光热红外法涂层测厚仪的测量原理
北京东方德菲仪器有限公司-
德国AIM Systems公司的光热红外法涂层测厚仪CoatPro可以离线或在线对涂层厚度进行非接触无损测量，测量时间短适用范围广，可以有效地帮助客户控制质量，节约成本，为客户的产线升级提供可靠的自动化检测手段，并未客户优化工艺提供重要的数据支持。
测量原理：
光热红外法涂层测厚仪CoatPro采用的工作原理是光热红外法。利用光源照射物体表面，通过对激励光源进行强度调制，在材料中产生热波，光源激发的热量通过热波在涂层中向深处传播，这一热波在涂层与基材的边界处反射并传播出涂层以红外热辐射的形式被探测器吸收。涂层越厚，该过程花费的时间越长吗。因此利用红外探测器探测红外热辐射（相移）的信号就可以获得涂层的厚度信息。由于表征涂层厚度（或其他参数）的不是信号幅度而是信号相位，即辐射热波相对于激发光波的时间偏移，因此这种测量方式对测量距离或探测角度的变化不敏感。这样，可以非常高精度地测量涂层厚度和面密度。光热红外法测量的精度在亚微米范围内，通常比目前工业上常用的测量方式要精确得多。
利用光热红外法进行准确的涂层测量必须满足以下两个条件：
1. 表面材料可以吸收光
2. 在涂层和基材之间有足够的热折射率差这些条件适用于绝大多数的材料组合，所以光热红外法涂层测厚仪适用面很广实用性很强。除了可以测量常规的金属基材表面的涂层以外，也可以很好地应用于塑料、橡胶、陶瓷和复合材料表面的涂层测量。测量所使用的激励光源对人体无害，对被测物体表面也仅加热几个开尔文（摄氏度）即可。涂层本身不受测量的影响。如前所述光热红外法涂层测厚仪测量的是信号相位，该信号与测量的距离和角度无关，所以待测物的形状和涂层表面的粗糙度对测量结果没有明显的影响。
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- 光热红外法涂层测厚仪的测量原理
德国AIM Systems公司的光热红外法涂层测厚仪CoatPro可以离线或在线对涂层厚度进行非接触无损测量，测量时间短适用范围广，可以有效地帮助客户控制质量，节约成本，为客户的产线升级提供可靠的自动化检测手段，并未客户优化工艺提供重要的数据支持。
测量原理：
光热红外法涂层测厚仪CoatPro采用的工作原理是光热红外法。利用光源照射物体表面，通过对激励光源进行强度调制，在材料中产生热波，光源激发的热量通过热波在涂层中向深处传播，这一热波在涂层与基材的边界处反射并传播出涂层以红外热辐射的形式被探测器吸收。涂层越厚，该过程花费的时间越长吗。因此利用红外探测器探测红外热辐射（相移）的信号就可以获得涂层的厚度信息。由于表征涂层厚度（或其他参数）的不是信号幅度而是信号相位，即辐射热波相对于激发光波的时间偏移，因此这种测量方式对测量距离或探测角度的变化不敏感。这样，可以非常高精度地测量涂层厚度和面密度。光热红外法测量的精度在亚微米范围内，通常比目前工业上常用的测量方式要精确得多。
利用光热红外法进行准确的涂层测量必须满足以下两个条件：
1. 表面材料可以吸收光
2. 在涂层和基材之间有足够的热折射率差这些条件适用于绝大多数的材料组合，所以光热红外法涂层测厚仪适用面很广实用性很强。除了可以测量常规的金属基材表面的涂层以外，也可以很好地应用于塑料、橡胶、陶瓷和复合材料表面的涂层测量。测量所使用的激励光源对人体无害，对被测物体表面也仅加热几个开尔文（摄氏度）即可。涂层本身不受测量的影响。如前所述光热红外法涂层测厚仪测量的是信号相位，该信号与测量的距离和角度无关，所以待测物的形状和涂层表面的粗糙度对测量结果没有明显的影响。
- 涂层测厚仪基本原理---光热红外法技术及其优势
德国AIM System涂层测厚仪采用光热红外法技术原理测量涂层的厚度，那光热红外法技术是如何进行工作的呢？详情如下：
