線性調(diào)頻多光束激光外差測(cè)量楊氏模量的裝置及測(cè)量方法
【專利摘要】線性調(diào)頻多光束激光外差測(cè)量楊氏模量的裝置及測(cè)量方法，涉及一種測(cè)量楊氏模量的裝置及測(cè)量方法。它是為了解決現(xiàn)有測(cè)量楊氏彈性模量的方法間接測(cè)量量多、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜導(dǎo)致測(cè)量精度低的問(wèn)題。本發(fā)明利用線性調(diào)頻技術(shù)將待測(cè)參數(shù)信息調(diào)制到外差信號(hào)中，通過(guò)對(duì)激光外差的解調(diào)可以精確獲得待測(cè)參數(shù)信息。在測(cè)量樣品線膨脹系數(shù)過(guò)程中，此方法在頻域同時(shí)得到了包含金屬長(zhǎng)度變化量的信息的多個(gè)頻率值，信號(hào)解調(diào)后得到多個(gè)長(zhǎng)度變化量，通過(guò)加權(quán)平均可以得到精確的樣品長(zhǎng)度隨溫度的變化量。以碳鋼絲為例進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，楊氏模量測(cè)量的相對(duì)誤差僅為0.09％，顯著提高了測(cè)量精度。本發(fā)明適用于一種測(cè)量楊氏模量的裝置及測(cè)量方法。
【專利說(shuō)明】線性調(diào)頻多光束激光外差測(cè)量楊氏模量的裝置及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)量楊氏模量的裝置及測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]楊氏彈性模量反映了材料形變與內(nèi)應(yīng)力的關(guān)系，材料受外力作用時(shí)必須發(fā)生形變，其內(nèi)部脅強(qiáng)和脅變(即相對(duì)形變)的比值稱為楊氏彈性模量，它是表征固體材料性質(zhì)的一個(gè)重要物理量，是工程技術(shù)中機(jī)械構(gòu)件選材時(shí)的重要參數(shù)。近幾年來(lái)，在工程測(cè)量技術(shù)中，多采用光杠杠法、光纖傳感器法、CCD法、干涉法、拉伸法和衍射法等，但這些方法間接測(cè)量量較多，偶然誤差較大，且需進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理，因此，這些方法的測(cè)量精度較低，無(wú)法滿足目前高精度測(cè)量的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有測(cè)量楊氏彈性模量的方法間接測(cè)量量多、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜導(dǎo)致測(cè)量精度低的問(wèn)題，從而提供了一種線性調(diào)頻多光束激光外差測(cè)量楊氏模量的裝置及測(cè)
量方法。
[0004]線性調(diào)頻多光束激光外差測(cè)量楊氏模量的裝置，它包括線性調(diào)頻激光器1、第一平面反射鏡2、薄玻璃板3、第二平面反射鏡4、砝碼5、金屬絲6、會(huì)聚透鏡7、光電探測(cè)器8、濾波器9、放大器10、A/D轉(zhuǎn)換電路11和DSP12 ；
[0005]金屬絲6的一端固定在支架上,金屬絲6的另一端固定連接破碼5,所述破碼5的底部貼有第二平面反射鏡4，所述第二平面反射鏡4下方平行放置有薄玻璃板3且有間距；
[0006]線性調(diào)頻激光器I發(fā)射出的激光經(jīng)第一平面反射鏡2反射至薄玻璃板3的下表面，經(jīng)薄玻璃板3分成一號(hào)反射光和透射光，所述透射光入射至第二平面反射鏡4的下表面，該第二平面反射鏡4的下表面與薄玻璃板3將該透射光多次反射后獲得多束二號(hào)反射光，該多束二號(hào)反射光經(jīng)薄玻璃板3透射后，與一號(hào)反射光先后入射至?xí)弁哥R7，并所述會(huì)聚透鏡7會(huì)聚至光電探測(cè)器8的光敏面上，所述光電探測(cè)器8的電信號(hào)輸出端連接濾波器9的電信號(hào)輸入端,所述濾波器9的電信號(hào)輸出端連接放大器10的電信號(hào)輸入端,所述放大器10的電信號(hào)輸出端連接Α/D轉(zhuǎn)換電路11的電信號(hào)輸入端,所述Α/D轉(zhuǎn)換電路11的電信號(hào)輸出端連接DSP12的電信號(hào)輸入端。
