本發(fā)明總體上涉及物性測(cè)量領(lǐng)域，更特別地，涉及一種測(cè)量桿，其能夠用于測(cè)量樣品的高頻屬性。

背景技術(shù)：

物性測(cè)量系統(tǒng)是物理、化學(xué)和材料等眾多科研領(lǐng)域必需的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備例如，Quantum Design公司制造的綜合物性測(cè)量系統(tǒng)(PPMS)被廣泛地應(yīng)用于諸多實(shí)驗(yàn)室中，并且被用于在低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)條件下測(cè)量樣品的電阻率、磁電阻、霍爾系數(shù)、伏安特性、熱導(dǎo)率等特性。物性測(cè)量系統(tǒng)一般包括樣品室，待測(cè)樣品可被安裝在測(cè)量桿上并且隨測(cè)量桿插入到樣品室中以進(jìn)行測(cè)量。待測(cè)樣品還可通過引線連接到測(cè)量桿上的引線座，當(dāng)測(cè)量桿插入到樣品室中時(shí)，引線座可以對(duì)準(zhǔn)并且連接到樣品室中的電路接頭(例如，多個(gè)管腳(pin))，從而可以對(duì)樣品的電屬性進(jìn)行測(cè)量。

隨著研究的深入，尤其是在材料磁性研究領(lǐng)域，凝聚態(tài)物理學(xué)研究者除了關(guān)注穩(wěn)恒或低頻準(zhǔn)穩(wěn)恒條件下的磁結(jié)構(gòu)與性能之外，近些年開始更加傾向于關(guān)注磁性相關(guān)的結(jié)構(gòu)與性能在溫度與外磁場(chǎng)按照設(shè)定條件變化的情況下隨時(shí)間快速變化的動(dòng)力學(xué)過程。常規(guī)的物性測(cè)量系統(tǒng)只能測(cè)量較低頻率(例如，10kHz)下的交流磁化率，無(wú)法開展高頻高磁導(dǎo)率機(jī)制、磁疇共振、鐵磁共振、超導(dǎo)渦旋組態(tài)有序無(wú)序轉(zhuǎn)變機(jī)理等高頻磁動(dòng)力學(xué)過程相關(guān)物理問題的研究。

近年來，已經(jīng)提出了一些用于測(cè)量材料的高頻屬性的測(cè)量設(shè)備。例如，題為“一種無(wú)接觸式低溫磁運(yùn)輸測(cè)試的樣品桿”的中國(guó)專利申請(qǐng)CN103529407A公開了將同軸電纜、同軸波導(dǎo)和兩根測(cè)試線分別置于四根引導(dǎo)桿中以延伸至并且連接到待測(cè)樣品。此外，題為“一種電磁及光電測(cè)試多功能樣品桿”的中國(guó)專利申請(qǐng)CN104181341A公開了將導(dǎo)電線和光纖分別沿金屬桿的外壁和內(nèi)壁延伸至并且連接到待測(cè)樣品。這些現(xiàn)有技術(shù)均存在一些問題。例如，樣品桿本身一般較細(xì)，即使其為空心的，其內(nèi)部空間也難以容納具有一定粗度的同軸電纜。此外，當(dāng)把同軸電纜纏繞在樣品桿的外部時(shí)，會(huì)增加樣品桿的總體粗度，可能導(dǎo)致樣品桿不能順利插入到測(cè)試設(shè)備中。再者，現(xiàn)有技術(shù)中的樣品桿也沒有給出合適的結(jié)構(gòu)以將例如高頻電信號(hào)施加到待測(cè)樣品。

因此，需要一種改善的測(cè)量桿，其能夠便利地測(cè)量材料在高頻下的各種屬性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的確定和不足，本申請(qǐng)的一個(gè)方面在于提供一種高頻測(cè)量桿，能夠便利地測(cè)量材料在高頻下的各種屬性。

根據(jù)本申請(qǐng)的一示范性實(shí)施例，一種高頻測(cè)量桿，包括：桿體，具有中空的殼體和同心地設(shè)置在所述殼體內(nèi)的芯體，所述殼體和所述芯體均由導(dǎo)電材料形成以用于傳輸高頻信號(hào)；測(cè)量端頭，設(shè)置在所述桿體的第一端以用于容納待測(cè)樣品；以及連接端頭，設(shè)置在所述桿體的與所述第一端相反的第二端，以用于將所述桿體連接到測(cè)量設(shè)備主體。

