[發明專利]納米壓入面積測量裝置

有效

• 申請號: 201910494551.0
• 申請日: 2019-06-10
• 公開（公告）號: CN110132184B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 朱振宇;王霽;段小艷
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所
• 主分類號: G01B11/28
• 分類號: G01B11/28
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明公開的納米壓入面積測量裝置，屬于光學及力學精密測量技術領域。本發明主要由控制系統模塊、光學系統模塊、信號解調模塊、數據處理模塊組成。所述光學系統模塊中主要由光源，散射測量光學部件、散射測量接收器件組成。本發明采用穩定功率輸出的激光作為測量光源；光束經分光棱鏡后進入會聚物鏡聚集于納米壓入壓頭；調控激光光源的功率，散射光經會聚物鏡及分光棱鏡在測量接收器件獲取測量光電信號，根據信號處理納米壓入壓頭與被測對象間距及面積，通過散射光功率和光斑范圍確定納米壓入面積，提高納米壓入面積測量的準確度，具有較高測量對象適應性。

技術領域

本發明涉及一種納米壓入面積測量裝置，屬于光學及力學精密測量技術領域。

背景技術

納米壓入法測量材料的力學特性被廣泛地應用于在物理學、材料科學和化學等技術領域，涉及的測量技術也根據日益發展的需求不斷提高。作為材料的力學特性的高精準測量的重要手段，納米壓入相關的測量方法及準確能力的提高具有十分重要的意義。納米壓入法中，由于壓入的深度尺寸小且結構復雜導致納米壓入面積的測量結果誤差大，隨機性、系統性及粗大誤差難以確定和分離，特別是在結構測量尺寸在幾個納米的情況下，測量誤差有可能和測量范圍相當。這種測量誤差存在嚴重制約納米壓入方法的測量能力，限制了相關材料力學性能的評價，納米壓入面積的準確與否成為關鍵影響因素。目前應用的納米壓入面積的方法，多利用光學顯微放大、接觸探針掃描等原理方法進行結構尺寸的測量，測量原理性的誤差和被測結構的復雜性導致測量結果的不準確，特別是在彈性和脆性材料測量時尤為突出。因此從原理上如何提高納米壓入面積測量準確性是提升測量水平的關鍵技術之一。

發明內容

為避免現有納米壓入面積測量誤差對納米壓入測量的精度影響，并解決校準驗證必須采用實際輔精密位移測量裝置輔助工作的問題，本發明公開的納米壓入面積測量裝置要解決的技術問題為：實現納米壓入面積的壓入過程同步原位測量，提高納米壓入面積測量的準確度，具有較高測量對象適應性。本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明公開的納米壓入面積測量裝置，主要由控制系統模塊、光學系統模塊、信號解調模塊、數據處理模塊組成。采用激光散射的原理，利用測量納米壓入過程中的位移量和測量散射區域變化值確定納米壓入面積，光學系統模塊主要由光源，散射測量光學部件、散射測量接收器件組成。

控制系統模塊用于對光學系統模塊、信號解調模塊、數據處理模塊控制，并用于設定預定參數，控制系統模塊根據設定的參數選擇相應類型的納米壓入，實現納米壓入過程的自動測量。光學系統模塊包括光源及各種光學元件組成的光學散射組件、光電轉換及數據采集電路，通過上述部件將納米壓入面積變化量轉化為用于數字處理的電學信號。信號解調模塊將光學系統模塊獲得的光電信號進行分類處理和組織，得到用于數據處理模塊進行運算及修正處理使用的基本使用的數據，信號解調模塊依靠預選設置的模式進行工作。數據處理模塊用于納米壓入面積測量裝置中測量解調后的信息處理與運算，將運算后的通用結果和控制系統模塊交互后最終輸出測量結果。

所述的光學測量模塊包括光源、分光棱鏡，匯聚物鏡、壓頭、激光散射測量接收器。所述壓頭選用具有透光性、硬度滿足使用要求的壓頭。采用穩定功率輸出的激光作為測量光源；光束經分光棱鏡后進入匯聚物鏡聚集于納米壓入壓頭；調控激光光源的功率，散射光經匯聚物鏡及分光棱鏡在測量接收器件獲取測量光電信號，根據信號處理納米壓入壓頭與被測對象間距及面積，通過散射光功率和光斑范圍確定納米壓入面積。

作為優選，所述壓頭為金剛石三棱壓頭。