线性调频多光束激光外差测量金属线膨胀系数的方法技术

线性调频多光束激光外差测量金属线膨胀系数的方法，属于材料的线膨胀系数测量领域。本发明专利技术是为了解决现有线膨胀系数测量方法中需要直接测量的参数多、操作复杂，以至于测量误差偏大的问题。本发明专利技术所述的线性调频多光束激光外差测量金属线膨胀系数的装置及方法，基于线性调频技术和激光外差技术，利用线性调频技术将待测参数信息调制到外差信号频率差中，通过对激光外差信号解调可以同时获得多个待测参数，经加权平均处理，进而获得精确待测参数信息。本发明专利技术适用于超精密测量、检测、加工设备、激光雷达系统等，本发明专利技术实验现象明显，实验数据可靠，尤其适用在相干激光测风雷达等工程设计领域中。

【技术实现步骤摘要】
线性调频多光束激光外差测量金属线膨胀系数的方法
本专利技术属于材料的线膨胀系数测量领域。
技术介绍
物体的热膨胀性质反映了材料本身的属性，通常将固体受热后在一维方向上长度的变化称为线膨胀。测量材料的线膨胀系数，不仅对新材料的研制具有重要意义，而且也是选用材料的重要指标之一。在工程结构设计、机械和仪表的制造、材料的加工等过程中都必须考虑材料的热膨胀特性。否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度。考虑失当，甚至会造成工程的损毁，仪表的失灵，以及加工焊接中的缺陷和失败等等。目前，对金属线膨胀系数的测定有光杠杆法、读数显微镜法、电热法和激光干涉法等测量方法。在用这些方法测量的过程中，由于需要直接测量的参数过多，操作较复杂，以至于实验的系统误差与偶然误差偏大，例如，用光杠杆法测金属线膨胀系数时，由于近似公式的采用与复杂的操作使其系统误差偏大，同时，由于读数装置配备不合理引入的偶然误差也较大，以至于其相对误差达4.4％；读数显微镜法由于视觉引起的偶然误差和电热法实际温度与传感器的延迟引起的系统误差等都极大的限制了其测量精度；激光干涉法由于该装置的干涉条纹锐细、分辨率高，同时实验操作简单，从而大大减小本文档来自技高网...

【技术保护点】
线性调频多光束激光外差测量金属线膨胀系数的方法，它是基于线性调频多光束激光外差测量金属线膨胀系数的装置实现的，所述装置包括：线性调频激光器(1)、薄玻璃板(2)、一号平面反射镜(3)、电热炉(4)、温控仪(6)、会聚透镜(7)和光电探测器(8)；线性调频激光器(1)输出的线性调频激光入射到薄玻璃板(2)的前表面，且入射角θ0为锐角，薄玻璃板(2)将该激光分束为一号反射光和折射光，薄玻璃板(2)将该一号反射光反射至会聚透镜(7)上，薄玻璃板(2)将该折射光折射至一号平面反射镜(3)上，该一号平面反射镜(3)与薄玻璃板(2)的后表面将该折射光多次反射后获得多束二号反射光，该多束二号反射光经薄玻璃板...

【技术特征摘要】
1.线性调频多光束激光外差测量金属线膨胀系数的方法，它是基于线性调频多光束激光外差测量金属线膨胀系数的装置实现的，所述装置包括：线性调频激光器(1)、薄玻璃板(2)、一号平面反射镜(3)、电热炉(4)、温控仪(6)、会聚透镜(7)和光电探测器(8)；线性调频激光器(1)输出的线性调频激光入射到薄玻璃板(2)的前表面，且入射角θ0为锐角，薄玻璃板(2)将该激光分束为一号反射光和折射光，薄玻璃板(2)将该一号反射光反射至会聚透镜(7)上，薄玻璃板(2)将该折射光折射至一号平面反射镜(3)上，该一号平面反射镜(3)与薄玻璃板(2)的后表面将该折射光多次反射后获得多束二号反射光，该多束二号反射光经薄玻璃板(2)折射至会聚透镜(7)上，会聚透镜(7)将其接收到的光线汇聚至光电探测器(8)的光敏面上；电热炉(4)用于为待测金属杆(5)均匀加热，温控仪(6)用于控制和检测电热炉(4)的温度；一号平面反射镜(3)固定在待测金属杆(5)的一端，并与待测金属杆(5)的轴线垂直，薄玻璃板(2)与一号平面反射镜(3)平行设置，且薄玻璃板(2)与一号平面反射镜(3)之间的距离在20mm至30mm之间；其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：开启线性调频激光器(1)使线性调频激光器(1)发出的线性调频激光入射到薄玻璃板(2)上，且保证入射角θ0为锐角；同时开启电热炉(4)和温控仪(6)，温控仪(6)采集待测金属杆(5)的温度；步骤二：采集光电探测器(8)输出的光电流I的信号，并将该光电流I的直流项进行滤除从而获得中频电流IIF；步骤三：对步骤二获得的中频电流IIF进行分析，获得干涉信号的频率fp：其中，p为非负整数，为线性调频激光器(1)的调频带宽的变化率，T为调频周期，△F为调频带宽，n为薄玻璃板(2)与一号平面反射镜(3)之间介质的折射率，d为薄玻璃板(2)与一号平面反射镜(3)之间的距离，θ为入射光透射出薄玻璃板(2)的折射角，c为入射光的光速，Kp表示中频外差信号的频率与折射角θ余弦之间的比例系数；步骤四：利用干涉信号的频率fp获得薄玻璃板(2)与一号平面反射镜(3)之间的距离d，获得薄玻璃板(2)与一号平面反射镜(3)之间的距离变化量△d，△d＝d0-d，其中，d0表示薄玻璃板(2)与一号平面反射镜(3)之间的初始距离；步骤五：利用下式获得待测金属杆(5)的线膨胀系数α，其中，l0表示待测金属杆(5)的初始长度，△T＝T1-T2表示待测金属杆(5)的温度变化量，T1表示室温下待测金属杆(5)的温度，T2表示薄玻璃板(2)与一号平面反射镜(3)之间的距离为d时待测金属杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彦超，沈中辉，甄佳奇，杨九如，高扬，冉玲苓，杨瑞海，杜军，丁群，王春晖，马立峰，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23