待测样品在调制光源的激励下吸收了光辐射的能量，产生红外热辐射即热波，由于待测样品内部的多层结构或者自身缺陷而存在分界面特性的差异，导致红外热波在通过分界面时波形发生变化，不同层状结构厚度以及样品缺陷形貌对热波波形变化有不同的影响，通过探测反射热波形的随时间变化及相对激发光信号的延迟可以分析得到待测样品层状结构以及缺陷形貌尺寸的信息。
光热红外技术的技术优势：
1. 无损无接触式测量
2. 适用范围广：
适用于不同材料上的不同涂层的干膜和湿膜厚度测量，
可测量的基材材质不限（金属、塑料、橡胶、复合材料等)，
可测量的涂料种类不限（油漆、粉末涂料、粘胶剂、润滑涂层等）
可测量的涂装工艺不限
3. 可在曲面、粗糙表面和各种厚度的基底上测量
4. 高精度，通常在±0.5µm或更小
5. LED光源，使用安全，无辐射和激光危害
- 光热红外法涂层测厚仪的技术参数及产品特性
AIM Systems 有限责任公司是一家专注于工业涂布涂覆无损检测技术的德国光电科技公司，集研发、生产、销售和服务为一体，拥有非接触无损涂层检测的技术和产品。AIM Systems公司生产的CoatPro涂层测厚仪采用光热红外法工作原理，可以在线或离线对涂层厚度进行无损非接触式测量，测量时间短适用范围广，可以有效地帮助客户控制质量，节约成本，为客户的产线升级提供可靠的自动化检测手段，并未客户优化工艺提供重要的数据支持。
CoatPro涂层测厚仪采用的工作原理是光热红外法。利用光源照射物体表面，通过对激励光源进行强度调制，在材料中产生热波，光源激发的热量通过热波在涂层中向深处传播，这一热波在涂层与基材的边界处反射并传播出涂层以红外热辐射的形式被探测器吸收。涂层越厚，该过程花费的时间越长吗。因此利用红外探测器探测红外热辐射（相移）的信号就可以获得涂层的厚度信息。
光热红外法涂层测厚仪CoatPro的产品特性：
Ø 维护成本低，无磨损件
Ø 简单易用、快速安装，电源线和传输线二合一，以太网供电（POE）
Ø 采用人眼安全的LED光源，无需额外保护措施
Ø 连续测量的方式可实现实时不间断测量
Ø 满足ATEX标准（可选）-采用LED光源，因此可在工业防爆安全区内使用
Ø 自动生产检测报告和数据统计
光热红外法涂层测厚仪CoatPro的技术参数:
精度：±0.1%（或者更优）
测量范围：2-500微米（可根据应用要求扩展）
工作距离：100 ± 80 毫米
允许探测角度：± 70°
测量时间： ＜0.5秒
产品尺寸：33×17×10厘米
产品重量：4.4Kg
电源电压： 交流110-240V，50-60Hz
能耗功率：直流48V，1.5安（max.70w）
供电方式：以太网供电（电源及数据线合一）
数据传输： Ethernet，10/100BaseT
防护等级：IP65（可根据应用要求升级）
产品标准：VDMA 24364（LABS/PWIS）
DIN EN 15042
DIN EN 17119
DIN EN ISO 61010
RoHS适配装置：机器臂、横动装置、固定支架
激励光源：LED光源（可按需要更换为激励光源或UV光源）
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- 涂层测厚仪的产品应用及原理介绍
- 涂层测厚仪可无损地测量磁性金属基体（如钢、铁、合金和硬磁性钢等）上非磁性涂层的厚度（如铝、铬、铜、珐琅、橡胶、油漆等） 及非磁性金属基体（如铜、铝、锌、锡等）上非导电覆层的厚度（如：珐琅、橡胶、油漆、塑料等）。测厚仪应用由于超声波处理方便，并有良好的指向性，超声技术测量金属，非金属材料的厚度，既快又准确，无污染，尤其是在只许可一个侧面可按触的场合，更能显示其优越性，广泛用于各种板材、管材壁厚、锅炉容器壁厚及其局部腐蚀、锈蚀的情况，因此对冶金、造船、机械、化工、电力、原子能等各工业部门的产品检验，对设备安全运行及现代化管理起着主要的作用。超声清洗与超声测厚仪仅是超声技术应用的一部分，还有很多领域都可以应用到超声技术。比如超声波雾化、超声波焊接、超声波钻孔、超声波研磨、超声波抛光、超声马达等等。