低温物性测量系统
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低温物性测量系统
东南大学杨浩1，高天佑，李旗
（东南大学物理系，江苏省南京市210096）
指导教师：李旗教授
摘要：低温下固体材料的比热、交直流电阻率、导热系数和热电势率等性质参数，在科学研究的许多领域都有应用，准确快速并且以一种低成本的方法得到上述参数有着非常重要的意义。本文所要介绍的是一种模块化设计的成本低廉的低温物性测量装置。
关键词：物性测量系统；低温；样品片；四引线法；热输运性质
Abstract: The specific heat capacity, AC and DC resistivity, thermal conductivity coefficient and thermoel ectric power of solid state materials at l ow temperature have applications in many areas of the scientific research. Obtaining these properties quickly and accurately and in a l ow-cost way are of very important significance. We present here a modular designed l ow-temperature physical properties measurement device.
Key Words: physical properties measurement system; l ow temperature; sampl e hol der; four probe method; thermal transport properties
一、引言
低温下固体材料的比热、交直流电阻率、导热系数和热电势率等性质参数，在科学研究的许多领域都有应用，准确快速并且以一种低成本的方法得到上述参数有着非常重要的意义。虽然这些物性参数可以在物性测试系统大型设备上获得，但由于该设备价格昂贵，样品数量多，机时紧张，故需要建立一套简易的物型测量系统，以便筛选样品，而后再在大型设备进行精密测量。本文所要介绍的是一种模块化设计的成本低廉的低温物性测量装置，使用方便简单，低温环境稳定，热驰豫时间短，适用于教学科研过程中的各种固体材料的物性测量。下面将详细介绍这套装置的设计理念、结构组成、测量原理和方法。
二、设计理念
本物性测量系统的设计思想是在一个连续变化的低温环境下，集合电学、热学、热输运等测量方法[1-3]，以比热、交直流电阻率、导热系数和热电势这四个物性参数为测量要求。密闭防漏的低温室设计，即使在更换样品时也不会形成大量的空气对流，能最大程度地保证低温环境的稳定，从而在最短的时间内再次达到低温。同时，可拆卸的样品片结构，高效简洁的测量电路设计，可重复利用的低温环境，这些设计最大化地利用了设备，减少了购买仪器的成本，避免了搭建电路的繁琐，方便迅速实现使用者的研究思路，也为进一步的改进和升级测量电路留下空间。
三、系统组成
本物性测量系统由样品承载部分和制冷部分组成，如图1和图2。
1作者简介：杨浩（1988-），男，江苏高邮人，学生，本科，光信息科学与技术；高天佑（1989-），男，安徽安庆人，学生，本科生，物理学；李旗（1965-），男，教授，博士生导师，主要从事同步辐射应用和凝聚态物理、材料等研究；
图1 系统设计工程简图
（1为样品杆，2为低温室，3为样品片，4为杜瓦盖，5为杜瓦套，6为阻止套，7为抽真空模
块，8为防漏气模块，9为杜瓦瓶）
制冷部分包括杜瓦瓶、杜瓦套、杜瓦盖、低温室、抽真空模块和防漏气模块。杜瓦瓶内装有三分之二深度的液氮，放置在杜瓦套中，杜瓦套与杜瓦盖以法兰结构紧固，以减少液氮的外泄。杜瓦盖开有直径相对应的孔供低温室插入，低温室中部的阻止套可以固定低温室并控制其插入深度。
样品杆下端和样品片之间用螺丝固定，样品杆将样品片送入低温室中。样品片固定在样品杆下端，悬挂放置在低温室底部，低温室沉浸在液氮环境中，低温室采用导热性较好的金属材料，有效将热量传导出去；低温室上固定有橡胶制的防漏气模块，中间有极细闭合缝，长度刚好让样品杆和样品片通过，当更换样品拔出样品杆时，防漏气模块处于闭合状态，阻止空气进一步进入低温室，维持低温室内的低温环境；同时，低温室与样品杆以及抽真空模块和防漏气模块的接合处在低温环
境之外，在此处进行O型圈密封，免去低温下密封要消耗的贵金属铟。
图2 系统装配图
3.1样品片
为了简化结构、提高器材利用率，本装置采用可更换的样品片设计，每一片样品片上搭载对应
的测量电路，只需更换样品片就可以完成不同参数的测量。如图3，共有三种样品片分别对应于交
直流电阻率、比热、导热系数和热电势率的测量。样品的冷却是由液氮或液氦冷却室壁，进而在高真空条件下接触冷却样品片而实现的[3]，因此要求样品片有极好的导热性。
图3 图中标号1为交直流电阻率样品片，2为比热样品片，3为导热系数和热电势率样品片
每一片样品片上都搭载对应的测量电路，只需更换样品片就可以完成不同参数的测量。共有三种样品片对应于比热、交直流电阻率、导热系数和热电势率的测量。交直流电阻率样品片上采用四引线法测量电路，外围两根引线负责引入电流，中间的两根引线负责测量之间样品的电势差,样品旁贴有纯电阻加热器和热电阻温度计。比热样品片采用绝热脉冲法测量电路，样品贴附区域为中心处的铜质小方块，小方块在四个角上用绝热性能好的玻璃纤维连接固定到样品片上，在小方块上附有纯电阻加热器和热电阻温度计。导热系数和热电势率样品片采用单向稳定热流法测量电路，样品上端连接纯电阻加热器，下端固定在样品片上，样品上相隔一段距离的两点接一号铜-康铜热电阻温度计和二号铜-康铜热电阻温度计。关于每种样品片的测量原理和数据处理方法将在下文中介绍。
3.2低温环境和温度控制
稳定的低温条件是此套系统的关键。温度控制最重要的是保持流阻的通畅，一般认为氧分子和氮分子是阻碍流阻的重要原因，一些尺寸较大的灰尘、油污和冰晶对流阻不会有太大影响，但是要注意不让大量空气、灰尘、油污和水晶进入到杜瓦之中[1]。防漏气模块正是为了此目的而设计，使用橡胶材料，其中间有极细闭合缝，长度刚好让样品杆和样品片通过，当更换样品拔出样品杆时，防漏气模块会闭合，阻止空气进一步进入低温室。如果在杜瓦套、杜瓦盖和低温室的接合处严格密封，杜瓦盖上打开一个抽气口，持续对杜瓦内部空间抽气减压，达到减压降温的目的。
3.3数据采集分析系统
内部电路返回的电压信号通过顶部的航空插头连接到外接设备，外部利用多通道转换放大板、多功能A/D、D/A数据采集卡、微型计算机进行实时数据处理，可以有效提高测量的效率和精度[4]。
四、测量原理和数据处理
4.1交直流电阻率测量原理
一般通过直接加电流测电压的办法是不准确的，加载电流不一定全部通过样品，而且引线与样
品之间还存在接触电阻[5]，因此直接测电流的方法所测得的电压值将远远偏离样品上的真实值。四引线法可以减小引线电阻和引线接触电阻对结果的影响，当样品电阻较小时可采用此方法，如图4。
图4 四引线法示意图
样品片上贴附有一层绝缘塑料垫片，垫片上安装有四根引线。外围两根引线负责引入电流I ，中间的两根引线相距L,负责测量之间样品的电势差U 。操作时将样品加工为横截面积S ，长度适中的长条状，贴附在四根引线上。可以得到样品材料的电阻率ρ为：
L S I U L S R ==ρ (1)
同时配合加热器和铜-康铜热电偶温度计，可以测得不同温度T 下的电阻率，最终处理数据得到所测样品材料的ρ-T 曲线。
4.2比热测量原理
比热样品片采用绝热脉冲法，样品贴附区域为中心处的铜质小方块，小方块在四个角上用绝热性能好的玻璃纤维连接固定到样品片上，在小方块上附有纯电阻加热器(加热功率为P )和铜-康铜热电偶温度计，如图5。
图5 绝热脉冲法示意图
操作时，先用抽气机将低温室内抽成真空，并且在样品片周围围上一层防辐射屏，将质量为m
的样品贴附在测量区域。在?t 时间内，温度计记录到样品温度从T 1变化到T 2，温度变化?T 应控制在1%的T 1内 [6]，可近似为趋向于0。此时，可得样品材料在?T 内的平均比热C 为： T m t P T Q T m C ??=??→?=0lim 1
(2) 绝热脉冲法是测量比热的基本方法，它的优点是精度高，得出的结果是?T 内的平均比热。绝热脉冲法要求的真空度约为10-5 Torr [6]，要减少热辐射和导线的传热，一般适宜大质量(超过0.5g [6])的样品。
4.3导热系数和热电势率测量原理
导热系数和热电势率样品片采用单向稳定热流法。样品上下两端连接纯电阻加热器，加热器与样品片之间用绝缘绝热的蓝宝石垫片连接，加热器的热量不能轴向传输，只能通过样品向下传输，形成单向热流，热流经过一段时间后，样品上各点温度不再变化，形成稳定的单向热流[7-8]，如图6。
图6 单向稳定热流法示意图
操作时，先用抽气机将低温室内抽成真空，只打开上部的加热器，加热功率为P ，将样品加工成横截面积为S 的长条状，样品上相隔距离L 的两点接上两只铜-康铜热电偶温度计，且温度计极接近两个加热器。经过?t 时间后，分别测得两点稳定的温度为T 1、T 2。此时，可得样品材料的导热系数λ为：
)(21T T S PL L T t S t
P -=
???=λ (3)
热电势率采用微分法测量。打开上下两个加热器，两温度计测得稳定温度T 1、T 2。为保证最终的热电势率S x 为某一温度T 下的热电势率，通常要求?T 足够小，此时T 1和T 2可近似为同一温度T 。两只铜-康铜热电偶温度计中，铜质的两根导线之间测得电势为V ax ，已知铜的绝对热电势率为S a 。根据塞贝克(Seeback)效应，有：
))((21T T S S V x a ax --= (4)
则可得样品材料在温度T 下的热电势率为S x 为：
21T T V S S ax a x --= (5)
五、总结
本文设计了一个可以在低温条件下测量材料比热、交直流电阻率、导热系数和热电势率的装置，如图7。
图7装置实际效果图
该装置简易可靠，结构设计合理，升级改进方便，可以增加磁学测量的功能，以进一步完善系统。该装置可以在不需要破坏低温环境的条件下，实现多组样品的同时对比测量。同时该系统还具有开放性和可升级性，使用者可以根据需要自行设计新的样品片，实现更多的功能，或者进一步提高装置测量精度，而不需要改动其他基本组件，真正实现了集成化、多功能化和可扩展化。在实际操作中，发现系统中温度传感器和温度控制系统起到了至关重要的作用，此两者的性能参数直接影响测量的精度，需要谨慎选择。
参考文献：
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通过激光定位的手持移动鼠标设计及实现
东南大学黄涛，崔翰韬，华哲
（东南大学吴健雄学院，江苏省南京市210096）
指导教师：李久贤教授
摘要：传统的投影技术中，基于键盘和鼠标操作的人机交互模式难以将投影技术的优势完全发挥出来。为了改善这种状态，建立了基于DSP的远程激光定位系统，设计了一个可手持移动的鼠标，并通过无线控制鼠标操作，通过摄像头采集幕布图像检测激光点的位置以实现光标跟随激光点移动。实践证明，该系统能快速、准确的实现光标对激光点的跟随，并能远程完成鼠标的全部操作，可使演讲者获得很大的自由交互空间。
关键词：图像采集，畸变校正，激光点，鼠标
Abstract: The traditional human-computer interactions with keyboard and mouse cannot exert the advantage of projective technology thoroughly. In order to change the situation, we have built a long-range laser positioning system based on DSP and designed a hand-held mobile mouse controlled by wireless. The system detect the position of laser point by collecting the image of screen with camera to control the cursor moving followed the laser point. Practice has proved that in the system the cursor can followed the laser point quickly and exactly, moreover, we can long-range realize the whole function of a mouse, which allow the speaker to get a big space of interaction.