[0007]線性調(diào)頻多光束激光外差測(cè)量楊氏模量的裝置的楊氏模量測(cè)量方法，該測(cè)量方法的具體過(guò)程為:
[0008]步驟一、將金屬絲6的上端固定在支架上，下端固定砝碼5，將第二平面反射鏡4的上表面貼固在破碼5的下表面上；
[0009]步驟二、當(dāng)貼有第二平面反射鏡4的砝碼5穩(wěn)定且使金屬絲6處于鉛直方向時(shí)，將薄玻璃板3置于第二平面反射鏡4前30_處，利用二維調(diào)整架調(diào)節(jié)薄玻璃板3，使薄玻璃板3與第二平面反射鏡4平行；
[0010]步驟三、打開(kāi)線性調(diào)頻激光器1，使線性調(diào)頻激光器I發(fā)出的激光以Qtl角為入射角入射至薄玻璃板3 ；
[0011]步驟四、獲取入射至光電探測(cè)器8的激光束的總光場(chǎng)ΕΣα):
[0012]
【權(quán)利要求】
1.線性調(diào)頻多光束激光外差測(cè)量楊氏模量的裝置，其特征在于:它包括線性調(diào)頻激光器(I)、第一平面反射鏡(2)、薄玻璃板(3)、第二平面反射鏡(4)、砝碼(5)、金屬絲(6)、會(huì)聚透鏡(7)、光電探測(cè)器(8)、濾波器(9)、放大器(10)、A/D轉(zhuǎn)換電路(11) DSP(12)； 金屬絲出)的一端固定在支架上，金屬絲(6)的另一端固定連接砝碼(5)，所述砝碼(5)的底部貼有第二平面反射鏡(4)，所述第二平面反射鏡(4)下方平行放置有薄玻璃板(3)且有間距； 線性調(diào)頻激光器(I)發(fā)射出的激光經(jīng)第一平面反射鏡(2)反射至薄玻璃板(3)的下表面，經(jīng)薄玻璃板(3)分成一號(hào)反射光和透射光，所述透射光入射至第二平面反射鏡(4)的下表面，該第二平面反射鏡(4)的下表面與薄玻璃板(3)將該透射光多次反射后獲得多束二號(hào)反射光，該多束二號(hào)反射光經(jīng)薄玻璃板(3)透射后，與一號(hào)反射光先后入射至?xí)弁哥R(7)，并所述會(huì)聚透鏡(7)會(huì)聚至光電探測(cè)器(8)的光敏面上，所述光電探測(cè)器(8)的電信號(hào)輸出端連接濾波器(9)的電信號(hào)輸入端，所述濾波器(9)的電信號(hào)輸出端連接放大器(10)的電信號(hào)輸入端，所述放大器(10)的電信號(hào)輸出端連接Α/D轉(zhuǎn)換電路(11)的電信號(hào)輸入端，所述Α/D轉(zhuǎn)換電路(11)的電信號(hào)輸出端連接DSP(12)的電信號(hào)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性調(diào)頻多光束激光外差測(cè)量楊氏模量的裝置，其特征在于:第二平面反射鏡(4)與薄玻璃板(3)的平行間距為30mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性調(diào)頻多光束激光外差測(cè)量楊氏模量的裝置，其特征在于:金屬絲(6)的長(zhǎng)度為Im,直徑大于0.25mm且小于1mm。
4.基于權(quán)利要求1的線性調(diào)頻多光束激光外差測(cè)量楊氏模量的裝置的楊氏模量測(cè)量方法，其特征在于:該測(cè)量方法的具體過(guò)程為: 步驟一、將金屬絲(6)的上端固定在支架上，下端固定砝碼(5)，將第二平面反射鏡(4)的上表面貼固在破碼(5)的下表面上； 步驟二、當(dāng)貼有第二平面反射鏡(4)的砝碼(5)穩(wěn)定且使金屬絲(6)處于鉛直方向時(shí)，將薄玻璃板(3)置于第二平面反射鏡(4)前30_處，利用二維調(diào)整架調(diào)節(jié)薄玻璃板(3)，使薄玻璃板(3)與第二平面反射鏡(4)平行； 步驟三、打開(kāi)線性調(diào)頻激光器(I)，使線性調(diào)頻激光器(I)發(fā)出的激光以Qtl角為入射角入射至薄玻璃板(3)； 步驟四、獲取入射至光電探測(cè)器(8)的激光束的總光場(chǎng)E2(t):
Es (t) = E1 (t) +E2 (t) +...+Em (t) +...； 其中=E1 (t)為激光束經(jīng)薄玻璃板(3)下表面反射后的反射光場(chǎng),且按公式
【文檔編號(hào)】G01N3/06GK103940677SQ201410206060
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】李彥超, 周巍, 劉明亮, 楊九如, 冉玲苓, 高揚(yáng), 楊瑞海, 杜軍, 丁群, 王春暉, 馬立峰, 于偉波 申請(qǐng)人:黑龍江大學(xué)