一種光電式材料熱膨脹系數(shù)測定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]該實(shí)用新型涉及到物理學(xué)中的電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)，特別是將電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)綜合應(yīng)用于物理學(xué)中。
【背景技術(shù)】
[0002]材料的熱膨脹系數(shù)測量對掌握材料的屬性、正確應(yīng)用各種材料是非常必要的，傳統(tǒng)的材料熱膨脹測定采用光杠桿和尺讀望遠(yuǎn)鏡的方法測量材料的長度增長量，該方法操作不便，調(diào)節(jié)耗時，調(diào)節(jié)正確后容易受到外界干擾，測量誤差較大。本實(shí)用新型采用光電技術(shù)原理，且采用光學(xué)放大技術(shù)將微小位移進(jìn)行放大，通過光電微位移傳感器測定光斑的位移進(jìn)而確定物體的位移大小，提高位移測量靈敏度和精確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了提高材料膨脹系數(shù)測量的靈敏度和精確度，解決傳統(tǒng)方法操作不便的問題，設(shè)計(jì)一種光電式材料熱膨脹系數(shù)測定裝置，該裝置包括支架(I)、加熱筒(2)、待測試件(3 )、頂桿(4 )、擋光板(5 )、光源(6 )、PSD傳感器(7 )、溫度傳感器(8 )、放大器I (9 )、放大器II (10),單片機(jī)(11)、按鍵(12)和顯示器(13);加熱筒(2)固定在支架(I)底座上，擋光板
(5)、光源(6)、PSD傳感器(7)安裝在支架(I)的橫桿上，光源(6)與PSD傳感器(7)固定，擋光板(5)可上下移動；待測試件(3)裝入加熱筒(2)中，頂桿(4)安裝在待測試件(3)與擋光板(5)中間；溫度傳感器(8)安裝在加熱筒(2)的側(cè)壁中。頂桿(4)安裝在待測試件
[3]之上和擋光板(5)之下，當(dāng)待測試件(3)受熱膨脹時，推動頂桿(4)上移，進(jìn)而推動擋光板(5)上移。擋光板(5)具有水平透光狹縫，光源(6)發(fā)出的光穿過擋光板(5)的透光狹縫照射到PSD傳感器(7)上得到光斑并產(chǎn)生光電流，當(dāng)待測試件(3)受熱膨脹時PSD傳感器(7 )上的光斑上移，PSD傳感器(7 )輸出的電流改變。PSD傳感器(7 )具有兩路電流輸出，分別送入到放大器I (9)和放大器II (10)轉(zhuǎn)換成兩路直流電壓，再送入到單片機(jī)(11)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)單片機(jī)(11)處理獲得待測試件(3)的伸長量。溫度傳感器(8)用于測量待測試件(3 )的溫度變化，并將數(shù)據(jù)輸送到單片機(jī)(11)。
[0004]該實(shí)用新型的有益效果是提高了材料膨脹系數(shù)測量的靈敏度和精確度，操作方便。
【附圖說明】
[0005]圖1為裝置安裝示意圖，圖2為測量電路方框圖。圖1和圖2中，I為支架、2為加熱筒、3為待測試件、4為頂桿、5為擋光板、6為光源、7為PSD傳感器、8為溫度傳感器、9為放大器1、10為放大器I1、11為單片機(jī)、12為按鍵、13為顯示器。
【具體實(shí)施方式】
[0006]該實(shí)用新型包括支架(1)、加熱筒(2)、待測試件(3)、頂桿(4)、擋光板(5)、光源[6]、PSD傳感器(7)、溫度傳感器(8)、放大器I(9)、放大器II (10)、單片機(jī)(11)、按鍵(12)和顯示器(13 );加熱筒(2 )固定在支架(I)底座上，擋光板(5 )、光源(6 )、PSD傳感器(7 )安裝在支架(I)的橫桿上，光源(6)與PSD傳感器(7)固定，擋光板(5)可上下移動；待測試件
(3)裝入加熱筒(2)中，頂桿(4)安裝在待測試件(3)與擋光板(5)中間；溫度傳感器(8)安裝在加熱筒(2)的側(cè)壁中。頂桿(4)安裝在待測試件(3)之上和擋光板(5)之下，當(dāng)待測試件(3)受熱膨脹時，推動頂桿(4)上移，進(jìn)而推動擋光板(5)上移。擋光板(5)具有水平透光狹縫，光源(6)發(fā)出的光穿過擋光板(5)的透光狹縫照射到PSD傳感器(7)上得到光斑并產(chǎn)生光電流，當(dāng)待測試件(3)受熱膨脹時PSD傳感器(7)上的光斑上移，PSD傳感器(7)輸出的電流改變。PSD傳感器(7)具有兩路電流輸出，分別送入到放大器I (9)和放大器II