Keywords: image collection，distortion correction，laser point，mouse
一、引言
随着多媒体技术的发展，投影技术得到了广泛的应用。但在传统的投影技术中，演讲者通过鼠标和键盘与观众进行交互，使得演讲者被限制在讲台周围，难以发挥投影技术的优越性。为解决该问题，已有前人做过诸多研究和尝试。文献[1]通过训练环境和激光点的特点，求取透视变换矩阵消除图像畸变，实现了光标跟随激光点的移动，并用激光点的运动如画圈等来实现鼠标的相关操作，系统实现较为复杂；文献[2]做了很多的改进，采用网格法来消除图像畸变，利用红色滤光片来检测激光点，可靠性高。这两个系统都是在计算机上实现的，包括图像采集、畸变校正等，增加了计算机的开销。本研究致力于从硬件上来实现远程光标控制，并实现鼠标的全部功能，采用DSP进行图像采集和图像处理，无线模块模拟鼠标按键，通过CPLD实现无线通信和与计算机的串口通信，大大减轻了计算机的负担，收到了很好的效果。
1.1 1.1 硬件系统设计
采用DSP+CPLD构成的双核控制系统，原理框图如图1所示。
投
影
幕
布
上
位
机
图1、系统框图
整个硬件系统由DSP 、CPLD 、摄像头、FIFO 、无线收发模块、串口等六部分组成。DSP 采用TI 公司的5000系列芯片TMS320VC5509A ，CPLD 为MAX II 系列的EPM570T100C5N 。摄像头与DSP 通过专用的视频帧存储器AL422B 连接，可以缓解摄像头与DSP 速度不匹配的问题。
系统的工作原理是：由摄像头采集投影幕布图像，完成图像采集、图像畸变校正、检测激光点等功能；CPLD 负责无线的接收及与上位机的串口通信；将六路无线遥控器各按键改装成左右击、上下翻、拖动等功能，由CPLD 来控制各按键的状态转移；上位机程序接收CPLD 传过来的按键信息，模拟鼠标和键盘功能实现相关操作。
二、 系统构成
系统主要由三部分组成，它们分别是DSP 图像采集、处理模块，CPLD 无线接收及串行通信模块，上位机程序。以下对各部分的功能与原理进行详细介绍。
1.2
2.1 DSP 图像采集及处理
DSP 是整个系统的核心部件，负责完成图像采集、图像畸变校正、检测激光点三大功能。
1.3
2.1.1 图像采集
采用摄像头OV7725作为图像传感器，采集幕布图像。由于摄像头的帧率为60fps ，像素时钟周期约为21ns ，DSP 读写数据总线的速度跟不上像素时钟速度，所以通过一个FIFO 来暂存摄像头的图像，当DSP 需要时再从FIFO 里取出图像，视频帧存储器AL422B 正是起这个作用。图像采集系统框图如图2所示。
DSP
图2、图像采集系统框图
DSP 需要采集图像时，先清除AL422B 的写地址，并将WEN 置为有效，摄像头图像数据便读到FIFO 里面；DSP 需要读图像时，先清除读地址，将输出使能OE 拉低，并在读出时钟RCLK 的控制下读出一帧图像并存入DSP 的内部SARAM ，等待处理。通过DSP 的/ARE 信号取反作为FIFO 的读时钟[3]，可以有效提高DSP 的图像采集速度。
1.4
2.1.2 图像畸变校正
由于受到摄像头镜头畸变、幕布与摄像头空间相对位置关系等因素的影响，实物在摄像头图像平面上所成的像与理想成像之间存在不同程度的非线性几何畸变。如果不对畸变图像进行校正，必然导致找到的激光点的实际坐标跟理论坐标之间存在着较大的差距，难以准确地实现光标跟随激光点移动。
由于光学镜头采集的图像主要是径向畸变的非线性失真，可以忽略切向畸变的影响，这样就可以通过多项式拟合来实现畸变图像到理想图像之间的变换。考虑到多项式拟合需采用至少3次以上的阶数才能达到校正效果，这对于DSP 来说运算量是非常大的，因此，我们采用一种快速的网格分块校正算法[4]。算法的基本思想是：将屏幕分成若干个不同大小的网格，认为每一个网格的畸变程度比较小，可以采用一次多项式变换来完成校正，假设像点的实际坐标是(,)x y ，理论坐标是''
(,)x y ，一次多项式变换公式为：
''x a bx cy y d ex fy ?=++?=++? 只要已知三个点的实际坐标与理论坐标之间的对应关系，采用列主元高斯消去法很容易将六个
变换系数求出来。每一个网格都有一套变换系数，只要求得激光点的位置及所在的网格，带入变换公式就可以准确地知道激光点位置对应的理论坐标。
系统采用的标准网格图如图3(a)所示，通过图像处理找到每个网格的四个顶点的实际坐标，而网格的绘制由上位机完成，每一个交点的理论坐标是已知的，这样上面的算法实现并不困难。图3(b)是DSP 图像处理后找到的网格交点，交点用白色标记出来。
(a) (b)
图3、标准网格图及网格交点 1.5 2.1.3 激光点的检测
红色激光点有一个明显的特征，就是亮度非常高，激光点的RGB 值都接近255。我们先是用灰度值来检测激光点，但是多次试验结果表明：单纯靠检测像素点的灰度值来检测激光点并不可靠，当环境比较亮的时候，会出现很多像素点的灰度值都接近255。文献[2]中提出了一种比较新颖的方法：在摄像头前面放置一块红色滤光片，图像经过滤光片后，其他像素的B 分量明显衰减，而激光点处的像素B 分量衰减较小，利用B 值可以可靠地找到激光点的位置。本系统也采用了同样的方法，采用一个3×3的滑动窗口，逐行进行扫描，当窗口里面满足B 值阈值条件的点达到3个或以上时，把窗口的中心坐标当作激光点的坐标。为了是B 值阈值的适应性，系统允许用户在上位机上修改此阈值。
1.6
2.2 CPLD 无线接收及串口通信
CPLD 负责串口通信和无线的接收，需要根据接收到的无线遥控器发出的按键信息建立状态机，以实现完整的鼠标功能。
我们将六路无线遥控器的六个按键分别改装成如下功能：激光发射、模式切换、左击/上翻、右击/下翻、拖动、初始化。CPLD 状态机图如图4所示：
图4、CPLD 主状态机
系统与上位机的通信只需一根串口线，简单方便。而无线模块使用普通的非锁型模块即可，通信距离灵敏度能够达到50m以上，足以满足一般的使用场合，而且价格比激光笔便宜，经济实惠。
1.7
2.3 上位机程序
上位机采用MFC编程，实现如下功能：通过使用MSComm控件进行串口通信，接收和发送串口数据，包括鼠标状态、变量初始值、上位机屏幕分辨率等；通过MFC的API函数mouse_event 和keybd_event来模拟实现左击、右击、上翻和下翻功能；绘制初始化标准网格图，用于图像校正；实现人机交互界面，并在托盘上最小化窗口，使程序在上位机后台运行。
三、实验总结
快速性：系统采用的摄像头的帧率为60fps，DSP在读取图像和处理图像中会耗掉一些时间，为了减少读取图像的时间，我们采用了FIFO同时读写的方法。FIFO写入图像128个时钟周期后，DSP 便开始读图像，这样明显提高了效率，从图像写入FIFO到DSP读出图像的时间约为25ms。实验中，我们使用DSP的clock测时功能进行测试，系统从采集图像到光标移动需要的时间在30ms到50ms 之间，至少可以保证1秒钟之内处理20次，基本可以让光标流畅地跟随激光点移动，满足人们的视觉要求。
准确性：采用网格分块的畸变校正算法后，大大提高了光标跟随激光点的准确性，光标与激光点的误差在5个像素点之内，可以到达准确定位的效果。
灵活性：由于激光在快速移动过程中，摄像头拍摄到的激光点形态比静止的激光点要差，难免会导致激光点漏采，这使得光标在跟随激光点的过程中有时会停顿一下，但从整体上来说，每秒20次的移动速度可以弥补以上不足；另外鼠标的操作采用无线收发模块，灵敏度比较高，可以非常灵活地完成各种操作。
四、结语
通过激光定位的“鼠标”大大地简化了演讲者操作计算机的过程，设备安装方便，使用灵活，适用性强。我们采用的网格变换消除畸变方法有效地消除了摄像头畸变，使该系统的实用性进一步增强。本系统达到了初步设计目标，值得进一步研究与推广。
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光电式脉搏波无线测量系统
东南大学王晨迪, 王衡，朱文琦
（东南大学生物科学与医学工程学院，江苏省南京市210096）
指导教师：汪丰副教授
摘要：本项目研制的光电式脉搏波无线测量系统包括脉搏波测量模块，无线收发模块和计算机分析处理软件三大部分。结合光电容积法的特点，充分利用了TI公司OPT101等芯片的特性，设计高通、低通、工频陷波器对输出信号进行处理；使用集成了模数转换的CC2430单片机芯片完成检测心率、无线通信等功能；计算机分析软件通过USB接口与无线接收模块交换数据，接收脉搏波信号，可动态实时观察脉搏波数据，并进行分析处理，通过本文提出的基于小波变换的阈值去噪改进算法，快速有效地分离脉搏波信号和噪声；依靠智能分析算法辅助医生进行各波段特征提取、进行节律异常，血管弹性和血液粘性等快速诊断，迅速关注异常脉搏波，指导用户了解自身健康状况和帮助医护人员进行下一步医疗措施。
关键词：光电脉搏波，传感器，无线传输，小波去噪，智能分析
