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原文传递测量时空温度分布及温度相位分布的拉曼光谱方法和装置

专利名称：	测量时空温度分布及温度相位分布的拉曼光谱方法和装置
摘要：	本发明提出一种测量时空温度分布及温度相位分布的拉曼光谱方法和装置，其中，方法包括：构造稳态温度场，探测待测样品温度，调整连续探测激光的光斑中心位置，以获取稳态空间温度分布；构造瞬态温度场，调整脉冲探测激光的光斑中心位置，调整两束激光之间的时间延迟，以获取瞬态空间温度分布；构造被测温度场，固定脉冲探测激光的光斑中心位置，调整脉冲加热激光和脉冲探测激光之间的时间延迟，以获取待测样品在光斑中心位置处温度随时间延迟变化的曲线，并计算曲线与脉冲加热激光的相位差，以及调整脉冲探测激光的光斑中心位置，以获取待测样品温度在不同空间位置的相位分布。能够实现同时测量稳态和瞬态空间温度分布及温度相位分布。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	清华大学
发明人：	张兴;樊傲然;王海东;马维刚
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-17T00:00:00+0800
申请号：	CN201910085766.7
公开号：	CN109765210A
代理机构：	北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	张润
分类号：	G01N21/65(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	100084 北京市海淀区清华园
主权项：	1.一种测量时空温度分布及温度相位分布的拉曼光谱方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： S1，通过连续加热激光，加热待测样品，以构造稳态温度场，并采用连续探测激光，探测所述待测样品温度，及调整所述连续探测激光的光斑中心位置，以获取所述待测样品温度在空间维度上的稳态空间温度分布；其中，所述连续探测激光的波长与所述连续加热激光的波长不同； S2，通过脉冲加热激光，加热所述待测样品，以构造瞬态温度场，并采用脉冲探测激光，探测所述待测样品温度，调整所述脉冲探测激光的光斑中心位置，及调整所述脉冲加热激光和所述脉冲探测激光之间的时间延迟，以获取所述待测样品温度在任意时刻的瞬态空间温度分布；其中，所述脉冲探测激光的波长与所述脉冲加热激光的波长不同； S3，通过所述脉冲加热激光，加热所述待测样品，以构造被测温度场，并固定所述脉冲探测激光的光斑中心位置，及调整所述脉冲加热激光和所述脉冲探测激光之间的时间延迟，以获取所述待测样品在所述脉冲探测激光的光斑中心位置处温度随所述时间延迟变化的曲线，并计算所述曲线与所述脉冲加热激光的相位差，以及调整所述脉冲探测激光的光斑中心位置，以获取所述待测样品温度在不同空间位置的相位分布。 2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1包括： S11，通过所述连续加热激光，将所述待测样品加热至稳态； S12，通过光斑中心位置为(x’,y’)的所述连续探测激光，探测所述待测样品温度，其中，通过获取所述待测样品在(x’,y’)位置处的拉曼光谱，并根据所述拉曼光谱的特征峰偏移值与温度的一一对应关系，确定所述待测样品在(x’,y’)位置处的温度T1(x’,y’)； S13，调整所述连续探测激光的光斑中心位置至(x,y)处，并获取所述待测样品在(x,y)位置处的拉曼光谱，根据所述拉曼光谱的特征峰偏移值与温度的一一对应关系，确定所述待测样品在(x,y)位置处的温度； S14，根据所述待测样品在不同光斑中心位置处的温度，确定所述待测样品温度在空间维度上的稳态空间温度分布T1(x,y)。 3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2包括： S21，在第一脉冲时间th内，通过所述脉冲加热激光，将所述待测样品温度从环境温度T0升温至温度T2-1； S22，在第一间隔时间tc内，通过所述脉冲加热激光，将所述待测样品温度从所述温度T2-1冷却至所述环境温度T0； S23，从时间延迟td’开始，在第二脉冲时间tp内，通过光斑中心位置为(x’,y’)的所述脉冲探测激光，探测所述待测样品的拉曼光谱，并根据所述拉曼光谱的特征峰偏移值与温度的一一对应关系，确定在所述第二脉冲时间tp内的平均温度T2-2(x’,y’,td’)； S24，调整所述脉冲探测激光的光斑中心位置至(x,y)处，并从时间延迟td’开始，在第二脉冲时间tp内，探测所述待测样品的拉曼光谱，根据所述拉曼光谱的特征峰偏移值与温度的一一对应关系，确定在所述第二脉冲时间tp内的平均温度； S25，根据不同光斑中心位置获取的平均温度，确定所述时间延迟为td’时对应的空间温度分布T2-2(x,y,td’)； S26，调整所述时间延迟至td，以获取所述待测样品温度在任意时刻的瞬态空间温度分布T2-2(x,y,td)。 