置于低温环境中，所述多通道切换开关控制模块、所述电流源、所述数据读取模块及所述主控模块放置于常温环境中。

8.根据权利要求7所述的多通道电阻测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括制冷模块，用于对所述待测试样品所在环境进行制冷处理，以使其达到预设低温。

9.一种利用如权利要求1至8任一项所述多通道电阻测试系统实现的多通道电阻测试方法，其特征在于，所述测试方法包括：

基于所述测试选择信号控制与所述测试选择信号对应的正电压端控制开关及负电压端控制开关闭合，以从N个所述待测试样品中选出一与所述测试选择信号对应的实际测试样品；

基于所述数据读取模块读取所述实际测试样品两端的电压差值，以通过所述电压差值及恒定电流值计算所述实际测试样品的电阻值。

10.根据权利要求9所述的多通道电阻测试方法，其特征在于，基于所述数据读取模块读取所述电流源提供的恒定电流，并基于读取的所述电压差值及所述恒定电流值，获取所述实际测试样品的电阻值。

11.根据权利要求10所述的多通道电阻测试方法，其特征在于，基于所述主控模块读取所述实际测试样品及其对应的电阻值以进行记录。

12.根据权利要求9、10或11所述的多通道电阻测试方法，其特征在于，基于所述测试选择信号控制所述电流端控制开关闭合，以通过所述电流源为N个串联的所述待测试样品提供恒定电流。

13.根据权利要求9所述的多通道电阻测试方法，其特征在于，基于所述测试选择信号依次从N个所述待测试样品中选出实际测试样品进行电压差值读取。