一种用于光谱实验的样品腔制造技术

本实用新型专利技术涉及物理实验领域，一种用于光谱实验的样品腔，包括进气管、上盖、毛细管、连接管、出气管、样品管、下盖、样品、碳纤维管、加热灯、热屏蔽腔、辐射热计、温度计、导热基座、水冷台和位移装置，在进行光谱实验时需要与储气罐、光源及光谱仪一起使用，采用的样品管结构紧凑，样品准备过程简单，可靠性高，采用简单的结构通过气流来控制样品温度，通过加热灯的辐射热对样品均匀加热，结合气流能够精确控制样品温度，并采用特殊设计的辐射热计准确测量入射光的辐射功率，精度较高，整个装置的发热量小，对周围实验环境影响小。对周围实验环境影响小。对周围实验环境影响小。

【技术实现步骤摘要】
一种用于光谱实验的样品腔


[0001]本技术涉及物理实验领域，尤其是一种可靠性高且样品准备过程简单的一种用于光谱实验的样品腔。

技术介绍

[0002]光谱实验如吸收光谱、激发光谱、衍射实验等是研究物质特性的常用实验手段，通常是将不同波长的光入射到样品上，并探测反射的光。通常样品放置在特殊的样品腔中，对于不同的样品及不同的实验要求，样品腔的结构不同。现有技术缺陷一：在某些需要对样品加热的实验中，某些现有技术通过陶瓷或金属元件加热、微波共振等方法来加热样品，测温器件通常位于样品附近位置，由于热源距离样品较近，会受到热源的辐射热的影响而较难测准样品温度，而另一些现有技术中，样品位于一个加热腔内，测温器件能够与周围环境达到热平衡，能够较准确地测量样品温度，但是加热腔的尺寸较大，某些对样品周围空间尺寸要求较高的实验无法进行；现有技术缺陷二：在某些光谱实验中需要精确测量入射光的功率，而受限于样品腔的结构及温度等因素，入射光功率的测量精度不高，所述一种用于光谱实验的样品腔能够解决问题。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本技术装置采用简单的结构通过气流来控制样品温度，能够精确测量样品温度，并能够精确测量入射光的辐射功率，另外，整个装置的发热量小，对周围实验环境影响小。本技术装置为光谱实验的样品腔，在进行光谱实验时需要与储气罐、光源及光谱仪一起使用。
[0004]本技术所采用的技术方案是：
[0005]所述一种用于光谱实验的样品腔主要包括进气管、上盖、毛细管、连接管、出气管、样品管、下盖、样品、碳纤维管、加热灯、热屏蔽腔、辐射热计、辐射热计控制电路、温度计、导热基座、水冷台和位移装置，xyz为三维空间坐标系，进气管连接储气罐，储气罐中储存有氩气，并能够调节氩气的流速；实验设施有真空腔、储气罐、光源和光谱仪，所述碳纤维管、加热灯、热屏蔽腔、辐射热计、温度计、导热基座、水冷台和位移装置均位于真空腔中，真空腔上具有小孔，水冷台固定于位移装置上，导热基座固定于水冷台上，上盖和下盖均具有内螺纹，连接管具有外螺纹，上盖、连接管和下盖依次螺纹连接，连接管侧面连接有出气管，样品管为包括上段和下段的漏斗形，上段为漏斗部、下段为细管，细管的下端封闭，所述上段嵌套在下盖内，所述下段穿透下盖的下面，所述下段外径为0.9毫米、内径为 0.7毫米，当连接管连接下盖时，能够压紧并固定样品管上段，样品管下段能够通过真空腔上的小孔插入真空腔；毛细管包括粗段和细段，所述粗段位于连接管与上盖之间，当上盖旋紧连接管时，能够压紧并固定毛细管粗段，粗段上方连接进气管，所述细段向下穿过连接管并嵌套在样品管中，所述细段的下端开口，所述细段外径为0.5毫米、内径为0.3毫米；碳纤维管呈竖直状态固定于导热基座上，碳纤维管外嵌套有热屏蔽腔，热屏蔽腔内固定有一对分别位于碳纤