Abstract: The photoelectric pulse wave wireless measurement system developed in this project includes pulse wave measurement module, wireless transceiver modules, and computer analysis software. Combined with the characteristics of photoelectric volume method, we have made full use of the OPT101 and other chips from TI company designing high-pass, low pass, power frequency notch filter to process the output signals; By the use of the integration of the analog-digital conversion of the CC2430 microcontroller chip, the heart rate detection, wireless communications and other functions have been accomplished; computer analysis software can exchange data with the wireless receiver module via USB interface to receive the pulse wave signal and fulfill dynamic real-time observation of pulse wave data and analyzed treatment. Using the proposed threshold denoising Algorithm based on wavelet transform, the pulse wave signal and noise can be separated quickly and effectively; the intelligence analysis algorithms can assist doctors with feature extraction, and rhythm abnormalities, blood vessel elasticity and blood viscosity and other rapid diagnosis and pay attention to abnormal pulse wave promptly, guiding the user to understand their own health status and help medical staff medical measures on the next step.
Key Words: Photoelectric pulse wave, sensors, wireless transmission, wavelet denoising, intelligent analysis
一、引言
脉搏是临床检查和生理研究中常见的生理现象，脉搏波的波形幅度和形态，包含了反映心脏和血管状况的重要生理信息。光电脉搏波检测法能避开强烈的电磁干扰，具有很高的绝缘性，做到无创伤、稳定、尽可能少的不适应感和无过敏反应[1]。目前已有多种测量脉搏等身体特征的仪器，但由于现有仪器都太大，随身携带不方便，无法进行长期监测。因此，研制无线人体脉搏测量装置具有重要的实用意义，其优势在于：操作简单，携带方便，脉搏数据可无线输送到数据接收终端，并通过USB接口与计算机相连，适合长期监护和数据分析。
光电脉搏波的测量原理[2]为：根据朗伯比尔(Lamber Beer) 定律，物质在一定波长处的吸光度和他的浓度成正比。当恒定波长的光照射到人体组织上时，通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强将在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。
作者简介：王晨迪（1988-），女，福建福州人，学生，本科，生物信号处理；王衡（1987-），男，山东淄博人，学生，本科，生物信号处理；朱文琦（1987-），女，江苏常州人，学生，本科，生物信号处理；
脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的，在人体指尖，组织中的动脉成分含量高，而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄，透过手指后检测到的光强相对较大，因此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。手指组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织，其中非血液组织的光吸收量是恒定的，而在血液中，静脉血的搏动相对于动脉血是十分微弱的，可以忽略，因此可以认为光透过手指后的变化仅由动脉血的充盈而引起的，那么在恒定波长的光源的照射下，通过检测透过手指的光强将可以间接测量到人体的脉搏信号。
二、测量系统总体结构
整个系统具体包括脉搏波测量模块，单片机主控模块和计算机分析处理软件三大部分。
1）脉搏波测量模块完成脉搏波信号的拾取、放大、滤波，检测电路中的前置放大器将光电传感器的检测信号适当放大后，送工频陷波器陷波，以防止可能出现的过强工频干扰阻塞系统放大通道。主放大器和末级放大器将信号放大，并经过滤波处理滤除基线漂移和运动伪迹等。
2）单片机主控模块包含用户端和服务器端两个子模块。前者将脉搏信号进行模数转换，通过单片机计算心率参数，并将原始信号通过无线方式传送给服务器端模块。后者通过USB口与计算机连接并交换数据。系统采样率为200Hz，无线数据传输速率为19.2kbps。本模块将采用TI公司CC2430芯片。
3）计算机分析处理软件。软件通过USB接口与无线接收模块交换数据，接收脉搏波信号，可动态实时观察脉搏波数据，并对数据进行分析处理；研究并实现从脉搏波信号中检测心率；可保存测量的脉搏波信号，并离线观察和分析信号。
工作流程如下：佩戴适合的光电检测装置，opt101发出一定波长红外波，传感器感受由脉搏反射回的光信号，将其转换成电信号，电信号再经过放大、增益、滤波之后传送到CC2430芯片中。进入芯片的信号经过ADC转换，由微处理器进行简单处理，经过计算后转换成脉率数据，存储在内存中。内存中数据通过USB或无线传输系统送进计算机中，进行进一步去噪与分析和显示。见图1。
图1 总体结构框图
三、测量系统具体模块设计
3.1 光电检测脉搏波的原理[1]
红外发光二极管发出的光照射到手指上，被手指组织的血液吸收和衰减后由传感器opt101接收，由于手指动脉血在血液循环过程中呈周期性脉动变化，它对光的吸收和衰减也是周期性脉动的，于是opt101输出信号的变化也就是周期性变化，反映了动脉血的变化，完成了变化的光信号到变化的电信号的转变。
按光的接收方式可分为透射式和反射式和透射式两种。透射式的光源与光敏接收器件的距离相
等并且对称布置，从光源发出的光穿过皮肤进入深层组织，除被皮肤、色素、指甲、血液等吸收外，一部分由血液漫反射回，其余部分则透射出来；反射式的测量原理与透射式的基本相同，所不同的是测头当中的发射光源和光敏器件位于同一侧，接收的是漫反射回来的光。考虑到舒适度本系统采用了反射式来提取脉搏波。
3.2 脉搏波采集电路
根据对脉搏信号的采集要求，设计以下的脉搏波采集电路方案：主要由以下7大部分组成（见
图2）：
图2脉搏波采集电路图
①传感器：为了充分利用器件的效果，光源和光敏元件的选择是综合考虑的，考虑到在805nm 波长处，血红蛋白的光吸收率比较低，那么反射光强较大，有利于光敏器件，故选用波长为805nm 的红外发射管，落在光敏元件OPT101检测灵敏度较高的波段内。OPT101[2]将感光部件和放大器集成在同一个芯片内部，线性好、响应快，能检测到像脉搏波这样低频、微弱的生理信号。这种集成化的设计方式有效地克服了后端运算放大器空载电流输出对光敏部件输出电流的影响,而且芯片输出的电压信号可以通过外部的精密电阻进行调节。同时芯片的集成化设计有利于芯片适应整体的电路设计,而且能够减小系统的功耗。
②差分放大：前置放大是脉搏数据采集的关键环节。由于人体信号十分微弱，噪声背景强且信号源阻抗较大，因此，通常要求前置放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、非线性度小、合适的频带和动态范围等性能，设计时一般都采用差分放大电路。采用TI公司的INA118精度较高而且功耗较小，放大倍数由单个电阻控制，共模抑制比较高。
③高通滤波电路：基线漂移和呼吸时脉搏波信号幅值的变化，从频谱上说，这些影响都可以归结为一个低频噪声干扰，这些噪声主要集中在0.015Hz-0.3Hz。设定高通截止频率为0.5Hz，留有一定的余量为防止元器件因精度不够而造成较大误差。
④一级放大；
⑤工频陷波电路：虽然前置放大电路对共模干扰具有较强的抑制作用，但部分工频干扰是以差模信号方式进入电路的，经过前面的前置放大、低、高通滤波和主放后，输出仍然存在较强的工频干扰，所以必须专门滤除。本系统采用的Fliege 陷波滤波器具有以下优点：仅用四个高精度组件（两个电阻和两个电容）就可实现中心频率的调谐；允许组件的轻度不匹配，其仅会影响中心频率，而不会影响陷波深度；使用两个相同阻值的非关键电阻器就可实现滤波器 Q 值的独立调谐，且不会影响中心频率；滤波器的中心频率在小范围内的调整对陷波深度的影响不大。
⑥二级放大；
⑦低通滤波电路：脉搏波信号在10Hz以下，为了消除高频干扰，使用低通滤波器，根据经验可
取截至频率为30Hz。
3.3 单片机主控模块
单片机主控模块主要包括两个子模块，用户端和服务器端两个模块。前者将脉搏信号进行模数转换，通过单片机计算心率参数，通过液晶屏显示实时心率，并将原始信号通过无线方式传送给数据通讯模块。后者通过串口与计算机连接并交换数据，交给后台处理。系统采样率为200Hz。本模块核心采用TI公司CC2430芯片，集成了模数转换和点对点无线通信功能[3]。
3.4计算机软件模块
（1）模块功能及结构（见图3）