在一些實(shí)施例中，所述殼體由兩段材料焊接而成，在距離所述第一端1/3處的這一段所述殼體由良導(dǎo)體無(wú)氧銅或銀制成，焊接點(diǎn)到所述第二端由不銹鋼制成，所述芯體由兩段材料焊接而成，在距離所述第一端1/5處的這一段所述殼體由良導(dǎo)體無(wú)氧銅或銀制成，焊接點(diǎn)到所述第二端由不銹鋼制成；以及所述殼體和所述芯體通過絕緣墊片彼此間隔開，所述殼體內(nèi)徑與所述芯體外徑的比值的自然對(duì)數(shù)等于需要匹配的阻抗歐姆數(shù)除以60。

在一些實(shí)施例中，所述桿體還包括一個(gè)或多個(gè)隔熱板，設(shè)在所述殼體上以防止在所述殼體的延伸方向上形成氣體對(duì)流。

在一些實(shí)施例中，所述測(cè)量端頭包括：連接部件，連接到所述殼體，并且所述連接部件設(shè)有樣品室用于容納待測(cè)樣品；限位部件，與所述連接部件同軸設(shè)置，由兩個(gè)內(nèi)徑相同、外徑不同的兩端開口的圓筒構(gòu)成，兩個(gè)圓筒外部相接處形成臺(tái)階；導(dǎo)電柱，設(shè)在所述限位部件的內(nèi)部，并可進(jìn)入所述連接部件的樣品室內(nèi)從而與待測(cè)樣品在一定機(jī)械尺寸范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好電學(xué)接觸；以及鎖頭部件，與所述限位部件連接，用于遮蓋所述限位部件開放的一端。

在一些實(shí)施例中，所述連接部件內(nèi)部中空以用于所述芯體的穿過。

在一些實(shí)施例中，所述限位部件與所述鎖頭部件接觸的側(cè)面還設(shè)有凹槽，所述導(dǎo)電柱相對(duì)所述凹槽設(shè)有凸起，以用于所述導(dǎo)電柱軸向運(yùn)動(dòng)的線程控制在凹槽的深度范圍內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，所述高頻測(cè)量桿還包括：彈性部件，設(shè)在所述導(dǎo)電柱和所述鎖頭部件之間，用于調(diào)節(jié)所述導(dǎo)電柱軸向移動(dòng)的范圍；以及緊固部件，呈兩端開口直徑不同的圓筒狀，其中，直徑大的一端開口與所述連接部件連接，直徑小的一端開口套在所述限位部件臺(tái)階處，從而限制所述限位部件的活動(dòng)。

在一些實(shí)施例中，所述測(cè)量端頭包括：連接部件，呈兩端開口的圓筒狀，連接到所述殼體，與所述桿體同軸設(shè)置；限位部件，內(nèi)部中空并設(shè)有圓環(huán)平臺(tái)，所述限位部件一端與所述連接部件連接；材料臺(tái)，設(shè)在所述限位部件的圓環(huán)平臺(tái)上，用于放置環(huán)狀待測(cè)樣品；以及鎖頭部件，與所述連接部件同軸設(shè)置，用于將所述材料臺(tái)套封于所述限位部件內(nèi)，所述鎖頭部件設(shè)有中心柱，所述中心柱穿過所述材料臺(tái)和所述限位部件從而與所述芯體接觸。

在一些實(shí)施例中，所述圓環(huán)平臺(tái)表面設(shè)有用于放置所述材料臺(tái)的凹槽。

在一些實(shí)施例中，所述材料臺(tái)由多個(gè)圓柱構(gòu)成階梯狀，不同直徑的無(wú)磁絕緣材料的圓柱用于承載不同內(nèi)徑的環(huán)狀樣品。

所述鎖頭部件設(shè)有溫度傳感器和磁場(chǎng)傳感器中的至少一個(gè)，其與設(shè)在所述鎖頭部件端部的引線座連接，以用于監(jiān)控所述測(cè)量桿中樣品的溫度和磁場(chǎng)中的至少一種。

本申請(qǐng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.用無(wú)氧銅替代現(xiàn)有技術(shù)中的電纜，既節(jié)省了空間，又保證了性能；

2.測(cè)量端頭結(jié)構(gòu)精巧、拆裝便利，極大方便了待測(cè)樣品的檢測(cè)。

本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)將從下面參照附圖對(duì)具體實(shí)施方式的描述而變得顯然。