维管两侧的加热灯，样品位于所述样品管的下段内底部，样品管的下段插入并嵌套于碳纤维管的内部中心位置，辐射热计位于热屏蔽腔内，并能够移动，碳纤维管内中心位置附近具有温度计，所述碳纤维管内径为1.5毫米、外径为2.5毫米，所述碳纤维管的中心位置的侧面具有一对水平方向的通孔，光源发射的光能够通过其中一个所述通孔照射到样品上，样品上发生散射的光能够通过另一个所述通孔离开碳纤维管，并最终进入光谱仪；辐射热计主要包括外屏蔽罩、内屏蔽罩、热吸收器、热感应器、金属片、加热器和隔热片，所述外屏蔽罩和内屏蔽罩均为一侧底面具有小孔的圆筒形，内屏蔽罩同轴地连接于外屏蔽罩内，热吸收器为圆筒形并通过隔热片与内屏蔽罩的一侧底面连接，热感应器位于热吸收器内部侧壁，热吸收器内部具有金属片和加热器，加热器固定于金属片的一面，光能够依次通过外屏蔽罩的小孔、内屏蔽罩的小孔和热感应器入射到金属片；辐射热计控制电路主要包括电阻I、直流电源、可变电容、电阻II、电阻III、电阻IV、交流电源和锁相放大器，所述锁相放大器具有输入端和输出端，直流电源、电阻I和加热器循环连接并能够形成电流回路，所述直流电源具有信号端，能够根据输入的信号大小来控制直流电源输出电流的大小，所述电阻I阻值为1.0千欧，所述热感应器、电阻II、电阻III、电阻IV、锁相放大器和交流电源以惠斯通电桥形式连接，热感应器、电阻II、电阻III和电阻IV分别为惠斯通电桥的桥臂，惠斯通电桥的输出信号进入锁相放大器的输入端，锁相放大器的输出端与直流电源的信号端连接，可变电容与电阻II并联，可变电容范围为300pF至600pF，热感应器为热敏电阻，在20摄氏度时的电阻值为9.2千欧，电阻II和电阻IV的阻值均为10.0千欧，电阻III为可变电阻，电阻范围为8.0千欧至12.0千欧。
[0006]辐射热计的工作原理：
[0007]辐射热计的控制电路为加热灯提供电能，并使得热吸收器的温度保持恒定；在没有光照辐射的情况下，辐射热计达到热平衡；有光照辐射入射到热吸收器的情况，光辐射热能被热吸收器吸收，从而产生热负载，热吸收器的温度上升；辐射热计的控制电路通过减少输出到加热灯的电流，使得热吸收器的温度保持恒定；辐射热计的控制电路输出的电能的减少量与热吸收器吸收的光辐射热能相等，通过计算辐射热计的控制电路输出的电能的减少量，来确定热吸收器吸收的光辐射热能。
[0008]辐射热计的控制电路的工作原理：
[0009]热感应器、电阻II、电阻III、电阻IV、锁相放大器和交流电源以惠斯通电桥形式连接，热感应器、电阻II、电阻III和电阻IV分别为惠斯通电桥的桥臂，惠斯通电桥的输出信号进入锁相放大器的输入端，锁相放大器的输出端与直流电源连接；交流电源输出有效电压0.1V 的交流信号，所述交流信号频率为731Hz，惠斯通电桥的输出信号经过锁相放大器处理，锁相放大器的输出信号进入直流电源的信号端，在有光照辐射入射到热吸收器的情况下，热吸收器的温度上升，热感应器的电阻产生变化，导致惠斯通电桥的输出信号变化，从而锁相放大器输出至直流电源的信号端的信号产生变化，继而控制直流电源的输出电流，减少输出到加热灯的电流，使得热吸收器的温度保持恒定。
[0010]分别测量电阻I和加热灯两端的电压V
R
和V
H
，计算得到加热灯的电功率V
H
V
R
/R
R
，其中R
R
为电阻I的阻值，通过加热灯的电功率的变化量即得到入射到辐射热计的光的辐射热能。
[0011]利用所述一种用于光谱实验的样品腔进行光谱实验的步骤为：
[0012]一.将样品放置于样品管下段内底部，将样品管上段嵌套在下盖内、下段穿透下盖的下面，旋紧连接管与下盖之间螺纹并固定样品管上段，将毛细管细段向下穿过连接管并嵌套在样品管中，旋紧上盖与连接管之间螺纹并固定毛细管粗段，将样品管下段插入并嵌套于碳纤维管中，并使得样品位于碳纤维管的内部中心位置；
[0013]二.调节加热灯的温度、加热焦点大小和位置，使得加热焦点位于热屏蔽腔中心附近位置；
[0014]三.调节光源位置，使得光源发射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
12)和电阻IV(12-13)分别为惠斯通电桥的桥臂，惠斯通电桥的输出信号进入锁相放大器(12-15)的输入端，锁相放大器(12-15)的输出端与直流电源(12-9)的信号端连接，可变电容(12-10)与电阻II(12-11)并联，可变电容范围为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张向平，方晓华，赵永建，
申请(专利权)人：金华职业技术学院，
类型：新型
国别省市：