图 3 模块功能及结构图
该模块能完成以下功能：
①接收串口传来的实时脉搏波数据，通过算法分析滤波后显示；
②自动分析并保存脉搏波分析结果信息；便于后期工作的进行。
③根据病人姓名，时间，等进行检索，回调脉搏波数据，显示，医生补充；
④用户管理系统界面人性化，操作方便快捷。
信息处理流程如图4所示，病人通过无线监护装置向工作站发送脉搏波数据，工作站将接收的数据送至智能分析模块，并将数据信息和分析结论共同存入数据库中；同时，工作站完成对数据库的查询、修改等功能。
图4 信息处理流程图
（2）小波去噪[4]
本测量系统提出了一种基于小波变换的脉搏波阈值去噪改进算法：
①依据了高频系数方差在不同尺度下的分布特征,提出了一种自适应确定分解层数方法；以小波分解的高频系数方差衰减和上升的拐点作为确定层数的特征点，提出自适应确定小波分解层数的算法。②根据小波系数的局部邻域信息进行方差估计，尽可能更多的保留信号细节，得到效果较好的自适应阈值估计。③针对恒定偏差与不连续问题, 在软硬阈值折中函数的基础上，引进了领域参数，提出在阈值邻域范围内线性收缩至零的阈值函数。
将小波降噪算法应用于光电式脉搏波无线测量系统中，实验结果表明该方法可以快速有效地分离脉搏波信号和噪声,为准确监测脉搏波信号奠定了基础。去噪效果图见图5。
图5 小波去噪效果图图6 智能分析效果图（3）智能分析[5]
智能分析算法可以辅助进行各波段特征提取、进行节律异常，血管弹性和血液粘性等快速诊断。
特征提取包括：波形检测：P波检测、D波检测、V波检测、u点定位；参数提取：Ps、Pd、Pm。
诊断分析包括：频域分析、脉搏频率、降中峡指标、重搏波指标、K值、SV心脏每搏出量、CO 心输出量、TPR 外周阻力、AC 动脉顺应性、BAS 体表面积、SI 心搏指数、CI 心脏指数、V 血液粘度、BV 总血容量、ALK 血液半更新率、ALT 血液半更新时间、TM 平均滞留时间。效果图见图6。
四、结束语
无创伤监护技术是未来医学工程发展的重要方向，而人体脉搏信号中蕴含着丰富的生理信息，逐渐引起了临床医生的很大兴趣。光电容积法( PPG) 是当今测量脉搏信号的一种有效途径，可以通过这种方法测量血氧饱和度、氧分压、心搏出量等生理信号，为临床诊断提供了强有力的技术支持。光电式脉搏波无线测量系统所研制的装置达到了初步设计目标，以该系统的部分设计思想和另一国家创新项目组合参加了第11届大学生挑战杯竞赛，荣获了全国二等奖。
参考文献
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[2] 戴君伟,王博亮.光电脉搏传感器的研制和噪声分析[J].现代电子技术传感器技术, 2006, 217(2):78-80
[3] 宁炳武,刘军民.基于CC2430的Zigbee网络节点设计[J].电子技术应用, 2008, 34(3)
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[5] 元慧.脉搏波的特征信息分析和动脉硬化诊断研究[D].山东：山东大学,2005
瞬态法热物性测试仪
SHT-20 热物性瞬态自动测试仪简介及使用说明
0概述 众所周知，固体材料的热导率、热扩散系数、比热等热物理性质，随着材料，材料的结构、密度、多孔性、导电性、含湿率和温度的不同而变化。有些材料还与方向有关。对应于不同的材料和不同的试验条件，测量值会有很大的差异。测量材料的热物理性质，在科学研究和工程应用上，具有至关重要的意义；热物性测量与力学测量、电学测量、光学测量等一样，是物性研究和应用的基本测量技术之一。 材料热物理性质可以用稳态法或瞬态法进行测量。目前，国内、外主要使用稳态法测量材料的热导率。本仪器采用瞬态法测量材料的热扩散系数、热导率和定压比热等热物理性质。所谓瞬态测量，是指在加热升温，或停止加热后的降温过程中，实现对材料热物理性质的测量。瞬态测量不要求恒温环境，测量系统也无需达到或保持热平衡状态。 SHT-20材料热物性瞬态自动测量仪，是一种新型的材料热物性测量仪器，也是替代稳态法测量仪器的升级换代产品。 本仪器用平面热源加热，在室温附近，可以分别用脉冲法或恒流法等两种不同的测量方法，测量材料的热扩散系数、热导率和定压比热。 本仪器可广泛用于冶炼、能源、环保、建筑、热力工程和新材料研制等行业，作为科学研究，物性检测、生产过程控制与产品质量检验等领域；也可以用于理工科学生的物理实验、建筑物理实验，材料物理实验中，作为热物性测量的主导仪器。 该仪器将A/D 转换技术、数值计算技术、计算机应用技术和瞬态测量技术等多种高新技术，运用于材料的热物性测量中，实现了热物性测量的自动化。仪器的结构合理，运行稳定，质量可靠，准确度高，运行成本不到稳态测量的十分之一，测量时间不超过300秒。 一仪器规格及主要技术指标 1.1规格、参数 试件尺寸：主试件： mm xmm mm mm mm xmm 202;200200≤≤××辅试件1：xmm D 3≥辅试件2：xmm d 2≥平面热源：有效发热面积mm mm 200200×1.2直流稳流电源 输入：电功率：100W 交流：220V 频率：50Hz 输出：直流电流在0.01-1.000A 之间精密可调。在热测量过程中，电流波动幅度： A I 001.0≤?1.3运行环境 温度：室温湿度：<85% 1.4主要技术指标 温度范围：室温—100℃ 热导率测量范围：0.03—1000[W/(mK)]热扩散系数测量范围：0.01—1000[mm 2/s]热导率不确定度：≤±1%
无液氦综合物性测量系统技术参数
无液氦综合物性测量系统技术参数 1.该综合物性测量系统用于凝聚态物理及材料科学相关领域的研究，可在低温及强磁场环境下研究凝聚态物质和材料的电学、磁学、热学等特性。系统运行环境：1.1 工作温度：15-38℃； 1.2 工作湿度：< 80% （20℃）； 1.3 适用电源：AC 220V ±10%，50Hz±1单相；AC 380V±10%，50Hz±1三相； 1.4 持久性：仪器设计为连续工作，可持续开机使用。 2.功能与组成： 2.1 科学研究与教学实验； 2.2 系统应由基本系统和若干测量功能部件构成，可完成磁、电、热等物理性能测量，须配置完全无液氦超低温装置，可变超强磁场工作环境，包含完整功能的软件； 2.3 基本系统包括磁场控制、温度控制、高真空系统和磁屏蔽系统； 2.4 磁学测量：振动样品测量；交直流磁学测量； 2.5 电学测量：交直流电阻率测量；霍尔系数测量；伏安特性测量；微分电阻测量； 2.6 热学测量：比热测量；热导率测量；塞贝克系数测量；热电品质因子测量。 3.技术规格 3.1 基本系统： 3.1.1 电制冷9特斯拉超导磁体、磁体控制系统及温度控制系统， 4.2K以下全自动连续低温控制和温度扫描； 3.1.2 低温杜瓦、底部带有样品插座的样品腔（内径> 25.4 mm）、样品操作杆、样品初连线检测台、高真空系统、磁屏蔽系统； 3.1.3 控制软件运行于Windows系统下，能通过网路进行远程诊断和测量实时监控； 3.1.4 为保证主机系统的稳定性，当数据处理软件崩溃情况下主机仍能稳定工作，需要提供独立于软件操作系统之外的中央控制系统（系统含独立CPU）； 3.1.5采用高效稳定的水冷型压缩机的脉冲管制冷机，从首次安装启动到日常运行都不需要灌装液氦，初次启动消耗< 1瓶氦气。 3.2 磁场控制： 3.2.1 纵向磁体, 磁场强度：±9T （使用水冷式脉冲管式制冷机直接传导制冷）； 3.2.2 场均匀性：0.01% over 3 cm on axis（9T）； 3.2.3 磁场稳定性：1 ppm/hr； 3.2.4 双向充磁磁体电源：60A（9T）； 3.2.5 扫描速度：0.1-200 Oe/sec（9T）； 3.2.6 从零场加至满场所需时间：<8分钟（9T）； 3.2.7 多种磁场控制模式：闭环运行模式和驱动模式； 3.2.8 磁场逼近模式：线性加场、振荡加场、非过冲式加场、扫描加场； 3.2.9 磁场分辨率：<0.16 Gs（9T）；
材料热物性测试的研究现状及发展需求
材料热物性测试的研究现状及发展需求 陈桂生，廖 艳，曾亚光，付志勇,邓丽娟 （中国测试技术研究院，四川成都610021） 摘 要：材料热物性是对特定热过程进行基础研究、分析计算和工程设计的关键参数，是材料最基本的性能之一，在 科学研究、工程设计、工业生产等领域应用十分广泛，也是各行业节能技术发展的基础。通过对材料热物性发展历史、国内外研究现状的分析，比较了我国与发达国家在防护热板法导热系数装置研究上的差距，阐明了热物性测试的重要意义及我国在材料热物性测试领域仍未建全量值传递体系的不足。 