超声波技术将在各行各业得到越来越广泛的应用。涡流涂镀层测厚仪工作原理1. 基本原理涡流涂镀层测厚仪的基本工作原理是,当测头与被测式样接触时,测头装置所产生的高频电磁场, 使置于测头下的金属导体产生涡流,其振幅和相位是导体与测头之间非导电覆盖层厚度的函数. 即该涡流产生的交变电磁场会改变测头参数,而测头参数变量的大小,并将这一电信号转换处理,即可得到被测涂镀层的厚度.2. 影响测量精度的原因(1) 覆盖层厚度大于25µm时,其误差与覆盖层厚度近似成正比;(2) 基体金属的电导率对测量有影响,它与基体金属材料成分及热处理方法有关;(3) 任何一种测厚仪都要求基体金属有一个临界厚度,只有大于这个厚度,测量才不会受基体金属厚度的影响;(4) 涡流测厚仪对式样测定存在边缘效应,即对靠近式样边缘或内转角处的测量是不可靠的.(5) 试样的曲率对测量有影响,这种影响将随曲率半径的减小明显地增大;(6) 基体金属和覆盖层的表面粗糙度影响测量的精度,粗糙度增大,影响增大;
(7) 涡流测厚仪对妨碍测头与覆盖层表面紧密接触的附着物质敏感.因此测量前应清除测头 和覆盖层表面的污物;测量时应使测头与测试表面保持恒压垂直接触.
- 紫外吸收法和相关红外法的原理是什么？
- 俯视法测量接触角的原理
俯视法接触角测量技术是基于对Laplace-Young模型的深刻理解和准确的运用。早在19世纪初Young和Laplace先后发表了二篇有关表面张力现象和本质的文章，把表面张力与表面二侧的压力差和表面的曲率半径联系起来：
方程中Δp为表面两侧压力差
γ为表面张力
R1和R2为液滴表面正交方向的曲率半径
但是这个看似简单的方程在一般情况下无法求解，直到1882年Bashforth 和Adams把ZX轴对称前提引入Laplace-Young方程推导出了描述处于表面张力和重力平衡时的液滴轮廓的积分方程式：
其中：
β又称为形状因子
α又称为毛细管常数
方程中b为液滴底端O处的曲率半径，可以根据液滴体积和CD值两个边界条件确定
R 为座滴轮廓上一点P（x,z）在纸平面上的主曲率半径
ϕ为轮廓线上点P（x,z）处的切线与X轴的夹角
Δρ 为液滴相与周围相之间的密度差
g 为重力加速度
γ为表面/界面张力
受益于二十世纪末计算机速度的大幅提高和高分辨率数码相机的出现，使得我们对图像数据求解上述方程成为了可能。
简单地说，在已知液体表面张力和密度的前提下，如果我们能够控制液滴的体积并且精确的测量液滴和材料表面三相接触线的形状尺寸，我们就可以利用Laplace-Young模型计算出液滴的三维轮廓，从而准确的得到接触角数值。
- 生物组织红外成像的全新手段——荧光引导光学光热红外显微光谱
红外显微光谱法是非破坏性、结构敏感的检测方法，目前已在基于分子结构的单细胞领域的研究中发挥重大作用，诸如蛋白构象改变、氧化还原、脂质体的产生与降解等。但是受制于红外光谱仪本身的限制，对于生物组织样品来说制样非常困难，因此极大的限制了红外光谱在生物医学方面的应用。
O-PTIR (Optical Photothermal Infrared) 光学光热红外光谱是一种快速简单的非接触式光学技术，通过检测由于本征红外吸收引发的样品表面快速的光热膨胀或收缩，克服了传统IR衍射的极限，空间分辨率可达500 nm。
近期，美国PSC公司又推出了非接触亚微米分辨荧光红外拉曼同步测量系统mIRage-LS，将O-PTIR技术与荧光（FL）进一步有机结合，利用落射荧光快速定位 O-PTIR 测量的区域，提供了对样品荧光标记区域以及邻近未标记组织的化学结构的快速光谱分析。
图 1. FL-OPTIR 显微镜基本原理和观测方法
这项全新的技术对样品要求非常低，而红外光谱的空间分辨率可达亚微米级别，为红外光谱在生物医学方面的应用提供了全新的视角。比如在阿尔茨海默病 (AD) 研究方面，AD的关键病理特征是淀粉样蛋白折叠，这些 β-折叠结构具有特定的振动特征，对于红外光谱来说十分敏感，但是受制于传统红外光谱仪本身的限制，在生物组织样品上直接测量非常困难。而非接触式的FL-PTIR技术却能够很好适用于这些样品，并且已经有多个小组通过实验证明了FL-PTIR能够应用于具有特殊化学敏感性的活细胞成像研究。