附圖說明

圖1A示出了根據(jù)本申請(qǐng)一實(shí)施例的高頻測(cè)量桿的組裝示意圖。

圖1B示出了根據(jù)本申請(qǐng)一實(shí)施例的高頻測(cè)量桿的測(cè)量端頭的剖面示意圖。

圖1C示出了根據(jù)本申請(qǐng)一實(shí)施例的測(cè)量端頭的連接部件的立體透視圖。

圖1D示出了根據(jù)本申請(qǐng)一實(shí)施例的高頻測(cè)量樣品測(cè)量的示意圖。

圖2A示出根據(jù)本申請(qǐng)另一實(shí)施例的高頻測(cè)量桿的測(cè)量端頭的剖面示意圖。

圖2B示出根據(jù)本申請(qǐng)另一實(shí)施例的高頻測(cè)量樣品測(cè)量的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明的基本原理，下面將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的一些示范性實(shí)施例。但是應(yīng)理解，本發(fā)明并不局限于這些示范性實(shí)施例的精確形式，而是可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改變。

圖1A示出了根據(jù)本申請(qǐng)一實(shí)施例的高頻測(cè)量桿10的組裝示意圖。如圖1A所示，高頻測(cè)量桿10可包括桿體100、測(cè)量端頭200和連接端頭300。測(cè)量端頭200連接到桿體100的第一端，并且用于容納待測(cè)樣品，其具體結(jié)構(gòu)將在后面詳細(xì)描述。連接端頭300連接到與第一端相對(duì)的桿體100的第二端，用于將桿體100連接到測(cè)量設(shè)備主體(未示出)。連接端頭300可以采用現(xiàn)有技術(shù)中使用的各種結(jié)構(gòu)，因此這里不再對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1A所示，桿體100可包括芯體110、殼體120、連接板130和隔熱板140。芯體110呈細(xì)長(zhǎng)圓柱形，可由具有良好導(dǎo)電性的金屬或合金形成，在一些實(shí)施例中，芯體110可由兩段材料焊接形成，具體地，在靠近桿體100第一端的芯體110的1/5處的這一段由良導(dǎo)體無(wú)氧銅或銀制成，而由1/5處到靠近桿體100第二端的這一段由不銹鋼制成，兩段材料接觸處形成有焊接點(diǎn)。殼體120可由兩段材料焊接形成，具體地，在靠近桿體100第一端的殼體120的1/3處的這一段由良導(dǎo)體無(wú)氧銅或銀制成，而由1/3處到靠近桿體100第二端的這一段由不銹鋼制成，兩段材料接觸處形成有焊接點(diǎn)；殼體120具有中空結(jié)構(gòu)，例如為中空?qǐng)A柱形狀。芯體110設(shè)置在殼體120的中空空間內(nèi)。殼體120和芯體110可同心設(shè)置并且通過位于殼體120的中空空間中的絕緣墊圈(未示出)而彼此分隔開。因此，殼體120和芯體110可分別用作同軸電纜的屏蔽導(dǎo)體層和導(dǎo)電芯，以將高頻電信號(hào)從連接端頭300傳輸?shù)轿挥跍y(cè)量端頭200中的樣品。殼體120的內(nèi)徑和芯體110的外徑的比值的自然對(duì)數(shù)等于需要匹配的阻抗歐姆數(shù)除以60，在一些實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)兩端50Ω的匹配傳輸，殼體120的內(nèi)徑與芯體110的外徑的比值可為2.3。殼體120上還可以設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)隔熱板140以防止在桿體100的延伸方向上形成氣體對(duì)流，從而有助于確保樣品室的絕熱效果。此外，隔熱板140上還可以設(shè)置有空洞或缺口以用于在需要時(shí)固定沿桿體100延伸的導(dǎo)線或光纖。

桿體100的一端還設(shè)有連接板130，用于將測(cè)量端頭200連接到桿體100上，在一些實(shí)施例中，可在連接板130上有通孔，在測(cè)量端頭200處設(shè)有螺紋孔，從而通過螺釘螺紋孔配合的方式將測(cè)量端頭200和桿體100連接起來，此種方式的連接便于測(cè)量端頭200的拆裝、替換等。桿體100的另一端可連接到連接端頭300。測(cè)量端頭200用于容納待測(cè)樣品，其具體結(jié)構(gòu)將在下面詳細(xì)描述。

圖1B示出了根據(jù)本申請(qǐng)一實(shí)施例的高頻測(cè)量桿測(cè)量端頭200的剖面示意圖。如圖1B所示，測(cè)量端頭200包括同軸設(shè)置的連接部件210、限位部件220、導(dǎo)電柱230、緊固部件240、鎖頭部件250、彈性部件260和引線座270。下面將詳細(xì)描述各結(jié)構(gòu)。