关键词：材料热物性；防护热板法；导热系数；热学微系统；标准物质；量值传递体系中图分类号：O551.3；TK121 文献标识码：A 文章编号：1674-5124（2010）05-0005-04 Development requirements and research status of thermal physical properties testing CHEN Gui-sheng ，LIAO Yan ，ZENG Ya-guang ，FU Zhi-yong ，DENG Li-juan （National Institute of Measurement and Testing Technology ，Chengdu 610021，China ） Abstract:Thermal physical properties of materials are the key parameters for study ，analysis and engineering design of special thermal process.As the most basic characteristics of materials ，thermal physical properties are widely used in scientific research ，engineer design and industrial production field.They are also the basis for developing energy-saving technology in industry.In this paper ，thermal properties ’development history and current research progress were introduced.The difference of research on the guarded hot -plate device for thermal conductivity measurement between developed countries and China was compared.The importance of thermal properties testing was clarified.Finally ，the necessity of our country to establish full value transfer system in thermal properties testing field was discussed. Key words:thermal physical properties of material ；guarded hot plate apparatus ；thermal conductivity ；thermal micro-system ；reference materials ；value transfer system 收稿日期：2010-04-11；收到修改稿日期：2010-06-22作者简介：陈桂生（1953-），男，副研究员，主要从事温度计量 测试研究工作。 1引言 材料科学是人类生产、生活，社会发展的支柱和科学研究、科技创新最重要的基础，国家经济建设、国防建设和高新技术的发展都离不开材料，材料日益成为国家重要的战略资源。 材料的热物性是材料的重要特征参量，它是指材料在热过程中所表现出来的反映各种热力学特性的参数的总称，包括材料的导热系数、热扩散率、比热容、热膨胀系数、发射率、热流密度等[1]。材料热物 性参量在航空航天、 新材料的研究和开发、能源的有效利用、国防技术、微电子技术等高新技术领域以及建筑节能、空调制冷、石油化工、生物工程、医学、冶金、电力等工业领域都具有明显的科学意义和重要的工程应用价值。 能源短缺是当今全球经济发展所面临的重大挑 战，这使节能技术研究及其推广应用被各国列为重 点发展对象。 随着我国国民经济的快速增长，一方面能源缺口逐年扩大，另一方面我国的能源利用率仍然偏低，节能及提高能源利用效率方面大有潜力可 挖。节能技术的研究， 首先从关注能量的耗散开始。能量的耗散主要集中在热力转换这一过程中，如 电力生产、 炼钢、化工产品的分解与合成、建筑采暖等都是通过热力转换过程完成。因此， 提高热力转换效率及降低转换过程中的能源损耗是节能的重要途径。要提高热力转换效率和降低能源的损耗，合理地控制热能的转移和传递方式，就必须对材料的热物性参数进行研究，建立测试体系为各行业降低能耗和节能技术的研究推广提供可靠的技术支撑。 2热物性测试技术的发展过程 早在18世纪，人类就开始对材料的热物性进行 第36卷第5期2010年9月中国测试 CHINA MEASUREMENT &TEST Vol.36No.5September ，2010
高精度综合磁性测量系统技术参数
高精度综合磁性测量系统技术参数 主要用于测量样品及器件的磁学性能、磁电性能等，如磁滞回线、磁化曲线、矫顽力、饱和磁化强度、剩磁强度、磁电阻、磁共振频率等,具体功能要求： 1.磁体系统 a)★最大磁场强度：>2.5T （室温环境，3.5 mm磁极间距）；>2.0T （室温环境，加装粉末测试样品杆时）；>1.5T（高低温选件连用时） b)★磁场误差：<0.005 Gs RMS （±100Gs范围内）；程控磁场精度：1mOe。 c)★磁体为水冷电磁铁，极帽直径不小于5cm。 d)系统配备高斯计直流测量精度：±0.05%。 2.★高低温系统 最低测试温度 ≤100 K,最高测试温度≥ 800 K；有惰性气氛或真空系统保护样品，相关配套外设包含在本系统中；包含液氮杜瓦：>25L容量。 3.★测试功能 可进行磁滞回线的测量；可进行初始磁化曲线的测量；可进行直流剩磁曲线及交流剩磁曲线的测量；可进行360度连续变角度的测量；可进行热退磁曲线的测量；可进行任意变量的自定义程序化控制模式的测量；可进行点对点测量和磁场连续测量。 4.测试性能 a)★测试灵敏度：单次测量<1×10-6emu b)测试重复性：十次测量偏差≤2% c)测试稳定性：测试误差≤ 0.05%RMS @ 24小时连续测量 d)测试速度：时间常数（TC）0.1s，0.3s，1.0s，3.0s或10.0s。 e)★可适用测试的样品形态：固体、液体、粉末、薄膜、块体、胶囊等 5.样品杆旋转模块 a)★角度可在±360度或0-730度范围内变化，角度变化精度：≤1° b)●具备程控及手动双重模式 6.样品杆及标样组件 a)★配套有高纯度石英样品杆：配备多个直径、垂直、水平样品杆；配备高温样品杆；配备固体、液体、粉末、薄膜、块体、胶囊等各类样品测试所需的样品杆；配套有高稳定性标样组件：2个标准的镍样；1个高斯计及其校准用标准磁体。
Aspen_Plus推荐使用的物性计算方法
做模拟的时候物性方法的选择是十分关键的，选择的十分正确关系着运行后的结果。是一个难点，高难点，而此内容与化工热力学关系十分紧密。 首先要明白什么是物性方法？比如我们做一个很简单的化工过程计算，一股100C,1atm的水-乙醇(1:1的摩尔比，1kmol/h）的物料经过一个换热器后冷却到了80C,0.9atm,问如分别下值是多少？1.入口物料的密度，汽相分率。2.换热器的负荷。3.出口物料的汽相分率，汽相密度，液相密，还可以问物料的粘度，逸度，活度，熵等等。以上的值怎么计算出来？ 好，我们来假设进出口的物料全是理想气体，完全符合理想气体的行为，则其密度可以使用PV=nRT计算出来。并且汽相分率全为1，即该物料是完全气体。由于理想气体的焓与压力无关，则换热器的负荷可以根据水和乙醇的定压热熔计算出来。在此例当中，描述理想气体行为的若干方程，比如涉及至少如下2个方程：1.pv=nRT，2.dH=CpdT. 这就是一种物性方法（aspen plus中称为ideal property method)。简单的说，物性方法就是计算物流物理性质的一套方程，一种物性方法包含了若干的物理化学计算公式。当然这例子选这种物性方法显然运行结果是错误的，举这个例子主要是让大家对物性方法有个概念。对于水-乙醇体系在此两种温度压力下，如果当作理想气体来处理，其误差是比较大的，尤其对于液相。按照理想气体处理的话，冷却后仍然为气体，不应当有液相出现。那么应该如何计算呢？想要准确的计算这一过程需要很多复杂的方程，而这些方程如果需要我们用户去一个个选择出来，则是一件相当麻烦的工作，并且很容易出错。好在模拟软件已经帮我做了这一步，这就是物性方法。对于本例，我们对汽相用了状态方程，srk,液相用了活度系数方程(nrtl,wilson,等等），在aspen plus中将此种方法叫做活度系数法。如果你选择nrtl方程，就称为nrtl方法，wilson方程就成为wilson物性方法(wilson property method)。 在aspen plus中（或者化工热力学中）有两大类十分重要的物性方法，对于初学者而言，了解到此两类物性方法，基本上就可以开始着手模拟工作了。大体而言，根据液相混合物逸度的计算方法的不同，物性方法可以分为两大类：状态方程法和活度系数法。状态方程法使用状态方程来计算汽相及液相的逸度，而活度系数法使用状态方程计算汽相逸度，但是通过活度系
物性分析仪及TPA在果蔬质构测试中的应用综述
物性分析仪及TPA在果蔬质构测试中的应用综述 刘亚平李红波 摘要：质地特性是果蔬极其重要的品质因素，物性分析仪所反映的主要是与力学特性有关的果蔬质地特性，其结果具有较高的灵敏性与客观性，目前已经开始运用于果蔬及其加工制品的物性研究及监测。简述了物性分析仪的原理及质地多面分析法(TPA)测试模式概况，就其在果蔬质构检测中的应用现状、注意事项进行了综述，并展望了其今后的发展方向。 关键词：物性分析仪；果蔬；TPA 新鲜果蔬是人们日常所必须维生素、矿物质和膳食纤维的重要来源，是促进食欲、具有独特的色、香、味、形的保健食品。果蔬组织柔嫩，含水量高，易腐烂变质，不耐贮藏，采后极易失鲜，从而导致品质降低，甚至失去营养价值和商品价值，但通过贮藏保鲜及加工手段就能消除季节性和区域性差别，满足各地消费者对果蔬的消费要求，加强果蔬贮藏 期间的质地特性监测非常重要。 质地在食品物性学中被广泛用来表示食品的组织状态、口感及美味感觉等。评价果实质地特性的参数包括果实的弹性、坚实度、粘性、汁液丰富度等。目前质地测试有两种方法，分别为仪器分析法和感官评定法。大部分情况下两者具有很好的相关性。与感官评定法相比，仪器分析法更容易操作，且重复性好，花费时间更少，也更加方便。目前质构测定在果蔬中的应用处于起步阶段，本文就物性分析仪及TPA 在果蔬质构检测中的应用现状、注意事项及今后发展方向进行了综述。 l 物性分析仪 物性分析仪通过特定的检测方法测定实验对象的质地结构，详细客观的得出相应的参数数据，这些质构指标在一定程度上反映了果实的质地特性和组织结构变化，也间接反映了果蔬保鲜效果，而且此方法迅速准确，特别适用于不易贮藏的果蔬产品和高附加值产品的检测。