阅读说明：本技术 一种电容式脉冲光探测器 (Capacitive pulse light detector ) 是由 不公告发明人 于 2020-07-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种电容式脉冲光探测器,底部极板置于衬底上,隔离部置于底部极板上,顶部极板置于隔离部上,顶部极板与底部极板相对,顶部极板与底部极板间形成空腔,光声材料部置于空腔上方的顶部极板上。应用时,待测脉冲光照射光声材料部,光声材料部产生声波。在声波作用下,顶部极板振动,改变了顶部极板与底部极板之间的距离,从而改变了顶部极板与底部极板之间的电容,通过测量该电容实现脉冲光辐照能量的探测。因为电容器的电容对两极板之间的距离非常敏感,所以本发明具有探测灵敏度高的优点。此外,本发明制备简单、测量电容的电路成熟,所以本发明还具有成本低的优点。(The invention provides a capacitance type pulse light detector, wherein a bottom polar plate is arranged on a substrate, an isolation part is arranged on the bottom polar plate, a top polar plate is arranged on the isolation part, the top polar plate is opposite to the bottom polar plate, a cavity is formed between the top polar plate and the bottom polar plate, and a photoacoustic material part is arranged on the top polar plate above the cavity. When the photoacoustic material is applied, the pulse light to be measured irradiates the photoacoustic material part, and the photoacoustic material part generates sound waves. Under the action of sound waves, the top polar plate vibrates, the distance between the top polar plate and the bottom polar plate is changed, and therefore the capacitance between the top polar plate and the bottom polar plate is changed, and the detection of the pulse light irradiation energy is achieved through measurement of the capacitance. The invention has the advantage of high detection sensitivity because the capacitance of the capacitor is very sensitive to the distance between the two plates. In addition, the invention has the advantages of simple preparation and mature circuit for measuring the capacitance, so the invention also has the advantage of low cost.)

一种电容式脉冲光探测器

技术领域

本发明涉及脉冲光探测领域，具体涉及一种电容式脉冲光探测器。

背景技术

脉冲光是光源按照一定时间间隔时断时续的发出的光。脉冲光时间短、强度大，能够穿透物质，在物质的表面和内部产生温度梯度，热量以传导的形式从表面传递到内层。近年来，脉冲光在切割、焊接、医疗等领域的应用越来越广泛。在脉冲光的应用中，测量脉冲光辐照出的能量非常重要。

现有测量脉冲光辐照能量的技术多是基于光热效应或光电效应的。基于光热效应的脉冲光探测器具有响应速度慢的缺点；基于光电效应的脉冲光探测器具有响应光谱窄的缺点。基于光声效应的脉冲光探测技术为脉冲光探测提供了新途径。探索基于光声效应的高灵敏、低成本探测方案将有力促进脉冲光应用方面的发展。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种电容式脉冲光探测器，该脉冲光探测器包括衬底、底部极板、隔离部、顶部极板、光声材料部，衬底和隔离部为绝缘材料，顶部极板和底部极板为导电材料，底部极板置于衬底上，隔离部置于底部极板上，顶部极板置于隔离部上，顶部极板与底部极板相对，顶部极板与底部极板间形成空腔，光声材料部置于空腔上方的顶部极板上。

更进一步地，底部极板为圆形，隔离部为环形，顶部极板为圆形。

更进一步地，光声材料部为圆形，光声材料部置于顶部极板的中心位置。

更进一步地，在顶部极板的空腔一侧具有突出部，突出部为导电材料。

更进一步地，突出部位于顶部极板的中心位置。

更进一步地，顶部极板的尺寸小于底部极板的尺寸。

更进一步地，在衬底的底部极板一侧设有吸声膨胀部。

更进一步地，吸声膨胀部设置在衬底表面的凹槽内，凹槽位于底部极板的中心位置。

更进一步地，光声材料部的材料为碳粉、石墨烯和聚合物的混合物。

更进一步地，底部极板的材料为金属，顶部极板的材料为金属薄膜、石墨烯层或碳纳米管层。

本发明的有益效果：本发明提供了一种电容式脉冲光探测器，底部极板置于衬底上，隔离部置于底部极板上，顶部极板置于隔离部上，顶部极板与底部极板相对，顶部极板与底部极板间形成空腔，光声材料部置于空腔上方的顶部极板上。应用时，待测脉冲光照射光声材料部，光声材料部产生声波。在声波作用下，顶部极板振动，改变了顶部极板与底部极板之间的距离，从而改变了顶部极板与底部极板之间的电容，通过测量该电容实现脉冲光辐照能量的探测。因为电容器的电容对两极板之间的距离非常敏感，所以本发明具有探测灵敏度高的优点。此外，本发明制备简单、测量电容的电路成熟，所以本发明还具有成本低的优点。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是电容式脉冲光探测器的示意图。

