一种用于气湿光热环境的模拟测试装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于气湿光热环境的模拟测试装置及其应用，所述模拟测试装置可为待测电学元件提供气体浓度下限为1ppb上限为纯气体，相对湿度为0％‑100％RH的特定浓度和湿度的气体，还可为待测电学元件提供全波谱、单波长或特定波段的不同功率光照，所述模拟测试装置的电流误差低于0.1％，信号采集速度最高30次/秒以上，可实现单元件和多元件的联测，所述模拟测试装置具有宽温度工作范围，加热均匀、环境耐性高且电磁屏蔽佳，加热同时可从不同方向射入所需波长的光源，电学信号提供直流和交流两种模式。所述模拟测试装置，既可满足单独气/湿/光/热环境模拟，又可实现两两组合、三种组合和四种全组合环境精准模拟，满足器件与反应的复杂环境气氛要求。

A Simulated Testing Device for Gas, Moisture, Light and Thermal Environment and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种用于气湿光热环境的模拟测试装置及其应用
本专利技术涉及装备制造
，尤其涉及一种用于气湿光热环境的模拟测试装置及其应用。
技术介绍
作为物联网和“中国制造2025”的重要一环，智能传感器与场效应晶体管作为21世纪最具影响力和发展前景高新技术，正引起国内外电子信息界和材料界的高度重视。从传统室内厂房气体监测到智能家居和可穿戴设备等新兴领域，气湿敏传感器、光电探测器和场效应晶体管等电子元件正在扮演着越来越重要的角色。然而，针对当前传感器与场效应晶体管研发的超低检测限、复杂环境中的单一选择性和光辅助常温检测等国际前沿领域研究需求，国内外尚缺乏普适性解决方案。测试系统的精度问题(例如气体浓度仅为ppm级且误差大，分压电阻法电学信号误差大等)和功能单一问题(例如仅能简单实现气敏测试或湿敏测试)已经严重制约了高效传感器的研发和应用。而在科学研究中，电学元件的高精度检测非常重要，尤其是在实现多种元件在复杂环境气氛中的高精度检测。同时测试系统提供的复杂环境的种类和可控精度也至关重要。精度和复杂环境气氛的控制是支撑新一代传感器研发的有效途径。
技术实现思路
针对目前国内外此类综合测试系统的空白，综合国内外的智能传感器与场效应晶体管商用检测设备或自建设备往往存在精度低和功能单一等问题，对于超低检测限、复杂环境中的单一选择性和光辅助常温检测等国际前沿领域研究需求尚无普适性解决方案等问题，本专利技术提出了一种用于气湿光热环境的模拟测试装置及其应用。所述测试装置可实现单元件或多元件同时测试，且对气湿光热等复杂环境进行精准的控制。所述测试装置可以用于气湿敏传感器、光电探测器、场效应晶体管、光催化降解、光热协同反应等研究领域的使用。本专利技术提供如下技术方案：一种模拟测试装置，其包括：环境模拟系统、测试样品系统和数据采集与控制系统；所述测试样品系统包括电磁屏蔽的样品室和设置在所述样品室内部的电极输入输出装置；所述环境模拟系统包括气体与浓度控制单元，和/或湿度控制单元，和/或光波长与强度控制单元，和/或温度控制单元；所述数据采集与控制系统包括电学信号源采集单元与控制和数据收集单元；所述电学信号源采集单元与所述电极输入输出装置电连接；所述控制和数据收集单元与所述环境模拟系统和所述测试样品系统信号连接。根据本专利技术的优选方案，所述测试样品系统还包括设置在所述样品室顶部的石英平板，设置在所述样品室内部且位于所述石英平板正下方的样品台。根据本专利技术的优选方案，所述电学信号源采集单元用于待测样品的电学信号输入与采集，以测试其电学、光电、光热等性能；所述控制和数据收集单元用于实现各系统的控制和数据收集。根据本专利技术的优选方案，所述气体与浓度控制单元用于为测试样品系统提供特定浓度的气体；根据本专利技术的优选方案，所述湿度控制单元用于为测试样品系统提供特定湿度的气体；根据本专利技术的优选方案，所述光波长与强度控制单元用于为测试样品系统提供特定波长和强度的光；根据本专利技术的优选方案，所述温度控制单元用于为测试样品系统提供特定温度；根据本专利技术的优选方案，所述模拟测试装置还包括尾气处理与排放单元，所述尾气处理与排放单元与所述测试样品系统相连，用于收集和处理所述测试样品系统产生的废气。