1．1 物性分析仪简介 物性分析仪(Texture Analyzer)，也称物性测试仪或质构仪，它能够根据样品的物性特点做出数据化的准确表述，是精确的感官量化测量仪器。美、英及台湾等国家和地区应用较早，近些年在我国大陆地区才逐渐被推广和被各厂家接纳。现在已经开发出专门用于食品类质构分析的物性分析仪，前期物性仪主要应用于面制品领域，利用不同探头设计的几种程序涵盖了面包、馒头、饺子、面条、蛋糕、饼干等多种面食领域。物性分析仪在国内外被很多研究机构作为重要研究仪器和研究手段，是业内公认的物性(质构)标准检测仪器，尤其近年来随着食品加工行业的不断发展，物性分析仪越来越受到研究人员的青睐。物性分析仪主要包括主机、专用软件、备用探头以及附件。其基本结构一般是由一个能对样品产生变形作用的机械装置，一个用于盛装样品的容器和一个对力、时间和变形率进行记录的记录系统组成。主机与微机相连，主机上的机械臂可以随着凹槽上下移动，探头与机械臂远端相接，与探头相对应的是主机的底座，探头和底座有十几种不同的形状和大小，分别适用于各种标本。仪器主要围绕着距离、时间和作用力对试验对象的物性和质构进行测定，并通过对它们相互关系的处理、研究，获得对象的物性测试结果。也就是说，物性分析仪所反映的主要是与力学特性有关的食品质地特性。测试前，首先按试验对象的测试要求，选用合适探头，并根据待测物的形状大小，调整横梁与操作台的间距，然后选择电极转速及操作台的运动方向，当操作台及待测物运动以后，启动计算机程序进行数据采集，并进行数据处理分析和处理。 目前常见的食品物性分析仪有由英国Stable Micro System(SMS)公司设计生产的TA—XT 食品物性测试仪；美国Food Technology Corporation(FTC)公司设计的TMZ型、TMDX 型等系列食品物性分析系统；瑞典泰沃公司设计生产的TXT型质构仪；美国Brookfield公司生产
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BKT-100型材料磁性综合测量系统 一、仪器简介 在科研、国防和生产实践中，经常需要对各种材料磁性进行研究和检测，特别是急需有适应性强、灵敏度高、准确可靠、使用方便的磁测仪器。随着科学的发展，对仪器又提出了测量自动化智能化的要求，振动样品法恰好满足上述要求，它是以感应法为基础并配用近代电子技术发展起来的一种新型磁测仪器。它的工作原理是将样品放置在稳定的磁场中并使样品相对于探测线圈作小幅度周期振动，则可得到与被测样品磁矩成正比的信号，再将这信号用适当的电子技术放大、检波转换成易于测量的电压信号，即可构成振动样品磁性测量仪（VSM）。由于这种仪器具有灵敏度高、准确可靠、结构简单、使用方便而且特别适合测量粉末样品等特点，它已广泛的应用于物质的磁性研究中，作为磁测量的最基本手段在科研实验室中普遍采用。 磁致伸缩薄膜材料在微机电系统(MEMS)等领域有着广泛的应用，由于磁致伸缩薄膜材料一般要做在特定的基片上面，要对磁致伸缩系数λ进行直接测量就显得十分困难。对于固定一端的带基片的磁致伸缩薄膜材料的悬臂梁，当磁致伸缩薄膜层在外磁场作用下发生形变时悬臂梁就会产生一定的微挠度，本仪器通过测量悬臂梁的微挠度，进而计算出材料的磁致伸缩系数λ。微挠度通过激光光杠杆放大法进行测量，具有操作简便、设备要求低的优点，再配以光电传感器，能方便地实现测量的计算机自动化。基于磁致伸缩和材料力学理论，通过测量悬臂梁的微挠度，计算出材料的λ。块体磁致伸缩薄膜材料则通过样品顶端的伸缩推动一联动的反射镜使激光束偏移。利用VSM系统的可变磁场和数据采集仪表，应用光杠杆放大和高精度光位置传感器（PSD）技术我们将块体和薄膜材料磁致伸缩系数测量集成到一套测量系统中，充分利用了仪器设备的硬件资源，扩展了仪器的应用范围。 本仪器还集成了四探针薄膜材料磁电阻测量单元和材料（薄膜或块体）霍尔效应测量单元。因篇幅关系在此略去其测量原理叙述。 BKT-100型材料磁性综合测量系统专门为高校和科研院所设计,可以方便快速确定样品的多项磁学特性，是一套设计结构紧凑、功能强、自动化程度高、性价
橡胶热物性参数测量规范
橡胶热物性参数测量方法 1.试验原理 瞬态平面热源法测定材料热物性的原理是将Hot Disk探头放置在两片样品之间，通过施加足以引起探头温升几分之几度至几度的电流，同时及记录电阻(温度)增加与时间的关系,通过了解电阻的变化可以知道热量的损失，从而反映样品的导热性能。 2.术语和定义 热扩散系数α：热扩散系数又叫导温系数，它表示物体在加热或冷却中，温度趋于均匀一致的能力。 导热系数k: 导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，℃），在1h内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度（W/(m·K)。 比热容c：比热容又称比热容量，简称比热，是单位质量物质的热容量，即单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。 3.试样 圆形试样（或长方形试样）：相同形状和大小的经过硫化的橡胶块两块，厚度≥8mm，直径6cm,表面光滑平整。 4.实验仪器 Hot Disk 热常数分析仪（Hot Disk TPS500）、高低温恒温箱 5.试验温度 测量温度范围为20℃-150℃，取10个测量点，分别为20℃、40℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、130℃、150℃。
6.测量步骤 6.1 样品安装 1. 把探头安装到室温样品支架 2. 把其中一个样品放置到样品支架的台面上，并通过两个螺丝调整它的高度 使样品的表面和已经水平固定的探头处于同一个平面。 3. 把第二个样品放置到探头的上面，使用探头上方的单个螺丝给样品加压固 定。最好的样品安装应该使Hot Disk探头置于这个螺钉的中心位置。将一个小的金属片放置于样品顶部可以保证单轴的压力。 4.将安装好的样品和支架放入恒温箱中，连接探头的高温导线从温箱侧面的通 道与TPS相连（使用RS232端口）。 6.2样品预热 为了得到理想的实验结果，确保样品和周围环境温度的相对稳定是很重要的。尤其是在高温下或低温下测试样品的导热系数。注意；温箱中加热时尽管显示的温度已经达到设置的炉温，但是要使样品达到同样的温度需要更久的时间来确保温度的稳定。根据经验橡胶预热时间设定为90分钟。 6.3开始测试 a 选择试验参数 启动Hot Disk装置，选择块体(类型I)，Hot Disk热常数分析仪软件的主窗口将会显示之前使用过的实验设定。测试时间设置为40s，测试功率为20mW，探头选择5465型号，电缆选择红色电缆（最高温度180℃），温度为当前温箱内的温度，设置完要仔细确认功率大小，如果功率过大将损坏探头，其他参数为默认值。
曲轴在线综合测量系统
汽车生产过程的在线检测技术是现代汽车制造技术中不可缺少的重要组成部分，它不但能够准确地判断产品质量性能指标和工艺技术参数是否达到设计要求，而且通过对检测数据的分析处理，能够正确判断这些指标和参数失控的状况和产生原因，然后通过信息反馈对工艺设备进行及时地调整以消除失控现象，从而达到保证产品质量和稳定生产过程的目的。 常用的曲轴测量方法 由于曲轴加工精度高、形状复杂且被测参数多，常用检测设备如机械式量检具、通用计量仪器以及三坐标测量机等都不能适应高精度、大批量生产的需要，因此，国内外较先进的曲轴生产线一般都配有在线综合测量机作为曲轴终检工序中的关键设备。 多参数综合测量系统由于采用了计算机技术，不仅提高了检测过程的自动化程度，还能实现一次装卡定位同时测量多个尺寸、形状位置等综合参数，因而对曲轴这种结构复杂、参数多、精度高、必须100%进行检测的重要零件有着广泛的应用前景。 对于工序间测量和最终测量，常用的测量方法主要是电动测量和气动测量两种。由于电动测量便于数据处理、存储和控制，因而多参数测量及曲轴综合测量机宜采用电动测量，但它存在结构复杂、成本高、故障率高等缺陷。气动测量有非接触无磨损、结构简单、成本低及操作简单、调整和维修方便等优点和特别适合于内尺寸、小尺寸测量（如小孔、深孔、窄槽等）的特点，目前在汽车生产中较为普及，但传统
气动测量不能作数据处理和存储，不适合多参数测量。近年来发展起来的气电转换技术可以集中气动测量与电动测量的优点，使气动测量也具备数字处理功能，在自动测量领域有着较好的应用前景。开发先进的气电转换技术并应用于曲轴在线综合测量系统，在提高检测精度和效率、降低设备成本等方面均具有重要意义，而且还可拓展气动测量技术在生产中的应用范围，给薄壁、复杂零件实现在线多参数测量提供了很好的借鉴经验。 自主开发曲轴在线综合测量机 东风汽车公司发动机厂引进德国的EQ491发动机曲轴加工自动线终检工序中采用的是39管位气动浮标量仪，经过多年运行，该终检装置的机构磨损和老化情况非常严重，存在很多问题，如： ● 多数管位测量误差较大，重复误差最大达6μm以上，稳定性也不好； ● 没有运算、存储及打印等数据处理功能； ● 不能真实测量径向、轴向跳动量以及圆度、锥度等工艺要求的动态测量项目； ● 由于显示管位多，操作人员常常顾此失彼，易造成视觉疲劳和误判； ● 因缺乏记录输出装置及统计功能，不利于调整和评价设备工艺状况而最终实现质量控制等。
热物性系数的研究0001