4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3包括： S31，在第一脉冲时间th内，通过所述脉冲加热激光，将所述待测样品温度从环境温度T0升温至温度T3-1； S32，在第一间隔时间tc内，通过所述脉冲加热激光，将所述待测样品温度从所述温度T3-1冷却至所述环境温度T0； S33，从时间延迟td’开始，在第二脉冲时间tp内，通过光斑中心位置为(x’,y’)的所述脉冲探测激光，探测所述待测样品的拉曼光谱，并根据所述拉曼光谱的特征峰偏移值与温度的一一对应关系，确定在所述第二脉冲时间tp内的平均温度T3-2(x’,y’,td’)； S34，维持所述脉冲探测激光的光斑中心位置不变，并调整所述时间延迟至td，以获取所述待测样品温度在所述光斑中心位置处对应的温度分布T3-2(x’,y’,td)； S35，对T3-2(x’,y’,td)进行归一化处理，得到所述待测样品温度随所述时间延迟变化的归一化曲线并根据所述脉冲加热激光的频率，对进行锁相处理，得到所述与所述脉冲加热激光之间的相位差 S36，调整所述脉冲探测激光的光斑中心位置至(x,y)，以获取所述待测样品温度在不同空间位置的相位分布 5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对T3-2(x’,y’,td)进行归一化处理，包括：将所述T3-2(x’,y’,td)归一化处理为 6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对进行锁相处理，包括：将分别与cos(ωt)和sin(ωt)做乘法运算，得到与所述脉冲加热激光之间的相位差为：其中，ω＝2π/(th+tc)，表示所述脉冲加热激光的频率，n为所述待测样品温度变化的周期数。 7.一种测量时空温度分布及温度相位分布的拉曼光谱装置，其特征在于，所述装置包括：稳态测量模块，用于通过连续加热激光，加热待测样品，以构造稳态温度场，并采用连续探测激光，探测所述待测样品温度，及调整所述连续探测激光的光斑中心位置，以获取所述待测样品温度在空间维度上的稳态空间温度分布；其中，所述连续探测激光的波长与所述连续加热激光的波长不同；瞬态测量模块，用于通过脉冲加热激光，加热所述待测样品，以构造瞬态温度场，并采用脉冲探测激光，探测所述待测样品温度，调整所述脉冲探测激光的光斑中心位置，及调整所述脉冲加热激光和所述脉冲探测激光之间的时间延迟，以获取所述待测样品温度在任意时刻的瞬态空间温度分布；其中，所述脉冲探测激光的波长与所述脉冲加热激光的波长不同；相位测量模块，用于通过所述脉冲加热激光，加热所述待测样品，以构造被测温度场，并固定所述脉冲探测激光的光斑中心位置，及调整所述脉冲加热激光和所述脉冲探测激光之间的时间延迟，以获取所述待测样品在所述脉冲探测激光的光斑中心位置处温度随所述时间延迟变化的曲线，并计算所述曲线与所述脉冲加热激光的相位差，以及调整所述脉冲探测激光的光斑中心位置，以获取所述待测样品温度在不同空间位置的相位分布。 8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述稳态测量模块，具体用于：通过所述连续加热激光，将所述待测样品加热至稳态；通过光斑中心位置为(x’,y’)的所述连续探测激光，探测所述待测样品温度，其中，通过获取所述待测样品在(x’,y’)位置处的拉曼光谱，并根据所述拉曼光谱的特征峰偏移值与温度的一一对应关系，确定所述待测样品在(x’,y’)位置处的温度T1(x’,y’)；调整所述连续探测激光的光斑中心位置至(x,y)处，并获取所述待测样品在(x,y)位置处的拉曼光谱，根据所述拉曼光谱的特征峰偏移值与温度的一一对应关系，确定所述待测样品在(x,y)位置处的温度；根据所述待测样品在不同光斑中心位置处的温度，确定所述待测样品温度在空间维度上的稳态空间温度分布T1(x,y)。 9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述瞬态测量模块，具体用于：在第一脉冲时间th内，通过所述脉冲加热激光，将所述待测样品温度从环境温度T0升温至温度T2-1；在第一间隔时间tc内，通过所述脉冲加热激光，将所述待测样品温度从所述温度T2-1冷却至所述环境温度T0；从时间延迟td’开始，在第二脉冲时间tp内，通过光斑中心位置为(x’,y’)的所述脉冲探测激光，探测所述待测样品的拉曼光谱，并根据所述拉曼光谱的特征峰偏移值与温度的一一对应关系，确定在所述第二脉冲时间tp内的平均温度T2-2(x’,y’,td’)；调整所述探测激光的光斑中心位置至(x,y)处，并从时间延迟td’开始，在第二脉冲时间tp内，探测所述待测样品的拉曼光谱，根据所述拉曼光谱的特征峰偏移值与温度的一一对应关系，确定在所述第二脉冲时间tp内的平均温度；根据不同光斑中心位置获取的平均温度，确定所述时间延迟为td’时对应的空间温度分布T2-2(x,y,td’)；调整所述时间延迟至td，以获取所述待测样品温度在任意时刻的瞬态空间温度分布T2-2(x,y,td)。 10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述相位测量模块，具体用于：在第一脉冲时间th内，通过所述脉冲加热激光，将所述待测样品温度从环境温度T0升温至温度T3-1；在第一间隔时间tc内，通过所述脉冲加热激光，将所述待测样品温度从所述温度T3-1冷却至所述环境温度T0；从时间延迟td’开始，在第二脉冲时间tp内，通过光斑中心位置为(x’,y’)的所述脉冲探测激光，探测所述待测样品的拉曼光谱，并根据所述拉曼光谱的特征峰偏移值与温度的一一对应关系，确定在所述第二脉冲时间tp内的平均温度T3-2(x’,y’,td’)；维持所述脉冲探测激光的光斑中心位置不变，并调整所述时间延迟至td，以获取所述待测样品温度在所述光斑中心位置处对应的温度分布T3-2(x’,y’,td)；对T3-2(x’,y’,td)进行归一化处理，得到所述待测样品温度随所述时间延迟变化的归一化曲线并根据所述脉冲加热激光的频率，对进行锁相处理，，得到所述与所述脉冲加热激光之间的相位差调整所述脉冲探测激光的光斑中心位置至(x,y)，以获取所述待测样品温度在不同空间位置的相位分布
所属类别：	发明专利