Craig Prater等人通过这项技术成功实现了荧光定位下的OPTIR红外观测，并且完成了对组织中单个病理结构内的 β-折叠结构进行结构分析、在脑组织的特定细胞和培养的原代神经元分析。首先，作者使用了12个月周龄的 APP/PS1 转基因小鼠的大脑切片，用淀粉样蛋白特异性发光共轭聚电解质探针mytracker R（Ebba Biotech，Solna，Sweden）进行标记，并用OPTIR进行观测β 折叠结构的分布。相比于传统红外很难定位的问题，FL-OPTIR通过宽场荧光能够快速定位淀粉样蛋白斑块。并直接在脑组织中评估其在单个斑块中的结构。通过 k 均值聚类方法对其进行分析，清楚地显示了在 1630 cm–1处具有高振幅和低振幅的两组光谱的存在，并且具有 1630 cm–1高振幅的光谱清楚地与荧光信号共定位。光谱分析表明 Amytracker 没有对酰胺 I 和 II 区域有明显的吸收，因此表明 Amytracker 可用于 OPTIR 测量的荧光引导。
图 2. FL-OPTIR 对脑组织中的淀粉样斑块进行成像荧光和红外图谱和热图的展示。
在第二个实验中，作者提供了一个概念性方法验证实验，证明 FL-OPTIR 可用于研究组织中的特定细胞类型，而这对传统红外显微光谱法来说十分具有挑战性。为此作者对脑组织中与淀粉样斑块相关的小胶质细胞进行成像，以评估它们的光谱特征，从而了解小胶质细胞是否可以将 Aβ 原纤维转化为单体的问题。这个实验使用 Aβ 特异性抗体 82E1 标记的 16 μm 组织切片，并用抗体 Iba1 对小胶质细胞进行了免疫标记。通过FL-OPTIR可以定位淀粉样斑块附近的小神经胶质细胞并测量 OPTIR 光谱。通过测量，发现 82E1 阳性小胶质细胞表现出β-折叠含量升高，表明小胶质细胞与 Aβ 原纤维相关。
图 3. 脑组织中淀粉样斑块周围小胶质细胞的成像。
在第三个实验中，作者研究了 FL-OPTIR 在培养的原代神经元中 Aβ结构成像的适用性。与组织研究类似，淀粉样蛋白的结构异质性使得研究神经毒性与 Aβ 结构之间的关系仍具有挑战性。因此，为了直接评估神经元中的淀粉样蛋白结构，作者使用FL-OPTIR技术基于荧光信号引导的光谱测量，发现远端比近端神经突部分（分支后）相关的 Aβ 包含更多的 Aβ-聚集体, 作者认为这些神经元隔室可能本质上更容易结合 Aβ或者能够主动运输到远端。
图 4. 初级神经元中 Aβ (1–42) 的结构成像。
总结：
新型成像方法FL-OPTIR 结合了荧光成像和红外光谱来描述生物组织内的结构变化。能够针对复杂系统中的特定细胞、细胞器和分子进行分析和检测，解决了生物标本中红外光谱定位困难的问题。能够直接在组织中定位和分析淀粉样蛋白和相关的小胶质细胞，这可以解决局部环境在 AD 进展中的作用，帮助识别与淀粉样斑块相关的小胶质细胞，并在亚细胞水平上直接研究小胶质细胞中的纤维结构。为复杂样品中的蛋白质和细胞进行红外光谱分析提供了新的测量方法，为红外在生物领域的应用提供更加便捷实验途径。
作为美国PSC公司在中国的代理，Quantum Design中国于2020年将非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统—mIRage系统引入国内，助力中国科研工作者取得一个又一个重大突破：
国内经典案例分享：
南京大学环境学院借助mIRage建立了一种新型的塑料表面亚微米尺度化学变化表征方法。该工作发表在知名期刊Nature Nanotechnology上。
中国农业大学借助mIRage成功实现对玉米粉中痕量微塑料的原位可视化表征。该工作发表在Science of the Total Environment上。