热物性系数的研究 热物性是指钢的比热容、导热系数和导温系数。导热系数、热扩散率、比热、热膨胀 系数、热辐射率等与热关系十分密切的物理性能。热物理性能作为材料的基本性能。它与 材料结构、成分和使用温度具有密切而敏感的关系、由此可解决研究中遇到的许多难题。 通过测量热物性可预测其它性能，这是基于热物性与其它某性能基于同一微观机制。对于 钢铁材料，热物性主要的影响因素是温度、成分和显微组织。热物性主要包括以下参数参 数： 比热容：是单位质量物质的热容量，即是单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放 的热量。比热容是表示物质比热容表示物体吸热（或散热）能力的物理量。通常用符号 C 表示。 导热系数：表征物体导热能力的，影响导热系数的因素很大，包括物质的种类、含水 率、温度、压力等。数值上导热系数等于单位温度下热流的密度矢量的模。 导温系数：导温系数反应物体导热能力和单位体积热容量的大小， a 热扩散率也 c 是热物性参数，其只与物质的种类有关。 热常数、导热系数、热扩散率与比热、之间具有确定关系，即导热系数与比热、表观 密度和热扩散率三者的乘积存在一定关系。热常数的测量方法分为两大类，一为稳态法， 另一为非稳态法，稳态法主要特点为：在测试过程中，被测样品的温度场不随时间变化， 直接测得导热系数；非稳态法为测量过程中样品温度场随时间变化，直接测得热扩散率。 1热物性的影响因素 （1）温度 高碳钢的比热容在温度<7500时，随着温度升高比热容逐渐增大；在 750C 左右会出 现一个居里点，到达最大值，然后随温度的上升而开始下降，当温度 >750C ，比容的下将 有所缓慢。 除淬火组织外，常温到10000之间，高碳钢的导热和导温系数明显下降，降幅达 50% 左右。在750C 之前，导热系数下降很快，此后下降速度有所减缓，对于淬火组织在100C 出现一个极小值，在250C 出现一个极大值。 除淬火组织，高碳钢的导温系数在 750C 出现一个极小值，常温到 750C 之间，导温 系数从 0.11左右下降到0.02.之后，导温系数开始上升。淬火组织在 100C 出现一个极小 值，在250C 出现 q gradt
v2地源热泵岩土热物性测试报告标准样式
xxxxx地源热泵岩土热物性测试 技 术 报 告 华中科技大学环境科学与工程学院地源热泵研究所华中科技大学建筑节能技术中心 二O一一年十月
地源热泵岩土热物性测试技术报告 项目名称：xxxxxx 地源热泵岩土热物性测试 测试单位：华中科技大学环境科学与工程学院 地源热泵研究所 华中科技大学建筑节能技术中心 测试时间：2011-10-11 ～2011-10-13
目录 1 测试目的和测试依据....................................................... - 1 - 1.1测试目的 ............................................................. - 1 - 1.2测试参考标准........................................................ - 1 - 2 测试原理与方法 ............................................................ - 2 - 2.1岩土热响应试验..................................................... - 2 - 2.2 现场测试方法 ....................................................... - 5 - 3 测试仪器和要求 ............................................................ - 1 - 3.1规要求................................................................ - 1 - 3.2测试单位测试用岩土热物性测试仪及其检定/校准证书 ........ - 1 - 3.3测试单位地源热泵岩土热物性测试技术研究成果错误!未定义书签。 4 测试方案 .................................................................... - 3 - 4.1项目概况 ............................................................. - 3 - 4.2测试孔成孔条件..................................................... - 3 - 4.3岩土热响应试验测试步骤 .......................................... - 3 -5现场试验数据计算分析和测试结果 ....................................... - 5 - 5.1岩土综合热物性参数................................................ - 5 - 5.2钻孔单位延米（孔深）换热量参考值............................. - 5 -附录现场测试部分原始数据曲线图........................................ - 8 -
综合物性测量系统PPMS
美国Quantum Design公司 综合物性测量系统 （PPMS） 简易产品说明手册 Quantum Design中国子公司 2010年6月
美国Quantum Design公司简介 图1、Quantum Design全球总部 美国Quantum Design公司是1982年由世界上第一台SQUID的设计者创立，坐落于美国加州圣迭戈市。在公司成立的二十多年里，Quantum Design公司专注于打造两种产品线——SQUID磁学测量系统（MPMS）和综合物性测量系统（PPMS）。目前PPMS和MPMS已经成为实验数据可靠的标志，被广泛应用于物理、化学及材料科学等众多研究领域，遍布几乎所有世界一流相关实验室，在中国超过80台PPMS和MPMS正在服务于尖端的课题研究组。 PPMS系统总述 PPMS系统的设计思想是在一个完美控制的低温和强磁场平台上，集成全自动的电学、磁学、热学、光电和形貌等各种物性测量手段。这样的设计使得整个系统的低温和强磁场环境得到了充分的利用、极大减少了客户购买仪器的成本、避免了自己搭建实验的繁琐和误差，可以迅速的实现研究人员珍贵的研究思路。 图2、PPMS系统的设计理念 一个PPMS系统由基本系统和各种拓展功能选件构成；基本系统提供低温和强磁场的环境，以及整个PPMS系统的软硬件控制中心。用户在基本系统平台的基础上选择自己感兴趣的各种测量选件，这些测量选件被称为拓展功能选件。 对于绝大多数常规实验项目，PPMS已经设计好了全自动的测量软件、具有标准测量功能以硬件，如电阻率、磁阻、微分电阻、霍尔系数、伏安特性、临界电流、磁滞回线、比热、热磁曲线、热电效应、塞贝克系数和热导率等等。这些测量方法的可靠性和便捷性在过去的十几年中已经得到世界科学界的认可。经过独特设计，PPMS系统上的各种测量选件之间能够互不干扰，且能够快速简单地相互切换。除此之外，PPMS系统还预留了软件和硬件的接口，使得用户能够通过PPMS系统控制第三方设备，利用PPMS系统的低温强场环境和测量功能进行用户自己设计的实验，如介电、铁电、光电、磁电耦合等测量。 基本系统 PPMS的基本系统按功能可以分为以下几个部分：温度控制，磁场控制、直流电学测量和PPMS控制软件系统、。基本系统的硬件包括测量样品腔、普通液氦杜瓦、超导磁体及电源组件、真空泵、计算机和电子控制系统等。基本系统提供了低温和强磁场的测量环境以及用于对整个PPMS系统控制和对系统状态的诊断的中心控制系统。 样品室 样品室的内径是26mm，测量时样品室处于密封的粗真空或者高真空状态，样品变温是通过液氦冷却样品室的室壁、进而冷却样品室内的传导氦气来降温的（高真空时室壁接触冷却样品）。 温度控制 PPMS系统能够实现快速精准的温度控制，主要得益于多项相关的专利技术。 1、液氦通道双流阻专利设计 可以精确连续控制液氦流量的技术，保证系 统可以在 4.2K以下实现无限长时间的连续 低温测量。 2、带有两个夹层的样品腔（图3左） 配合液氦通道双流阻可以精确地控制样品腔
物理性能测试仪器-中华人民共和国科学技术部
物理性能测试仪器 原值50万以上的对外提供共享服务的大型科学仪器设备总量为20333台（套），其中物理性能测试仪器的数量为1875台（套），占总量的9.2%。物理性能测试仪器中，力学性能测试仪器1002台（套），其他227台（套），光电测量仪器215台（套），颗粒度测量仪器178台（套），声学振动仪器175台（套），大地测量仪器46台（套），探伤仪器32台（套）。
