一种高精度筒体线膨胀系数测量装置及方法制造方法及图纸

一种高精度筒体线膨胀系数测量装置及方法，其装置包括连接分光棱镜组件(1)、石英管组件(2)、连接反射镜组件(3)、V型块组件(4)。连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)安装于待测筒体(5)上下法兰两端，石英管组件(2)安装于连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)的V型槽内，温度变化时，测量反射镜和参考反射镜的移动量之差代表了待测件与参考件的长度变化量之差，也即为干涉仪读数。本发明专利技术不仅可以用于测量复合材料筒体结构的线膨胀系数，还能作适应性更改用于测量复合材料杆件及桁架结构的线膨胀系数。本发明专利技术测量装置有设备需求少、使用简单方便、环境适应性强、效率高、精度高的特点。

A high precision measuring device and method for the coefficient of tube expansion

A device and a method for measuring the linear expansion coefficient of a cylinder body with high accuracy are provided. The device comprises a connecting prism component (1), a quartz tube assembly (2), a connecting mirror assembly (3), and a V block assembly (4). Connect the prism assembly (1) and connected with the mirror assembly (3) installed in the test tube (5) at both ends of the upper and lower flange, quartz tube assembly (2) is arranged on a connecting beam splitter assembly (1) and connected with the mirror assembly (3) of the V type groove, when the temperature changes, the amount of mobile measurement mirror and a reference mirror difference represents pieces with the length change of the difference between the reference piece to be measured, namely for the interferometer readings. The invention can not only measure the linear expansion coefficient of the composite material cylinder structure, but also make adaptive changes for measuring the linear expansion coefficient of the composite rod and truss structure. The measuring device of the invention has the characteristics of less equipment, simple and convenient use, strong environmental adaptability, high efficiency and high precision.