优选地，所述尾气处理与排放单元包括水溶性处理液(例如为水)、油溶性处理液(例如为柴油和/或煤油)、酸碱反应性处理液(例如为氢氧化钠溶液)。根据本专利技术的优选方案，所述电磁屏蔽的样品室为金属法拉第笼包裹的样品室。优选地，所述样品室的材质选自刚玉、金属和石英玻璃中的至少一种；优选地，所述样品室的形状可以为空心圆柱形，空心方形和空心异型管中的至少一种。优选地，所述石英平板为透光光学级的石英平板。优选地，所述样品台为旋转式样品台，即样品台在样品室内旋转，旋转的角度满足样品台和光的夹角在-90°到90°范围内。优选地，所述光为光波长与强度控制单元发出的特定波长和强度的光。根据本专利技术的优选方案，所述样品室的前端设置有进气口，所述进气口与气体与浓度控制单元和/或湿度控制单元连通，用于将气体与浓度控制单元发出的特定浓度的气体引入所述测试样品系统中，和/或用于将湿度控制单元发出的特定湿度的气体引入所述测试样品系统中，即为所述测试样品系统提供气湿气氛。根据本专利技术的优选方案，所述样品室的后端设置有出气口，所述出气口与尾气处理与排放单元连通，用于将发生反应或未发生反应的气体排出所述样品室。根据本专利技术的优选方案，所述电极输入输出装置设置在所述样品室后端的出气口，所述电极输入输出装置的一端与待测样品电连接；所述电极输入输出装置的另一端与电学信号源采集单元相连。根据本专利技术的优选方案，优选地，所述气体与浓度控制单元采用标准气与空气经流量计混合的方式，或者采用蒸发气与空气经流量计混合的方式，通过流量计混合即可得到不同气体种类、不同浓度的目标气氛。其中，所述采用标准气与空气经流量计混合的方式为设置至少一条标准气管路和至少一条空气管路，且在所述空气管路中的至少一条上设置有湿度控制单元，所述标准气管路用于输入标准气；所述空气管路用于输入空气；所述至少一条标准气管路中的标准气可以相同也可以不同。优选地，所述采用标准气与空气经流量计混合的方式为设置两条标准气管路和两条空气管路，且在其中一条空气管路上设置有湿度控制单元；所述两条标准气管路中的标准气可以相同也可以不同。其中，所述采用蒸发气与空气经流量计混合的方式为设置至少一条蒸汽管路和至少一条空气管路，且在所述空气管路中的至少一条上设置有湿度控制单元，在所述至少一条蒸汽管路上设置液体蒸发装置，所述液体蒸发装置用于提供目标液体的蒸汽，所述蒸汽管路用于输入目标液体的蒸汽，所述空气管路用于输入空气。优选地，所述采用蒸发气与空气经流量计混合的方式为设置一条蒸汽管路和两条空气管路，且在所述蒸汽管路上设置液体蒸发装置，在其中一条空气管路中设置湿度控制单元。根据本专利技术的优选方案，优选地，所述湿度控制单元包括湿度发生器，所述湿度发生器采用超纯水鼓泡法，制得100％相对湿度(relativehumidity,RH)的空气。优选地，所述湿度发生器包括微孔曝气头、罐身、进气管和出气管；还优选地，所述微孔曝气头的材质为全金属或为全玻璃；进一步优选地，所述全金属罐微孔曝气头采用钛粉烧结成型，与进气管采用双卡套全金属连接；或者，所述全玻璃微孔曝气头采用玻璃砂芯烧结成型，与进气管直接烧结。根据本专利技术的优选方案，优选地，所述气体与浓度控制单元提供的气体浓度的下限为1ppb，上限为纯气体。根据本专利技术的优选方案，优选地，经所述湿度控制单元处理后的气体的相对湿度在0％-100％RH范围内。根据本专利技术的优选方案，所述光波长与强度控制单元包括光源，所述光源为高功率模式光源或低功率模式光源，所述高功率模式光源为单波长LED灯及其组合阵列提供的光源，所述低功率模式光源为氙灯和滤光片的组合模式提供的光源。根据本专利技术的优选方案，优选地，所述光波长与强度控制单元可以提供全波谱、特定波段或单波长的光。根据本专利技术的优选方案，优选地，所述光波长与强度控制单元为测试样品系统中的样品台之间的距离小于30cm，例如可以是5cm、10cm或20cm。根据本专利技术的优选方案，优选地，所述温度控制单元设置在所述样品室的底部；还优选地，所述温度控制单元设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟测试装置，其包括：环境模拟系统、测试样品系统和数据采集与控制系统；所述测试样品系统包括电磁屏蔽的样品室和设置在所述样品室内部的电极输入输出装置；所述环境模拟系统包括气体与浓度控制单元；和/或湿度控制单元；和/或光波长与强度控制单元；和/或温度控制单元；所述数据采集与控制系统包括电学信号源采集单元与控制和数据收集单元；所述电学信号源采集单元与所述电极输入输出装置电连接；所述控制和数据收集单元与所述环境模拟系统和所述测试样品系统信号连接。