为满足国内日益增长的生物红外表征需求，更好的为国内科研工作者提供专业技术支持和服务，Quantum Design中国北京样机实验室引进了荧光引导光学光热红外显微光谱，为您提供样品测试、样机体验等机会，期待与您的合作！ 欢迎您通过电话：010-85120277/78、邮箱：info@qd-china.com或扫码下方二维码联系我们。
扫描上方二维码，即刻咨询产品详情！
- 生物组织红外成像的全新手段——荧光引导光学光热红外显微光谱
mIRage-LS 全新技术
红外显微光谱法是非破坏性、结构敏感的检测方法，目前已在基于分子结构的单细胞领域的研究中发挥重大作用，诸如蛋白构象改变、氧化还原、脂质体的产生与降解等。但是受制于红外光谱仪本身的限制，对于生物组织样品来说制样非常困难，因此极大地限制了红外光谱在生物医学方面的应用。
O-PTIR (Optical Photothermal Infrared) 光学光热红外光谱是一种快速简单的非接触式光学技术，通过检测由于本征红外吸收引发的样品表面快速的光热膨胀或收缩，克服了传统IR衍射的极限，空间分辨率可达500 nm。
近期，美国PSC公司又推出了非接触亚微米分辨荧光红外拉曼同步测量系统mIRage-LS，将O-PTIR技术与荧光（FL）进一步有机结合，利用落射荧光快速定位 O-PTIR 测量的区域，提供了对样品荧光标记区域以及邻近未标记组织的化学结构的快速光谱分析。
图 1. FL-OPTIR 显微镜基本原理和观测方法
这项全新的技术对样品要求非常低，红外光谱的空间分辨率可达亚微米级别，为红外光谱在生物医学方面的应用提供了全新的视角。比如在阿尔茨海默病 (AD) 研究方面，AD的关键病理特征是淀粉样蛋白折叠，这些 β-折叠结构具有特定的振动特征，对于红外光谱来说十分敏感，但是受制于传统红外光谱仪本身的限制，在生物组织样品上直接测量非常困难。而非接触式的FL-PTIR技术却能够很好适用于这些样品，并且已经有多个小组通过实验证明了FL-PTIR能够应用于具有特殊化学敏感性的活细胞成像研究。
技术成果
01
Craig Prater等人通过这项技术成功实现了荧光定位下的OPTIR红外观测，并且完成了对组织中单个病理结构内的 β-折叠结构进行结构分析、在脑组织的特定细胞和培养的原代神经元分析。首先，作者使用了12个月周龄的 APP/PS1 转基因小鼠的大脑切片，用淀粉样蛋白特异性发光共轭聚电解质探针mytracker R（Ebba Biotech，Solna，Sweden）进行标记，并用OPTIR进行观测β 折叠结构的分布。相比于传统红外很难定位的问题，FL-OPTIR通过宽场荧光能够快速定位淀粉样蛋白斑块。并直接在脑组织中评估其在单个斑块中的结构。通过 k 均值聚类方法对其进行分析，清楚地显示了在 1630 cm–1处具有高振幅和低振幅的两组光谱的存在，并且具有 1630 cm–1高振幅的光谱清楚地与荧光信号共定位。光谱分析表明 Amytracker 没有对酰胺 I 和 II 区域有明显的吸收，因此表明 Amytracker 可用于 OPTIR 测量的荧光引导。
图 2. FL-OPTIR 对脑组织中的淀粉样斑块进行荧光成像和红外图谱和热图的展示。
02
在第二个实验中，作者提供了一个概念性方法验证实验，证明 FL-OPTIR 可用于研究组织中的特定细胞类型，而这对传统红外显微光谱法来说十分具有挑战性。为此作者对脑组织中与淀粉样斑块相关的小胶质细胞进行成像，以评估它们的光谱特征，从而了解小胶质细胞是否可以将 Aβ 原纤维转化为单体的问题。这个实验使用 Aβ 特异性抗体 82E1 标记的 16 μm 组织切片，并用抗体 Iba1 对小胶质细胞进行了免疫标记。通过FL-OPTIR可以定位淀粉样斑块附近的小神经胶质细胞并测量 OPTIR 光谱。通过测量，发现 82E1 阳性小胶质细胞表现出β-折叠含量升高，表明小胶质细胞与 Aβ 原纤维相关。
