[發明專利]微尺度樣品的熱電勢測量電路、平臺及方法

有效

• 申請號: 201610124192.6
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105785102B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 王漢夫;楊方龍;褚衛國
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00;G01R29/12
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 孟金喆;胡彬

1.一種微尺度樣品的熱電勢測量電路，其特征在于，包括：

交流電流源，用于向加熱器輸出角頻率為ω的交流電流，在樣品兩端產生角頻率為2ω的交流溫差和交流熱電電壓信號；

直流電流源，用于向電阻溫度計中輸出直流電流；

鎖相放大器，用于檢測所述交流熱電電壓信號的幅度、相位，以及兩個電阻溫度計產生的電壓波動信號的幅度、相位，以根據所述交流熱電電壓信號的幅度、相位，及所述電壓波動信號的幅度、相位計算所述微尺度樣品的表觀熱電勢以及熱電勢：

S＝S_ap+S_wire＝±|U_TE|/|T_Δ|+S_wire，

其中，S表示被測試樣品、也即微尺度樣品的熱電勢，|U_TE|是所述交流熱電電壓信號的幅度，|T_Δ|為所述交流溫差信號的幅度，S_ap為表觀熱電勢，S_wire是導線的熱電勢，當交流溫差信號的相位Φ_Δ與交流熱電電壓的相位Φ_TE相位差的絕對值為0°時，|U_TE|/|T_Δ|前面的符號取負，當Φ_Δ與Φ_TE間相位差的絕對值為180°時，|U_TE|/|T_Δ|前面的符號取正；

其中，所述微尺度樣品的熱電勢測量電路還包括：矩陣開關和計算機，所述計算機用于控制所述直流電流源、交流電流源、鎖相放大器和矩陣開關的運行；

其中，為了獲得所述兩個電阻溫度計之間的交流溫差信號的幅度和相位，直流電流源先后向兩個電阻溫度計中通入直流電流，鎖相放大器依次檢測出所述兩個電阻溫度計兩端交流電壓的波動幅度和相位，進一步計算出所述兩個電阻溫度計交流電阻的波動幅度和相位，結合標定的第一電阻隨溫度變化曲線及第二電阻隨溫度變化曲線，得到兩個電阻溫度計所處位置交流波動溫度的幅度和相位，并進一步求得兩個電阻溫度計之間的交流溫差信號的幅度和相位；

所述交流溫差信號的相位Φ_Δ由如下公式給出：

cosΦ_Δ＝(|T₁|·cosφ₁-|T₂|·cosφ₂)/|T_Δ|，

sinΦ_Δ＝(|T₁|·sinφ₁-|T₂|·sinφ₂)/|T_Δ|，

其中，|T₁|和φ₁為第一電阻溫度計測量的溫度信號交流分量的幅度和相位，|T₂|和φ₂為第二電阻溫度計測量的溫度信號交流分量的幅度和相位，|T_Δ|是所述交流溫差信號的幅度；φ₁≠φ₂。

2.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，所述微尺度樣品的熱電勢測量電路還包括：

矩陣開關，與計算機相連接，在所述計算機的控制下，在測量階段分別將第一電阻溫度計的一個電壓測量接線端和第二電阻溫度計的一個電壓測量接線端與鎖相放大器的輸入端相連，用來測量樣品的交流熱電電壓和幅度和相位；或者將所述第一電阻溫度計的電流輸入端與所述直流電流源相連接，將所述第一電阻溫度計的電壓測量接線端與所述鎖相放大器的輸入端相連，以測量所述第一電阻溫度計產生的電壓波動信號的幅度和相位；或者將所述第二電阻溫度計的電流輸入端與所述直流電流源相連接，將所述第二電阻溫度計的電壓測量接線端與所述鎖相放大器的輸入端相連，以測量所述第二電阻溫度計產生的電壓波動信號的幅度和相位。

3.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，所述交流溫差信號的幅度T_Δ由如下公式給出：

其中，|T₁|和φ₁為第一電阻溫度計測量的溫度信號交流分量的幅度和相位，|T₂|和φ₂為第二電阻溫度計測量的溫度信號交流分量的幅度和相位。