图2是又一种电容式脉冲光探测器的示意图。

图3是再一种电容式脉冲光探测器的示意图。

图4是再一种电容式脉冲光探测器的示意图。

图中：1、衬底；2、底部极板；3、隔离部；4、顶部极板；5、空腔； 6、光声材料部；7、吸声膨胀部。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本发明提供了一种电容式脉冲光探测器。如图1所示，该脉冲光探测器包括衬底1、底部极板2、隔离部3、顶部极板4、光声材料部6。衬底1 和隔离部3为绝缘材料，顶部极板4和底部极板2为导电材料。底部极板2 置于衬底1上，底部极板2为圆形，底部极板2的材料为金属。隔离部3 置于底部极板2上，隔离部3为环形。顶部极板4置于隔离部3上，顶部极板4为圆形，顶部极板4与底部极板2相对且平行，顶部极板4与底部极板2间形成空腔5。如此一来，空腔5也为圆形。光声材料部6置于空腔 5上方的顶部极板4上。光声材料部6为圆形，光声材料部6置于顶部极板 4的中心位置。光声材料部6的材料为碳粉、石墨烯和聚合物的混合物。但是光声材料部6的材料不限于此，只要在脉冲光的照射下，能够产生声波的材料均在本发明的保护范围内。本实施例中的探测器具有轴对称性，光电材料部6的中心位于轴上。

应用时，待测脉冲光照射光声材料部6，光声材料部6产生声波。在声波作用下，顶部极板4振动，改变了顶部极板4与底部极板2之间的距离，从而改变了顶部极板4与底部极板2之间的电容，通过测量该电容实现脉冲光辐照能量的探测。因为电容器的电容对两极板之间的距离非常敏感，所以本发明具有探测灵敏度高的优点。此外，本发明制备简单、测量电容的电路成熟，所以本发明还具有成本低的优点。

更进一步地，顶部极板4的材料为金属薄膜、石墨烯层或碳纳米管层。这些材料的质量轻，并且具有很好的弹性。当顶部极板4受到声波作用时，顶部极板4向底部极板2方向移动更多，更多地改变顶部极板4与底部极板2之间的电容，提高脉冲光探测的灵敏度。更进一步地，顶部极板4中材料的分布是不均匀的，靠近顶部极板4中心位置处，材料少；远离顶部极板4的中心位置处，材料多。这样一来，在声波作用下，顶部极板4向底部极板2方向移动更多，更多地改变其间的电容，提高脉冲光探测的灵敏度。当顶部极板4为石墨烯层时，在顶部极板4的中心位置附近，石墨烯的层数少；在远离顶部极板4的中心处，石墨烯的层数多。当顶部极板4 为金属薄膜时，在顶部极板4的中心位置附近，金属薄膜的厚度小；在远离顶部极板4的中心处，金属薄膜的厚度大。当顶部极板4的材料为碳纳米管时，在顶部极板4的中心位置附近，碳纳米管层的厚度小；在远离顶部极板4的中心处，碳纳米管的厚度大。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，在顶部极板4的空腔5一侧具有突出部，突出部的材料为导电材料。当顶部极板4为金属薄膜时，突出部为金属材料。当顶部极板4为石墨烯层或碳纳米管时，突出部为金属颗粒。这样一来，较多的电荷聚集在突出部上，电容器的电容变小。当顶部极板4 与底部极板2之间的距离发生变化时，相对来说，更多地改变了顶部极板4 与底部极板2之间的电容，提高了脉冲光探测的灵敏度。

更进一步地，突出部位于顶部极板4的中心位置，与探测器其他组件具有相同的对称性。当顶部极板4与底部极板2间的距离变化时，对顶部极板4与底部极板2之间的电容改变更多，提高脉冲光探测的灵敏度。

实施例3

在实施例2的基础上，如图3所示，顶部极板4的尺寸小于底部极板2 的尺寸。这样一来，相当于改变了平行板电容器一个极板的面积，平行板电容器的电容减小。当顶部极板4与底部极板2之间的距离变化时，相对来说，更多地改变了顶部极板4与底部极板2之间的电容，提高了脉冲光探测的灵敏度。

实施例4

在实施例1的基础上，如图4所示，在衬底的底部极板2一侧设有吸声膨胀部7。当声波作用在吸声膨胀部7时，吸声膨胀部7发生膨胀，挤压底部极板2，使得底部极板2与顶部极板4之间的距离减小，更多地改变顶部极板4与底部极板2之间的距离，更多地改变顶部极板4与底部极板2 之间的电容，提高脉冲光探测的灵敏度。

更进一步地，吸声膨胀部7设置在衬底1表面的凹槽内，凹槽位于底部极板2的中心位置。如此一来，吸声膨胀部7也位于探测器的轴线上，当吸声膨胀部7膨胀时，对顶部极板4与底部极板2之间的电容改变更多，更多地改变顶部极板4与底部极板2之间的电容，提高脉冲光探测的灵敏度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。