物體在力熱磁電多場(chǎng)作用下折射率變化測(cè)量裝置及方法
【專利摘要】物體在力熱磁電多場(chǎng)作用下折射率變化測(cè)量裝置及方法，涉及材料科學(xué)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】。該裝置包括背景散斑、力熱磁電加載平臺(tái)、抽真空試驗(yàn)箱、CCD相機(jī)及含有計(jì)算程序的計(jì)算機(jī)。該方法利用物體在力熱磁電多場(chǎng)作用下折射率變化測(cè)量裝置，將被測(cè)物體置于力熱磁電加載平臺(tái)上，加力加載、加熱、加磁場(chǎng)和電場(chǎng)，在加載前后用CCD相機(jī)透過物體拍攝背景散斑，將拍攝圖像輸入計(jì)算機(jī)用數(shù)字圖像相關(guān)算法（DIC）計(jì)算得到背景散斑的位移場(chǎng)，通過計(jì)算可以得到物體的折射率變化分布。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，易于實(shí)現(xiàn)，可對(duì)物體受力、加熱和外加電磁場(chǎng)作用下的折射率變化作實(shí)時(shí)在線、全場(chǎng)分布測(cè)量。
【專利說明】物體在力熱磁電多場(chǎng)作用下折射率變化測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用數(shù)字相關(guān)圖像技術(shù)測(cè)量物體在力熱磁電多場(chǎng)作用下折射率的變化，屬于材料科學(xué)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光學(xué)材料研究的發(fā)展，用光學(xué)材料制備出的光學(xué)器件在精密制造、探測(cè)定位、信息傳感等方面有著廣闊的應(yīng)用前景，而這些光學(xué)器件在工作環(huán)境中受熱、受力和外加電磁場(chǎng)作用，其折射率發(fā)生變化進(jìn)而對(duì)其性能產(chǎn)生影響。
[0003]通常測(cè)量光學(xué)材料折射率的光學(xué)方法有臨界角法、最小偏向角法和V棱鏡法，這些光學(xué)方法一般都是點(diǎn)測(cè)量，無法獲取光學(xué)材料折射率的全場(chǎng)分布?，F(xiàn)今研究環(huán)境因素如加熱、受力、外加電磁場(chǎng)等因素對(duì)光學(xué)材料折射率造成的影響，采用的測(cè)量方法基本上是單點(diǎn)測(cè)量，沒有考慮實(shí)際情況中加熱、受力等環(huán)境影響因素的非均勻性，所以亟待一種多物理場(chǎng)作用下折射率變化的全場(chǎng)非均勻分布測(cè)量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種物體在力熱磁電多場(chǎng)作用下折射率變化測(cè)量裝置及方法，該裝置及方法可以對(duì)物體隨環(huán)境溫度變化、受力、外加電磁場(chǎng)作用下的全場(chǎng)折射率變化進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)可以得出物體折射率隨這些環(huán)境因素變化的關(guān)系式。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種物體在力熱磁電多場(chǎng)作用下折射率變化測(cè)量裝置，其特征在于:該裝置包括抽真空試驗(yàn)箱、力熱磁電加載平臺(tái)、背景散斑、照明光源、CCD相機(jī)及含有計(jì)算程序的計(jì)算機(jī)；被測(cè)物體置于力熱磁電加載平臺(tái)上，所述的力熱磁電加載平臺(tái)、背景散斑、照明光源置于抽真空試驗(yàn)箱內(nèi)，抽真空試驗(yàn)箱上方開有觀察窗，力熱磁電加載平臺(tái)設(shè)置在觀察窗和背景散斑之間，C⑶相機(jī)對(duì)準(zhǔn)觀察窗并通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連；所述的背景散斑是人工生成的隨機(jī)圖像，所述的被測(cè)物體為透明物體。
[0007]所述的力熱磁電加載平臺(tái)包括加載力的機(jī)械拉伸裝置、加載熱的電加熱裝置、力口載電場(chǎng)的電極和加載磁場(chǎng)的電磁鐵或永磁鐵。