圖1C示出了根據(jù)本申請(qǐng)一實(shí)施例的測(cè)量端頭的連接部件210的立體透視圖。如圖1C所示，連接部件210呈兩端開口的圓筒形，其一端通過連接板130與桿體100連接，另一端與緊固部件240連接；連接部件210內(nèi)部設(shè)有一圓環(huán)平臺(tái)211從而將連接部件210內(nèi)部分為兩部分，其中，遠(yuǎn)離桿體100的一部分為樣品室，用于容納待測(cè)樣品，靠近桿體100的一部分用于芯體110通過，圓環(huán)平臺(tái)211的內(nèi)徑略大于芯體110的直徑，使得芯體110剛好穿過且能保持不晃動(dòng)；連接部件210遠(yuǎn)離桿體100一端內(nèi)壁還可設(shè)有圓環(huán)凹槽212，用于限位部件220的放置。

返回參照?qǐng)D1B，限位部件220與連接部件210同軸且設(shè)置在連接部件210的圓環(huán)凹槽212的平面上，限位部件220的另一端與鎖頭部件250相連接；限位部件220由兩個(gè)內(nèi)徑相同、外徑不同的且兩端開口的圓筒形成，兩個(gè)圓筒外部相接處形成臺(tái)階221用于緊固部件240的卡扣；限位部件220靠近鎖頭部件250的側(cè)壁還設(shè)有具有一定軸向深度的凹槽241，用于限制導(dǎo)電柱230的移動(dòng)方向及范圍。

導(dǎo)電柱230呈圓柱形，設(shè)在限位部件220內(nèi)部，并可部分的進(jìn)入連接部件210的樣品室內(nèi)，從而與待測(cè)樣品接觸；對(duì)應(yīng)限位部件220的凹槽241一端的側(cè)壁設(shè)有凸起231，凸起231在凹槽241內(nèi)可軸向往復(fù)移動(dòng)，因凹槽241的限制，導(dǎo)電柱230僅能軸向移動(dòng)而不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，凹槽241的深度使得導(dǎo)電柱230移動(dòng)的范圍有限，從而不會(huì)由于過度移動(dòng)而與連接部件210的圓換平臺(tái)211接觸。

緊固部件240呈兩端開口直徑不同的圓筒形，其開口直徑大的一端與連接部件210連接，可通過卡接、螺釘連接等方式連接，優(yōu)選地，在開口直徑大的一端內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)螺紋，在連接裝置210處設(shè)有外螺紋，二者配合連接，這種連接方式便于拆裝；開口直徑小的一端穿過限位部件220小外徑一端，落在限位部件220的臺(tái)階221上，從而將限位部件220卡在連接部件210的凹槽212上，對(duì)限位部件220起到限制固定作用。

鎖頭部件250，其一端與限位部件220連接，用于遮蓋所述限位部件220開放的一端，從而將待測(cè)樣品的測(cè)量環(huán)境與外界隔絕，防止待測(cè)樣品受到外部因素的干擾；其另一端可連接引線座270；鎖頭部件250還可設(shè)有固定孔(圖中未示出)，用于固定溫度傳感器或磁場(chǎng)傳感器，傳感器的引線連接到引線座270，并通過引線座270與測(cè)量桿10所在的腔體的電測(cè)量插座連接，從而將測(cè)得的數(shù)據(jù)傳到外部，以便監(jiān)控測(cè)量桿10中樣品的溫度或磁場(chǎng)相關(guān)的環(huán)境參數(shù)。

彈性部件260設(shè)在導(dǎo)電柱230和鎖頭部件250之間，通過焊接、粘結(jié)等方式與導(dǎo)電柱230連接。當(dāng)沒有待測(cè)樣品放入連接部件210內(nèi)時(shí)，導(dǎo)電柱230的凸起231受重力作用自然的落在限位部件220的凹槽241槽面上；當(dāng)放入待測(cè)樣品后，樣品將導(dǎo)電柱230向上頂起，凸起231離開凹槽241槽面并在凹槽241內(nèi)軸向上移，此時(shí)彈性部件260受到壓縮，直至達(dá)到壓縮平衡，使得導(dǎo)電柱230與待測(cè)樣品在一定機(jī)械尺寸范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好電學(xué)接觸，并保證了待測(cè)樣品和導(dǎo)電柱230這種良好電學(xué)接觸處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。

