CN1253286A - 相变温度测量装置 - Google Patents

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一种测量装置特别是相变温度的测量装置,涉及物理测量仪器领域,该装置在作为偏振光源的偏振激光器发出的一束偏振光的光路上,依次设置有加热器及其测温部件、偏振器、聚光棱镜及光探测器,测温部件及光探测器的输出端分别与计算机相连。该装置能准确测定各种材料的相变温度以及观察相变的动态过程,本装置成本低廉同时测量时勿需粉碎破坏样品。

Description

相变温度测量装置
本发明为一种测量装置，特别是相变温度测量装置，涉及物理测量仪器领域。
材料的相变温度一直是材料、物理学科的研究及其应用所关注的重要参数。目前测量材料在液、固态下发生相变的相变温度主要有高温X射线衍射仪及差热分析仪，前者不能用于对非晶态材料、有机物及高聚合物相变温度的测量，后者则是测量精度不高。另外，两者均不能在相变温度测量的全过程中对材料进行连续的、各瞬时状态下的准确研究。
本发明的目的是提供一种测量装置，特别是相变温度测量装置，该装置能准确测量各种材料的相变温度以及观察相变的动态过程。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种测量装置特别是相变温度的测量装置，其特征是：作为偏振光源的偏振激光器发出的一束偏振光的光路上，依次设置有加热器及其测温部件、偏振器、聚光棱镜及光探测器，测温部件及光探测器的输出端分别与计算机相连。
本装置的工作原理是：
偏振激光器发出的一束偏振光透过材料时，随材料的不同，其偏振方向都要发生相应的改变。当透过的偏振光入射至偏振器中的偏振片时，若偏振光的偏振方向与偏振片的偏振轴方向垂直，则该入射光将被偏射片吸收，而使透过偏振片的透射光强度为零或最小值。测量时，被测材料的样品将置于作为偏振光源的偏振激光器与偏振器之间的加热器中并被加热，当加热温度到达该样品的相变温度时，由于材料的光学对称性在相变温度要发生显著的改变，而使材料的光学对称性由开始的渐变而发生突变，进而导至透过样品的透射光的偏振方向发生相应的突变而使透过偏振片的透射光强度亦由渐变而发生突变，从而可根据该突变点所对应的温度准确地确定该材料在液、固态下所有的各相变温度。
该偏振光源也可以是白光源通过光源准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与加热器之间的光路上再设置一分束器，并在分束器的一束反射光的光路上设置另一光探测器，该另一光探测器的输出端与计算机相连。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、由于是利用光强度的变化而不是藉助X射线的衍射来测量，故可用于对任何材料相变温度的检测。由于相变温度处的光强度有突变，再加上光、电信号的处理较少受到现有仪器测量中常受到的机械部分的精度影响，因而测量精度高。
2、对透过偏振片的光强度的测量是连续而瞬时，如再改变样品内部的升温和降温速率，就可了解该材料在液、固态下内部结构的全部变化及变化的快慢，尤其是在相变温度附近的相变速率。同时测量时勿需粉碎破坏样品。
3、本装置成本低廉，其成本大约为常规用仪器价格的1/10-1/30。
使用白光源通过光源准直器及偏振片后所形成的偏振光源，可使本装置的成本更低、波段范围更宽，能更迅速地适应不同透明度材料相变温度的检测。
分束器及另一光探测器的设置是为了探测偏振激光器或所述白光源所形成的偏振光源的稳定性，从而使材料相变温度的检测结果更准确。
附图的图面说明如下：
图1为相变温度测量装置的示意图。
图2为一种SiO2玻璃的样品温度T与It/Ir的曲线图。