[0008]本發(fā)明提供的物體在力熱磁電多場(chǎng)作用下折射率變化測(cè)量方法，該方法包括如下步驟測(cè)量物體在力熱磁電多場(chǎng)作用下折射率變化:
[0009]其特征在于該方法包括如下步驟:
[0010]a).將被測(cè)物體(7)置于力熱磁電加載平臺(tái)上夾持固定，設(shè)定CCD相機(jī)與被測(cè)物體距離為L，被測(cè)物體與背景散斑距離為D，被測(cè)物體厚度為B，垂直于厚度方向截面積為S，常溫下的折射率為n。，CXD相機(jī)透過被測(cè)物體拍攝加載前背景散斑；
[0011]b).用力熱磁電加載平臺(tái)(2)對(duì)被測(cè)物體分別施加力、熱、磁場(chǎng)、電場(chǎng)或同時(shí)施加所述幾種加載方式，并記錄加載狀態(tài)應(yīng)力σ、溫度Τ、磁場(chǎng)強(qiáng)度H、電場(chǎng)強(qiáng)度Ε，用CCD相機(jī)透過被測(cè)物體拍攝加載后背景散斑；[0012]c).將加載前后的背景散斑圖輸入計(jì)算機(jī)(6)，用數(shù)字圖像相關(guān)方法計(jì)算加載前后拍攝的背景散斑位移場(chǎng)(AXtj, Λ Ytj),其中被測(cè)物體表面記為OXY平面，背景散斑平面記為0JJ。平面，光線沿被測(cè)物體厚度方向垂直物體平面透過被測(cè)物體，其中AXyAYtj分別為相機(jī)記錄加載前后散斑x、y方向位移，Φχ、分別為光線沿被測(cè)物體厚度方向垂直物體表面透過被測(cè)物體后的沿x、y方向偏折角，Φχ、Φ,由下式計(jì)算:
【權(quán)利要求】
1.物體在力熱磁電多場(chǎng)作用下折射率變化測(cè)量裝置，其特征在于:該裝置包括抽真空試驗(yàn)箱(1)、力熱磁電加載平臺(tái)(2)、背景散斑(3)、照明光源(4)、C⑶相機(jī)(5)及含有計(jì)算程序的計(jì)算機(jī)(6);被測(cè)物體(7)置于力熱磁電加載平臺(tái)上(2)，所述的力熱磁電加載平臺(tái)(2)、背景散斑(3)、照明光源(4)置于抽真空試驗(yàn)箱內(nèi)，抽真空試驗(yàn)箱上方開有觀察窗(la)，力熱磁電加載平臺(tái)設(shè)置在觀察窗和背景散斑之間，CCD相機(jī)對(duì)準(zhǔn)觀察窗并通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連；所述的背景散斑是人工生成的隨機(jī)圖像，所述的被測(cè)物體為透明物體。
2.按照權(quán)利要求1所述的物體在力熱磁電多場(chǎng)作用下折射率變化測(cè)量裝置，其特征在于:所述的力熱磁電加載平臺(tái)包括加載力的機(jī)械拉伸裝置、加載熱的電加熱裝置、加載電場(chǎng)的電極和加載磁場(chǎng)的電磁鐵。
3.采用如權(quán)利要求1所述裝置的物體在力熱磁電多場(chǎng)作用下折射率變化測(cè)量方法，其特征在于該方法包括如下步驟: a).將被測(cè)物體(7)置于力熱磁電加載平臺(tái)上夾持固定，設(shè)定CCD相機(jī)與被測(cè)物體距離為L，被測(cè)物體與背景散斑距離為D，被測(cè)物體厚度為B，垂直于厚度方向截面積為S，常溫下的折射率為n。，CCD相機(jī)透過被測(cè)物體拍攝加載前背景散斑； b).用力熱磁電加載平臺(tái)(2)對(duì)被測(cè)物體分別施加力、熱、磁場(chǎng)、電場(chǎng)或同時(shí)施加所述幾種加載方式，并記錄加載狀態(tài)應(yīng)力σ、溫度Τ、磁場(chǎng)強(qiáng)度H、電場(chǎng)強(qiáng)度Ε，用CCD相機(jī)透過被測(cè)物體拍攝加載后背景散斑； c).將加載前后的背景散斑圖輸入計(jì)算機(jī)(6)，用數(shù)字圖像相關(guān)方法計(jì)算加載前后拍攝的背景散斑位移場(chǎng)(AXtj, AYtj),其中被測(cè)物體表面記為OXY平面，背景散斑平面記為OtjXtX平面，光線沿被測(cè)物體厚度方向垂直物體平面透過被測(cè)物體，其中AXpAYtj分別為相機(jī)記錄加載前后散斑x、y方向位移，Φχ、分別為光線沿被測(cè)物體厚度方向垂直物體表面透過被測(cè)物體后的沿x、y方向偏折角，Φχ、Φ,由下式計(jì)算:
【文檔編號(hào)】G01N21/41GK103698299SQ201310610863
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】馮雪, 張長興, 屈哲 申請(qǐng)人:清華大學(xué)