【技术实现步骤摘要】
一种高精度筒体线膨胀系数测量装置及方法
本专利技术涉及一种高精度筒体线膨胀系数测量方法，特别是一种可用于空间相机复合材料筒体的线膨胀系数测试的简易装置及方法。
技术介绍
航天高分辨率相机多采用筒体作为支撑结构，温度引起的各光学零件之间的间隔变化将由筒体的线膨胀系数决定，因此，用于航天高分辨率相机的筒体都具有温度线膨胀系数小的特点。碳碳化硅(C/SiC)材料是近几年发展起来的新型复合材料，具有较好的热稳定性，较高比刚度同时重量轻等特点，成为了空间高分辨率相机的首选材料。但碳碳化硅(C/SiC)筒体采用了碳纤维三维编织碳化硅增强成型，其线膨胀系数与纤维线膨胀系数相差很大，且筒体在三个方向的线膨胀系数均不同。要确保筒体线膨胀系数作为关键性能指标满足使用要求，要对其在使用范围内的线膨胀系数进行准确地测量，而测量的关键又在于测量其因温度变化而引起的长度的微小变化量，传统的测量方法存在测量准确度低、装置庞大等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：结合干涉测长原理，利用对比测量法，设计了对称的测量光路，消除其他因素对测试的影响，保证测试精度，提供一种操作简便、通用准确的测量结构的线膨胀系数的方法。本专利技术技术解决问题通过以下技术方案予以实现：一种高精度筒体线膨胀系数测量装置，包括连接分光棱镜组件(1)、石英管组件(2)、连接反射镜组件(3)、V型块组件(4)，待测筒体(5)的两端设有上法兰和下法兰，各部位的位置及连接关系：连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)安装于待测筒体(5)上下法兰两端，安装在待测筒体(5)上后，连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)相对的两个面上设有V型槽，石英管组件(2)的两端分别安装于连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)中的V型槽内；待测筒体(5)安装于V型块组件(4)上，调节V型块组件(4)使筒体(5)的中心轴线相对于地平面水平，调整连接分光棱镜组件(1)、石英管组件(2)和连接反射镜组件(3)相对位置关系使放置在连接分光棱镜组件(1)另一侧干涉仪接收到从连接分光棱镜组件(1)入射经过连接反射镜组件(3)反射后进入干涉仪的信号强度最大；该装置需要在控温条件下，由干涉仪记录待测筒体(5)不同温度下的长度变化量，根据不同温度下的长度变化量，最终计算出待测筒体(5)的线膨胀系数。所述的连接分光棱镜组件(1)包括分光棱镜组件(11)、分光棱镜连接件A(12)和分光棱镜连接件B(13)；分光棱镜组件(11)和分光棱镜连接件A(12)均与分光棱镜连接件B(13)连接，分光棱镜连接件B(13)与待测筒体(5)一端法兰连接，分光棱镜连接件A(12)上开有V形槽；如图4所示，分光棱镜组件(11)包括偏振分光组件(111)、分光棱镜镜室(112)、分光棱镜左盖(113)和分光棱镜右盖(114)；偏振分光组件(111)安装于分光棱镜镜室(112)内，分光棱镜左盖(113)和分光棱镜右盖(114)一起盖住偏振分光组件(111)，起保护作用；偏振分光组件(111)，包括四块棱镜，从上到下依次为反射镜1、分光镜1、分光镜2、反射镜2，分光镜1和分光镜2组合成一个正方形，分光镜1和分光镜2的交界处为分光镜1和分光镜2的胶合面；激光光束从分光镜1入射，一部分光由分光镜1和分光镜2的胶合面透射至连接反射镜组件(3)，经过连接反射镜组件(3)反射后，入射到分光镜2，经过分光镜1和分光镜2的胶合面反射至反射镜2，经过反射镜2反射再由分光镜1和分光镜2透射到反射镜1，经过反射镜1反射到连接反射镜组件(3)，经过连接反射镜组件(3)反射后进入反射镜1，经过反射镜1反射，进入分光镜1，经过分光镜1和分光镜2的胶合面反射，从分光镜1出射，分光镜1的出射光和入射光平行。所述的石英管组件(2)包括石英管(21)、石英管固定连接件(22)和配重(23)；石英管固定连接件(22)安装于石英管(21)内的一端，配重(23)通过连接线与石英管固定连接件(22)连接；石英管(21)的两端分别插入分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)的V型槽内，配重(23)的连接线穿过分光棱镜组件(1)的V型槽，自由悬垂在待测筒体旁；通过配重(23)的自重，使石英管(21)端面与分光棱镜连接件A(12)紧密贴合，防止石英管组件(2)和连接反射镜组件(3)调整完成后石英管(21)发生转动。所述的连接反射镜组件(3)，包括：反射镜连接件A(31)、石英管连接件(32)、反射镜连接件B(33)和反射镜组件(34)；连接反射镜组件(3)通过反射镜连接件A(31)与筒体(5)另一法兰端面连接；反射镜组件(34)，包括：参考反射镜组件(341)、测量反射镜组件(342)和反射镜连接板(343)；反射镜连接板(343)是可拆除的，反射镜连接板(343)拆除前，参考反射镜组件(341)和测量反射镜组件(342)通过反射镜连接板(343)相连；测量反射镜组件(342)通过反射镜连接件B(33)与反射镜连接件A(31)相连，拆除反射镜连接板(343)后，参考反射镜组件(341)通过石英管连接件(32)与石英管(21)相连；如图7所示，参考反射镜组件(341)包括参考反射镜(3411)、参考反射镜镜盖(3412)和参考反射镜镜室(3413)；测量反射镜组件(342)包括测量反射镜(3421)、测量反射镜镜盖(3422)和测量反射镜镜室(3423)；如图8和图9所示，参考反射镜(3411)安装于参考反射镜镜室(3413)内，测量反射镜(3421)安装于测量反射镜镜室(3423)内，参考反射镜镜盖(3412)盖住参考反射镜(3411)，测量反射镜镜盖(3422)盖住测量反射镜(3421)，起保护作用；反射镜连接件(31)上开有V形槽，能够接插石英管(21)；所述的V型块组件(4)包括底座(41)和挡板(42)，挡板(42)安装在底座(41)上，如图10所示。V型块组件(4)共有四个，两个一组，分别托住待测筒体(5)的两侧的法兰，筒壁不与V型块组件(4)接触；底座(41)起支撑法兰的作用，挡板(42)起卡住法兰的限位作用；调节托住待测筒体(5)两侧法兰的V型块组件(4)的距离，使筒体水平。所述的连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)中的金属结构件，均为材料4J32。一种高精度筒体线膨胀系数测量方法，步骤如下：(1)标定测量石英管(21)的线膨胀系数；(2)调节V型块组件(4)使筒体(5)水平，调整连接分光棱镜组件(1)、石英管组件(2)和连接反射镜组件(3)相对位置关系，使从连接分光棱镜组件(1)入射经过连接反射镜组件(3)反射后进入干涉仪的信号强度最大；(3)对测量装置及待测筒体(5)进行控温，记录不同温度时刻干涉仪读数。(4)根据干涉仪读数ΔL，计算出待测筒体(5)的线膨胀系数λm，步骤如下：通过公式(1)计算出不同温度时刻的石英管(21)长度变化量ΔLcΔLc＝λc·Lc·ΔT(1)通过公式(2)计算出测量反射镜位移变化量ΔLm，ΔLm＝ΔL+ΔLc(2)最后根据公式(3)和公式(4)计算出待测筒体(5)的线膨胀系数λm。ΔLm＝λm·Lm·ΔT(3)其中：ΔL为干涉仪读数，即测量反射镜位移变化量减去参考反射镜位移变化量；ΔLm为测量反射镜位移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度筒体线膨胀系数测量装置，其特征在于包括连接分光棱镜组件(1)、石英管组件(2)、连接反射镜组件(3)、V型块组件(4)，待测筒体(5)的两端设有上法兰和下法兰，各部位的位置及连接关系：连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)安装于待测筒体(5)上下法兰两端，安装在待测筒体(5)上后，连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)相对的两个面上设有V型槽，石英管组件(2)的两端分别安装于连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)中的V型槽内；待测筒体(5)安装于V型块组件(4)上，调节V型块组件(4)使筒体(5)的中心轴线相对于地平面水平，调整连接分光棱镜组件(1)、石英管组件(2)和连接反射镜组件(3)相对位置关系使放置在连接分光棱镜组件(1)另一侧干涉仪接收到从连接分光棱镜组件(1)入射经过连接反射镜组件(3)反射后进入干涉仪的信号强度最大；该装置需要在控温条件下，由干涉仪记录待测筒体(5)不同温度下的长度变化量，根据不同温度下的长度变化量，最终计算出待测筒体(5)的线膨胀系数。