图 3. 脑组织中淀粉样斑块周围小胶质细胞的成像。
03
在第三个实验中，作者研究了 FL-OPTIR 在培养的原代神经元中 Aβ结构成像的适用性。与组织研究类似，淀粉样蛋白的结构异质性使得研究神经毒性与 Aβ 结构之间的关系仍具有挑战性。因此，为了直接评估神经元中的淀粉样蛋白结构，作者使用FL-OPTIR技术基于荧光信号引导的光谱测量，发现远端比近端神经突部分（分支后）相关的 Aβ 包含更多的 Aβ-聚集体, 作者认为这些神经元隔室可能本质上更容易结合 Aβ或者能够主动运输到远端。
图 4. 初级神经元中 Aβ (1–42) 的结构成像。
总结
新型成像方法FL-OPTIR 结合了荧光成像和红外光谱来描述生物组织内的结构变化。能够针对复杂系统中的特定细胞、细胞器和分子进行分析和检测，解决了生物标本中红外光谱定位困难的问题。能够直接在组织中定位和分析淀粉样蛋白和相关的小胶质细胞，这可以解决局部环境在 AD 进展中的作用，帮助识别与淀粉样斑块相关的小胶质细胞，并在亚细胞水平上直接研究小胶质细胞中的纤维结构。为复杂样品中的蛋白质和细胞进行红外光谱分析提供了新的测量方法，为红外在生物领域的应用提供更加便捷实验途径。
国内经典案例分享
作为美国PSC公司在中国的独 家代理，Quantum Design中国于2020年将非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统—mIRage系统引入国内，助力中国科研工作者取得一个又一个重大突破：
南京大学环境学院借助mIRage建立了一种新型的塑料表面亚微米尺度化学变化表征方法。该工作发表在知名期刊Nature Nanotechnology上。
中国农业大学借助mIRage成功实现对玉米粉中痕量微塑料的原位可视化表征。该工作发表在Science of the Total Environment上。
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为满足国内日益增长的生物红外表征需求，更好地为国内科研工作者提供专业技术支持和服务，Quantum Design中国北京样机实验室引进了荧光引导光学光热红外显微光谱，为您提供样品测试、样机体验等机会，期待与您的合作！电话：010-85120280
邮箱：info@qd-china.com
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- 涂层测厚仪常见故障有哪些
涂层测厚仪可无损地测量磁性金属基体上非磁性涂层的厚度及非磁性金属基体上非导电覆层的厚度，具有测量误差小、可靠性高、稳定性好、操作简便等特点，广泛应用于化工生产、金属制造等领域。但凡仪器或多或少的都会在日常操作中出现各种各样的故障，涂层测厚仪的常见故障有哪些呢？
1.示值不稳定
涂层测厚仪示值显示不稳定的原因主要是来自待测物本身的材料和结构的特殊性，比如本身是否为导磁性材料，如果是导磁性材料我们就要选择磁性涂层测厚仪，如果为导电体，我们就得选择涡流涂层测厚仪。另外，被测物的表面粗糙度和附着物也是引起测厚仪示值不稳定的重要因素，测厚仪的测头对那些妨碍与覆盖层表面紧密接触的附着物质极其敏感。必须保证探头与覆盖层表面直接接触。所以，测量前清除被测物接触面的灰尘等附着物，但不要除去任何覆盖层物质。
2.测得的结果误差较大
可能原因有基体金属磁化、基体金属厚度过小、边缘效应、工件曲率过小、表面粗糙度过大、磁场干扰探头的放置方法等。
3.屏幕不显示数值
先排除是否电池电量不足，再检查测头等线路是否断开或接触不良。
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- positector200涂层测厚仪怎么校准
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