[發明專利]一種非線性Z掃描測量方法及裝置

有效

• 申請號: 202010026860.8
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111024676B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 張秋慧;武興會;朱彤珺;付國定;周洪;栗晨;姚成
• 申請（專利權）人: 河南工程學院
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N21/59;G01N21/17;G01N21/84
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 栗改

1.一種非線性Z掃描測量方法，其特征在于，其步驟如下：

步驟一：將被測液體樣品放入比色皿并固定在樣品臺上，超聲波探測器浸沒在被測液體樣品中；

步驟二：打開激光器，根據被測液體樣品調節激光器發出激光脈沖的功率，激光脈沖經透鏡聚焦后耦合進入被測液體樣品，透過被測液體樣品的激光由功率計接收；

步驟三：調節CCD的顯微鏡頭聚焦點位置，使顯微鏡頭聚焦在激光與被測液體樣品相互作用處；

步驟四：計算機控制系統通過步進電機控制樣品臺按設定步長沿Z方向自左向右掃描，每走一個設定步長，功率計測量透過被測液體樣品激光的功率，并將測量結果通過路由器送給計算機控制系統；

步驟五：步進電機每走一個設定步長，CCD記錄激光與被測液體樣品相互作用處的視頻或圖像，并將視頻或圖像通過路由器傳送給計算機控制系統；

步驟六：步進電機每走一個設定步長，超聲探測器記錄被測液體樣品的光聲信號，并將光聲信號通過路由器傳送給計算機控制系統；

步驟七：步進電機每走一個設定步長，光譜儀記錄激光作用下被液體樣品的拉曼頻移信號，并將拉曼頻移信號傳送給計算機控制系統；

步驟八：計算機控制系統根據功率計傳送的實時數據繪制被測液體材料的Z掃描曲線，根據拉曼頻移信號計算激光與被測液體材料相互的作用點溫度，同時計算機控制系統根據CCD和超聲探測器傳送的實時數據，以及計算得到的作用點溫度判斷引起透過率下降的原因是激光作用下氣泡的產生還是被測液體材料非線性特性，如果是非線性特性引起的，則根據Z掃描曲線計算被測液體材料的非線性系數。

2.根據權利要求1所述的非線性Z掃描測量方法，其特征在于，所述CCD通過顯微鏡頭探測激光作用過程中被測液體樣品中是否出現氣泡；所述超聲探測器探測激光作用過程中被測液體樣品是否出現光致超聲信號，從側面驗證激光作用過程中氣泡的產生。

3.根據權利要求1或2所述的非線性Z掃描測量方法，其特征在于，所述顯微鏡頭聚焦在激光傳輸路徑上；所述CCD和光譜儀均固定在樣品臺上，CCD和光譜儀均隨著樣品臺同時沿Z方向移動；所述步進電機的設定步長為1-5mm，步進電機每走一個設定步長停滯10秒；所述樣品臺固定測液體樣品處和功率計放置在激光器的輸出光路上，激光器和樣品臺之間設有透鏡，透鏡的中心在激光器的輸出光路上。

4.根據權利要求1所述的非線性Z掃描測量方法，其特征在于，所述被測液體樣品為除對超聲探測器有腐蝕作用的液體外的所有液體。

5.根據權利要求1、2或4所述的非線性Z掃描測量方法的測量裝置，包括激光器（1）、透鏡（2）、樣品臺（3）、功率計（5）和計算機控制系統（11），樣品臺（3）上設有比色皿夾持器，比色皿夾持器上固定有裝有被測液體樣品的比色皿，透鏡（2）、樣品臺（3）上比色皿的中部和功率計（5）設置在激光器（1）的輸出光路上，其特征在于，所述被測液體樣品中浸沒有超聲波探測器（4），樣品臺（3）的前面固定有CCD（6），樣品臺（3）的后部固定有光譜儀（8），樣品臺（3）的下部固定有步進電機（7），超聲波探測器（4）、功率計（5）、CCD（6）、光譜儀（8）均與計算機控制系統（11）相連接，計算機控制系統（11）與同步控制器（9）相連接；同步控制器（9）分別與步進電機（7）、激光器（1）、超聲波探測器（4）、功率計（5）、CCD（6）、光譜儀（8）相連接。

6.根據權利要求5所述的測量裝置，其特征在于，所述超聲波探測器（4）、功率計（5）、CCD（6）、光譜儀（8）均與路由器（10）相連接，路由器（10）與計算機控制系統（11）相連接。

7.根據權利要求5所述的測量裝置，其特征在于，所述透鏡（2）固定在實驗臺上，透鏡（2）的焦距是可調的；所述激光器（1）為連續激光器或脈沖激光器；所述激光器（1）發出的激光正入射進入比色皿，比色皿的兩個側面垂直放置于激光器（1）發出的激光。

8.根據權利要求7所述的測量裝置，其特征在于，所述CCD（6）上固定有顯微鏡頭，顯微鏡頭聚焦在激光器（1）的輸出光路上。