引線座270可通過機(jī)械加工或3D打印成型的方式制成，且至少含有四個(gè)針孔以便與外部器件連接，從而使得鎖頭部件250上的傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)通過引線座270傳到外部測(cè)量設(shè)備主體。引線座270與鎖頭部件250連接，可通過螺紋連接、卡接等方式連接，在一些實(shí)施例中，在引線座270處設(shè)有通孔，對(duì)應(yīng)的鎖頭部件250設(shè)有螺紋孔，二者通過螺釘配合連接。

圖1D示出了根據(jù)本申請(qǐng)一實(shí)施例的高頻測(cè)量樣品測(cè)量的示意圖。如圖1D所示，將待測(cè)樣品兩端涂上導(dǎo)電涂層，放入連接部件210的樣品室內(nèi)，將測(cè)量端頭200的其他各部件連接好，此時(shí)，待測(cè)樣品涂有導(dǎo)電涂層的兩面，一面與芯體110接觸，一面與導(dǎo)電柱230接觸，芯體將連接端頭300發(fā)出的高頻信號(hào)施加到待測(cè)樣品上，測(cè)得待測(cè)樣品的電學(xué)特性，再將測(cè)得的數(shù)據(jù)從待測(cè)樣品傳到連接部件210的側(cè)壁，最終通過與連接部件210連接的殼體120傳回連接端頭300。

圖2A示出根據(jù)本申請(qǐng)另一實(shí)施例的高頻測(cè)量桿的測(cè)量端頭的剖面示意圖。如圖2A所示，測(cè)量端頭200包括連接部件210、緊固部件240、材料臺(tái)280、鎖頭部件250和引線座270。具體地，連接部件210一端與桿體100連接，另一端與緊固部件240連接。緊固部件240由兩個(gè)直徑不同的圓筒構(gòu)成，兩圓筒接觸的地方形成圓環(huán)臺(tái)，且在圓環(huán)臺(tái)表面有一圓環(huán)槽，用于放置材料臺(tái)280。材料臺(tái)280的底部直徑與圓環(huán)槽的直徑相等，使得材料臺(tái)280恰好卡于圓環(huán)槽內(nèi)；材料臺(tái)280由由無(wú)磁絕緣材料制成；在一些實(shí)施例中，材料臺(tái)280可由直徑不同的扁圓柱層疊出階梯狀，不同直徑的圓柱層用于承載不同內(nèi)徑的環(huán)狀樣品；材料臺(tái)280軸心處設(shè)有通孔，用于鎖頭部件250的中心柱251通過。鎖頭部件250與緊固部件240連接，將材料臺(tái)280及待測(cè)材料封閉在鎖頭部件250與緊固部件240形成的空間內(nèi)，給待測(cè)樣品提供了穩(wěn)定的環(huán)境；鎖頭部件250設(shè)有一中心柱251，其穿過材料臺(tái)280的通孔以及緊固部件240圓環(huán)臺(tái)中心從而與芯體110連接；鎖頭部件250另一端與引線座270連接。

圖2B示出根據(jù)本申請(qǐng)另一實(shí)施例的高頻測(cè)量樣品測(cè)量的示意圖。

如圖2B所示，將環(huán)狀待測(cè)樣品套入材料臺(tái)280對(duì)應(yīng)的圓柱層，將測(cè)量端頭200的其他各部件連接好，此時(shí)，芯體110與鎖頭部件250的中心柱251連接，連接端頭300發(fā)出的高頻信號(hào)通過芯體110施加到中心柱251上，并繞過環(huán)形待測(cè)樣品，測(cè)得待測(cè)樣品的磁學(xué)特性，再?gòu)倪B接部件210的側(cè)壁經(jīng)由殼體120傳回連接端頭300。

本實(shí)施例的其他部件與上一實(shí)施例相似，此處不再贅述。

綜上所述，本申請(qǐng)以無(wú)氧銅作為芯體置入桿體內(nèi)，既保證了桿體的細(xì)度，使桿體能夠順利插入測(cè)試設(shè)備中，又能保證承受測(cè)量需要的導(dǎo)電量，同時(shí)，本申請(qǐng)的高頻測(cè)量桿結(jié)構(gòu)拆卸便利，可替換使用不同測(cè)量端頭以測(cè)量待測(cè)樣品的電學(xué)特性或磁學(xué)特性，使得本申請(qǐng)使用靈活、便于推廣應(yīng)用。顯然本申請(qǐng)為一種新穎、進(jìn)步并深具實(shí)用性的新設(shè)計(jì)。

雖然上面參照示范性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的范圍和思想的情況下，可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化和修改。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物定義。