1 脉冲激光溅射沉积系统PLD-450 JGF600 中国上海大学上海 2 激光再生放大器PRO-FIKXP 美国上海大学上海 3 荧光光谱仪FLSP920 英国上海大学上海 4 动态力学分析仪Q800 DMA 美国上海大学上海 5 物理特性测量系统 PPMS-9T 美国上海大学上海 6 水分吸附仪IGAsorp 英国上海大学上海 7 声源定位分析系统GFAI Star48 德国上海市环境科学研究院上海 8 电子万能测试机5569 美国上海市伤骨科研究所上海 9 比表面积和孔隙度分析仪ASAP2020-M 美国上海市检测中心上海 10 光散射法颗粒计数器CLS-1000 美国上海市检测中心上海 11 光测量系统8164B 德国上海市检测中心上海 12 光功率计校准装置IQ-12000 加拿大上海市检测中心上海 13 耐光及耐气候色牢度试验机Ci3000+ 美国上海市服装研究所上海 14 日晒色牢度试验机Ci4000 美国上海市服装研究所上海 15 脉冲试验台BI 1002 ARF 意大利上海市塑料研究所上海 16 拉力试验机Z010 德国上海市塑料研究所上海 17 臭氧老化试验机Argentox Ozone 500 德国上海橡胶制品研究所上海 18 激光粒度分析仪Mastersizer 2000 英国上海市涂料研究所上海 19 万能材料实验机LR-50 英国上海市合成树脂研究所上海 20 拉力机AG-50kNE 日本上海市合成树脂研究所上海 21 万能材料试验机SHT5106 中国上海市机械制造工艺研究所有限公司上海 22 电液伺服疲劳试验机及电子引伸计810 Material test system 美国上海市机械制造工艺研究所有限公司上海 23 试验机配套高温炉及引伸仪ZWICK 德国上海市机械制造工艺研究所有限公司上海 24 便携式超声波相控阵检测仪Olympus OmniScan MX 美国上海市机械制造工艺研究所有限公司上海 25 万能试验机300t SHT4306-W 中国上海市机械制造工艺研究所有限公司上海 26 微机电子万能试验机CMT4204，CMT5305 中国上海市机械制造工艺研究所有限公司上海 27 万能材料试验机附试验机配套高温炉及引伸仪BXC-FR250 德国上海市机械制造工艺研究所有限公司上海 28 轴承压摆疲劳试验台PLS-700 中国上海市轴承技术研究所上海 29 关节轴承磨损试验机PLS-100 中国上海市轴承技术研究所上海 30 关节轴承磨损试验机PLS-300 中国上海市轴承技术研究所上海 31 轴承高速摆动试验台NSDZ-50 中国上海市轴承技术研究所上海 32 液压万能专用试验机ZGPJ19200 中国上海市轴承技术研究所上海 33 巴克豪森应力测试仪Bearing Sca 芬兰上海市轴承技术研究所上海 34 轴承高速摆动试验台NSDZ-20 中国上海市轴承技术研究所上海 35 部件温度冲击设备TC405-Ⅱ中国上海半导体照明工程技术研究中心上海 36 高低温交变湿热箱HUT410P 中国上海半导体照明工程技术研究中心上海 37 快速温度变化试验箱TU403-10 中国上海半导体照明工程技术研究中心上海 38 熔融玻璃旋转粘度计RSV-1600 中国中国建材国际工程集团有限公司上海 39 光谱椭偏仪SenPro 德国中国建材国际工程集团有限公司上海
基于超高分辨TES探测器的模拟与关键器件制备研究
基于超高分辨TES探测器的模拟与关键器件制备研究 超导转变边界传感器(transition edge sensor,TES)是超高分辨探测器最为关键的核心部件之一,在国防科技、核能开发、核安保、反恐、核取证、宇宙学等领域有着广泛的应用前景,它的成功研制对于构建高灵敏、高分辨的先进粒子探测系统具有重大作用。本论文聚焦TES传感器的结构设计、能量沉积规律、制备工艺、性能评估等相关问题,通过理论模拟与实验评估两种手段,掌握TES传感器研制关键技术。①TES传感器结构问题。以继承创新与优化设计为总体研究思路,综合分析国内外已有的Mo/Cu、Au/In、Ti/In、Ti/Au超导膜研究结论与实验室产品,探索并控制研制过程中可能存在的工艺风险,剖析其影响器件超导特性的关键因素,获得TES双层或多层超导膜、支撑、电信号引出等结构参数;②能量沉积与热传导规律。 首先,开展能量沉积物理模型的分析与评估,优化并确定建模参数,计算获得钚材料20keV-200keV范围内多条入Y射线能量与沉积能量的依存关系;其次,针对同一吸收体材质,通过改变其尺寸大小或衬底结构,分别以60 keV、600 keVγ射线作为输入条件,分析了入射能量、吸收体尺寸、衬底结构对能量沉积的影响;在此基础上,采用有限元分析与噪声分析方法,研究了热能在TES器件中的传导规律,初步评估了制约超高分辨率γ射线探测器灵敏度的因素;③超导膜制备工艺。利用磁控溅射装置研究了制备温度、工作气压对Ti、Mo、Cu等单层薄膜生长的影响,获得了掩膜板制备Cu/Mo与Ti/Au双层薄膜的初步工艺条件;利用分子束外延装置,建立了温度与Ti/In双层膜生长状态之间的关系,基本固化了制备Ti/In、Au/In及Ti/Au双层薄膜的技术条件;④性能评估,包括物理性能与超导特性。首先,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、综合物性测量系统等设备,完成了对超导薄膜表面形貌、物理性质等的表征,评判了超导薄膜制备工艺条件对其质量、Ti/In的超导转变温度的影响;其次,优化制备较高质量超导薄膜最佳工艺参数,并利用该参数研制了超导转变温度为300 mK的Ti/Au双层超导薄膜,进一步验证了所选工艺参数的合理性;同时,利用分子束外延的方法成功研制了一系列Ti/In双层超导薄膜,实验建立了 Ti-In双层薄膜超导温度与Ti-In厚度比之间的调控规律。研究结果表明,我们掌握了调控Ti/In薄膜超导转变温度的规律,并成功获得了超导转变温度在645 mK的Ti/In超导薄膜,获得了超导转变温
热物性系数的研究
热物性系数的研究 热物性是指钢的比热容、导热系数和导温系数。导热系数、热扩散率、比热、热膨胀系数、热辐射率等与热关系十分密切的物理性能。热物理性能作为材料的基本性能。它与材料结构、成分和使用温度具有密切而敏感的关系、由此可解决研究中遇到的许多难题。通过测量热物性可预测其它性能，这是基于热物性与其它某性能基于同一微观机制。对于钢铁材料，热物性主要的影响因素是温度、成分和显微组织。热物性主要包括以下参数参数： 比热容：是单位质量物质的热容量，即是单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的热量。比热容是表示物质比热容表示物体吸热（或散热）能力的物理量。通常用符号C 表示。 导热系数：表征物体导热能力的，影响导热系数的因素很大，包括物质的种类、含水率、温度、压力等。数值上导热系数等于单位温度下热流的密度矢量的模。q gradt λ= - 导温系数：导温系数反应物体导热能力和单位体积热容量的大小，a c λ ρ=热扩散率也是热物性参数，其只与物质的种类有关。 热常数、导热系数、热扩散率与比热、之间具有确定关系，即导热系数与比热、表观密度和热扩散率三者的乘积存在一定关系。热常数的测量方法分为两大类，一为稳态法，另一为非稳态法，稳态法主要特点为：在测试过程中，被测样品的温度场不随时间变化，直接测得导热系数；非稳态法为测量过程中样品温度场随时间变化，直接测得热扩散率。 1 热物性的影响因素 （1）温度 高碳钢的比热容在温度<750℃时，随着温度升高比热容逐渐增大；在750℃左右会出现一个居里点，到达最大值，然后随温度的上升而开始下降，当温度>750℃，比容的下将有所缓慢。 除淬火组织外，常温到1000℃之间，高碳钢的导热和导温系数明显下降，降幅达50%
PPMS测试系统原理介绍-已发布论坛
材料综合物性综合测量系统（PPMS）原理及应用 王立锦编 北京科技大学材料学院实验测试中心 2007年6月
材料综合物性综合测量系统（PPMS）原理及应用 美国Quantum Design 公司的产品PPMS( Physics Property Measurement System) 是在低温和强磁场的背景下测量材料的直流磁化强度和交流磁化率、直流电阻、交流输运性质、比热和热传导、扭矩磁化率等综合测量系统。北京科技大学材料学院与美国Quantum Design 公司在北京科技大学材料学院实验中心联合成立了PPMS材料综合物性测量研究实验室，安装了PPMS-9综合物性测量系统、HH-15振动样品磁强计、材料磁电阻效应、霍尔效应及磁致伸缩效应测量仪等仪器，现已全面对学生教学和科研测试开放。 一、实验目的 1、了解PPMS-9综合物性测量系统的结构、组成、测量原理及应用范围； 2、熟悉PPMS-9仪器开关机步骤及更换样品、测量附件的方法； 3、熟悉PPMS-9仪器软件控制程序及参数设置方法； 二、PPMS仪器测量原理和方法 PPMS是Quantum Design 公司在成功推出MPMS1之后，于20 世纪90 年代中期推出的又一款产品。一个完整的PPMS 系统也是由一个基系统和各种选件两个部分构成，根据内部集成的超导磁体的大小基系统分为7 特斯拉、9 特斯拉、14 特斯拉和16 特斯拉系统。但与MPMS 专注于磁测量不同，PPMS 在基系统搭建的温度和磁场平台上，利用各种选件进行磁测量、电输运测量、热学参数测量和热电输运测量。基系统主要包括软件操作系统，温控系统，磁场控制系统，样品操作系统和气体控制系统。下面结合各种选件对PPMS 的测量原理和方法加以说明。 1.交直流磁化率选件 该选件是研究各种材料在低温下磁行为的主要设备之一，包括探杆、样品杆、伺服电机、电子控制部分、精密电源和软件部分(集成于系统软件) 。可以在同一程序中对一个样品先后进行交流磁化率和直流磁化强度的测量而不需要对样品进行任何调。样品杆处于探杆的中间，样品置于样品杆的一端，样品杆的另一端连接在伺服电机上。探杆之外由内到外依次由校正线圈组(用于消除仪器电子装置自身带来的信号增益和漂移) 、抗磁温度计、样品磁矩探测线圈、AC 驱动线圈(用于提供交流磁场) 以及AC 驱动补偿线圈(用于把交流磁场限制在线圈内部、防止它和外部的测量装置相互作用) 组成。 AC 磁化率测量原理交流激发信号被输入到交流驱动线圈中，伺服电机驱动样品依次到两个绕向相反的探测线圈的中心，同时，与时间相关的样品信号被收集。把测得的样品在两个探测线圈中心的信号相减以消除驱动线圈和探测线圈间的随机相互作。通过对多次测量的采样和平均，可以减少测量过程中的信号噪音。与一般交流磁化率测量仪器相比，PPMS上AC磁化率测量装置有两个特点值得指明：首先它没有采用传统的单相锁相技术来处理信号，而是采用高速数字信号处理器(DSP)，这样它