【技术特征摘要】
1.一种模拟测试装置，其包括：环境模拟系统、测试样品系统和数据采集与控制系统；所述测试样品系统包括电磁屏蔽的样品室和设置在所述样品室内部的电极输入输出装置；所述环境模拟系统包括气体与浓度控制单元；和/或湿度控制单元；和/或光波长与强度控制单元；和/或温度控制单元；所述数据采集与控制系统包括电学信号源采集单元与控制和数据收集单元；所述电学信号源采集单元与所述电极输入输出装置电连接；所述控制和数据收集单元与所述环境模拟系统和所述测试样品系统信号连接。2.根据权利要求1所述的模拟测试装置，其特征在于，所述测试样品系统还包括设置在所述样品室顶部的石英平板，设置在所述样品室内部且位于所述石英平板正下方的样品台；优选地，所述气体与浓度控制单元用于为测试样品系统提供特定浓度的气体；优选地，所述湿度控制单元用于为测试样品系统提供特定湿度的气体；优选地，所述光波长与强度控制单元，用于为测试样品系统提供特定波长和强度的光；优选地，所述温度控制单元，用于为测试样品系统提供特定温度；优选地，所述电学信号源采集单元用于待测样品的电学信号输入与采集，以测试其电学、光电、光热等性能；优选地，所述控制和数据收集单元用于实现各系统的控制和数据收集。优选地，所述模拟测试装置还包括尾气处理与排放单元，所述尾气处理与排放单元与所述测试样品系统相连，用于收集和处理所述测试样品系统产生的废气；优选地，所述尾气处理与排放单元包括水溶性处理液(例如为水)、油溶性处理液(例如为柴油和/或煤油)、酸碱反应性处理液(例如为氢氧化钠溶液)。3.根据权利要求1或2所述的模拟测试装置，其特征在于，所述电磁屏蔽的样品室为金属法拉第笼包裹的样品室；优选地，所述样品室的材质选自刚玉、金属和石英玻璃中的至少一种；优选地，所述样品室的形状可以为空心圆柱形，空心方形和空心异型管中的至少一种；优选地，所述样品台为旋转式样品台，即样品台在样品室内旋转，旋转的角度满足样品台和光波长与强度控制单元发出的光的夹角在-90°到90°范围内；优选地，所述样品室的前端设置有进气口，所述进气口与气体与浓度控制单元和/或湿度控制单元连通，用于将气体与浓度控制单元发出的特定浓度的气体引入所述测试样品系统中，和/或用于将湿度控制单元发出的特定湿度的气体引入所述测试样品系统中，即为所述测试样品系统提供气湿气氛；优选地，所述样品室的后端设置有出气口，所述出气口与尾气处理与排放单元连通，用于将发生反应或未发生反应的气体排出所述样品室；优选地，所述电极输入输出装置设置在所述样品室后端的出气口，所述电极输入输出装置的一端与待测样品电连接；所述电极输入输出装置的另一端与电学信号源采集单元相连。4.根据权利要求1-3中任一项所述的模拟测试装置，其特征在于，所述气体与浓度控制单元采用标准气与空气经流量计混合的方式，或者采用蒸发气与空气经流量计混合方式；优选地，所述采用标准气与空气经流量计混合的方式为设置至少一条标准气管路和至少一条空气管路，且在所述空气管路中的至少一条上设置有湿度控制单元，所述标准气管路用于输入标准气；所述空气管路用于输入空气；所述至少一条标准气管路中的标准气可以相同或不同；优选地，所述采用标准气与空气经流量计混合的方式为设置两条标准气管路和两条空气管路，且在其中一条空气管路上设置有湿度控制单元；所述两条标准气管路中的标准气可以相同或不同；优选地，所述采用蒸发气与空气经流量计混合的方式为设置至少一条蒸汽管路和至少一条空气管路，且在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚明水，徐刚，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35