图3为另一种SiO2玻璃的样品温度T与It/Ir的曲线图。
以下结合附图并通过实施例对本发明进一步详述：
如图1所示的相变温度测量装置，作为偏振光源的偏振激光器1发出的一束偏振光的光路上，依次设置有分束器2、加热器3及其测温部件、偏振器4、聚光棱镜5及光探测器6，并在分束器的一束反射光的光路上设置另一光探测器7，测温部件与两个光探测器的输出端分别与计算机10相连。
偏振激光器选用偏振的氦氖激光器(波长632.8nm，输出功率2-5mW)。两个光探测器均使用Si-光敏二极管探测器，若使用光电倍增管，虽量子效应高、响应频率宽，但价格高。加热器为电炉，测温部件由热电偶8与热电偶信号输出端相连的运算放大器9组成，热电偶为铂铑-铂热电偶。两个Si-光敏二极管探测器6、7的电信号以及热电偶通过运算放大器的热差电动势信号，三者通过模拟/数字(A/D)转换板传至计算机。
测量前，先调整偏振器中可旋转的偏振片，使其偏振轴的方向与由偏振激光器发出的偏振光的偏转方向垂直并将偏振片固定，这时透过偏振片的透射光强度为零或最小值，此时处在聚光棱镜焦面上的Si-光敏二极管探测器6对应的是最小信号。测量时，将样品11放入电炉并固定在处在光路中的电炉中央部位，加热样品同时测量透过分束器、样品、偏振器并经聚光棱镜聚焦至Si-光敏二极管探测器6的透射光强度It，由分束器反射至另一Si-光敏二极管探测器7的反射光强度Ir，以及通过测量与样品相接触的热电偶产生的热差电动势V而换算成的样品温度T，并将比值It/Ir对T作图，该图显示的曲线上的异常点所对应的温度即代表被测样品材料的相变温度。
以检测作为最好的光纤材料之一的SiO2玻璃为例：
晶态的SiO2有40种以上的变体，而在SiO2玻璃这种非晶态材料的内部分布有其中的若干种该变体，这些晶体影响SiO2玻璃的光学性质，由于它们在该玻璃中颗粒半径很小，【一般以nm(纳米)计】，用X射线衍射仪、差热分析仪无法探测到它们的存在与相变。现使用本装置对一种SiO2玻璃(该SiO2玻璃的OH含量约为1100ppm，其商品名称为Suprasil 2)进行检测，由检测所产生的曲线图(图2所示)可观察到，该图显示的曲线上共有四个相变点(a、b、c、d所示)，其中c点为α鳞石英至β鳞石英的相变点，其对应的相变温度为120°。使用本装置对另一种SiO2玻璃(该SiO2玻璃为不含OH的纯SiO2玻璃，其商品名称为Suprasil W2)进行检测，由检测所产生的曲线图(图3所示)可观察到，该图显示的曲线上共有三个相变点(a、b、c所示)，其中b点为α石英至β石英的相变点，其对应的相变温度为573°。
如果在装置中不加分束器及另一光探测器，则检测所产生的曲线图的纵坐标为It的光强度值。只要被测的材料不变，则该图显示的曲线与有分束器及另一光探测器时产生的曲线图显示的曲线形状、走向相同，观察所得的结论亦相同。

Claims (4)

1、一种测量装置特别是相变温度的测量装置，其特征是：作为偏振光源的偏振激光器发出的一束偏振光的光路上，依次设置有加热器及其测温部件、偏振器、聚光棱镜及光探测器，测温部件及光探测器的输出端分别与计算机相连。
2、根据权利要求1所述的测量装置，其特征是：该偏振光源为白光源通过光源准直器及偏振片后所形成的偏振光源。
3、根据权利要求1所述的测量装置，其特征是：作为偏振光源的偏振激光器与加热器之间的光路上再设置一分束器，并在分束器的一束反射光的光路上设置另一光探测器，该另一光探测器的输出端与计算机相连。
4、根据权利要求2所述的测量装置，其特征是：该偏振光源与加热器之间的光路上再设置一分束器，并在分束器的一束反射光的光路上设置另一光探测器，该另一光探测器的输出端与计算机相连。
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