【技术特征摘要】
1.一种高精度筒体线膨胀系数测量装置，其特征在于包括连接分光棱镜组件(1)、石英管组件(2)、连接反射镜组件(3)、V型块组件(4)，待测筒体(5)的两端设有上法兰和下法兰，各部位的位置及连接关系：连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)安装于待测筒体(5)上下法兰两端，安装在待测筒体(5)上后，连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)相对的两个面上设有V型槽，石英管组件(2)的两端分别安装于连接分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)中的V型槽内；待测筒体(5)安装于V型块组件(4)上，调节V型块组件(4)使筒体(5)的中心轴线相对于地平面水平，调整连接分光棱镜组件(1)、石英管组件(2)和连接反射镜组件(3)相对位置关系使放置在连接分光棱镜组件(1)另一侧干涉仪接收到从连接分光棱镜组件(1)入射经过连接反射镜组件(3)反射后进入干涉仪的信号强度最大；该装置需要在控温条件下，由干涉仪记录待测筒体(5)不同温度下的长度变化量，根据不同温度下的长度变化量，最终计算出待测筒体(5)的线膨胀系数。2.根据权利要求1所述的一种高精度筒体线膨胀系数测量装置，其特征在于：所述的连接分光棱镜组件(1)包括分光棱镜组件(11)、分光棱镜连接件A(12)和分光棱镜连接件B(13)；分光棱镜组件(11)和分光棱镜连接件A(12)均与分光棱镜连接件B(13)连接，分光棱镜连接件B(13)与待测筒体(5)一端法兰连接，分光棱镜连接件A(12)上开有V形槽；分光棱镜组件(11)包括偏振分光组件(111)、分光棱镜镜室(112)、分光棱镜左盖(113)和分光棱镜右盖(114)；偏振分光组件(111)安装于分光棱镜镜室(112)内，分光棱镜左盖(113)和分光棱镜右盖(114)一起盖住偏振分光组件(111)，起保护作用；偏振分光组件(111)，包括四块棱镜，从上到下依次为反射镜1、分光镜1、分光镜2、反射镜2，分光镜1和分光镜2组合成一个正方形，分光镜1和分光镜2的交界处为分光镜1和分光镜2的胶合面；激光光束从分光镜1入射，一部分光由分光镜1和分光镜2的胶合面透射至连接反射镜组件(3)，经过连接反射镜组件(3)反射后，入射到分光镜2，经过分光镜1和分光镜2的胶合面反射至反射镜2，经过反射镜2反射再由分光镜1和分光镜2透射到反射镜1，经过反射镜1反射到连接反射镜组件(3)，经过连接反射镜组件(3)反射后进入反射镜1，经过反射镜1反射，进入分光镜1，经过分光镜1和分光镜2的胶合面反射，从分光镜1出射，分光镜1的出射光和入射光平行。3.根据权利要求1所述的一种高精度筒体线膨胀系数测量装置，其特征在于：所述的石英管组件(2)包括石英管(21)、石英管固定连接件(22)和配重(23)；石英管固定连接件(22)安装于石英管(21)内的一端，配重(23)通过连接线与石英管固定连接件(22)连接；石英管(21)的两端分别插入分光棱镜组件(1)和连接反射镜组件(3)的V型槽内，配重(23)的连接线穿过分光棱镜组件(1)的V型槽，自由悬垂在待测筒体旁；通过配重(23)的自重，使石英管(21)端面与分光棱镜连接件A(12)紧密贴合，防止石英管组件(2)和连接反射镜组件(3)调整完成后石英管(21)发生转动。4.根据权利要求1所述的一种高精度筒体线膨胀系数测量装置，其特征在于：所述的连接反射镜组件(3)，包括：反射镜连接件A(31)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗世魁，唐璐，曹东晶，潘宁贤，罗廷云，史姣红，岳聪，张志飞，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11