(10)轉(zhuǎn)換成兩路直流電壓，再送入到單片機(jī)(11)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)單片機(jī)(11)處理獲得待測試件(3 )的長度增長量。溫度傳感器(8 )用于測量待測試件(3 )的溫度變化，并將數(shù)據(jù)輸送到單片機(jī)(11)。
[0007]本實(shí)施例中，PSD傳感器型號為B0S-PSD0018，該傳感器為一維光位移器件，有效光敏感面積為ImmX 8mm，最高分辨率為0.3Pm，有效敏感波長范圍380nm~1100nm，動態(tài)響應(yīng)時間為0.2μ%溫度傳感器(8)采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20。單片機(jī)(11)采用內(nèi)帶10位AD轉(zhuǎn)換功能的STC12C5410AD。
[0008]本實(shí)施例中，待測試件(3)為金屬棒，當(dāng)金屬棒溫度升高時而伸長，推動頂桿(4)上移，頂桿(4)推動擋光板(5)上移，光源(6)發(fā)出的光線透過擋光板(5)狹縫落在PSD傳感器(7)上的光斑上移，進(jìn)而改變了 PSD傳感器(7)兩路輸出電流的比例。PSD傳感器(7)的兩路輸出電流經(jīng)過兩路放大器后轉(zhuǎn)換成直流電壓，送入單片機(jī)(11)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，單片機(jī)
(11)由AD值計(jì)算出金屬棒的伸長量，再根據(jù)待測試件(3)伸長量與溫度改變量計(jì)算出材料的熱膨脹系數(shù)。
[0009]本實(shí)施例中，按鍵(12)和顯示器(13)連接到單片機(jī)(11)，按鍵(12)用于操作測量過程，顯示器(13)用于顯示測量結(jié)果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光電式材料熱膨脹系數(shù)測定裝置，其特征是包括支架(I)、加熱筒(2)、待測試件(3)、頂桿(4)、擋光板(5)、光源(6)、PSD傳感器(7)、溫度傳感器(8)、放大器I (9)、放大器II (10)、單片機(jī)(11)、按鍵(12)和顯示器(13);加熱筒(2)固定在支架(I)底座上，擋光板(5 )、光源(6 )、PSD傳感器(7 )安裝在支架(I)的橫桿上，光源(6 )與PSD傳感器(7 )固定，擋光板(5)可上下移動；待測試件(3)裝入加熱筒(2)中，頂桿(4)安裝在待測試件(3)與擋光板(5)中間；溫度傳感器(8)安裝在加熱筒(2)的側(cè)壁中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電式材料熱膨脹系數(shù)測定裝置，其特征是頂桿(4)安裝在待測試件(3)之上和擋光板(5)之下，當(dāng)待測試件(3)受熱膨脹時，推動頂桿(4)上移，進(jìn)而推動擋光板(5)上移。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電式材料熱膨脹系數(shù)測定裝置，其特征是擋光板(5)具有水平透光狹縫，光源(6)發(fā)出的光穿過擋光板(5)的狹縫照射到PSD傳感器(7)上得到光斑并產(chǎn)生光電流，當(dāng)待測試件(3)受熱膨脹時PSD傳感器(7)上的光斑上移，PSD傳感器(7)輸出的電流改變。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電式材料熱膨脹系數(shù)測定裝置，其特征是PSD傳感器(7)具有兩路電流輸出，分別送入到放大器I(9)和放大器II (10)轉(zhuǎn)換成兩路直流電壓，再送入到單片機(jī)(11)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)單片機(jī)(11)處理獲得待測試件(3 )的伸長量。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電式材料熱膨脹系數(shù)測定裝置，其特征是溫度傳感器(8)用于測量待測試件(3)的溫度變化，并將數(shù)據(jù)輸送到單片機(jī)(11)。
【專利摘要】一種光電式材料熱膨脹系數(shù)測定裝置包括支架、加熱筒、待測試件、頂桿、擋光板、光源、PSD傳感器、溫度傳感器、放大器I、放大器II、單片機(jī)、按鍵和顯示器；在傳統(tǒng)的金屬線脹系數(shù)測量裝置基礎(chǔ)上，用擋光板、光源、PSD傳感器代替光杠桿和尺讀望遠(yuǎn)鏡裝置。頂桿放置在待測金屬棒上方，擋光板固定在頂桿上部，當(dāng)金屬棒受熱伸長時，金屬棒使頂桿帶動擋光板上移。則光源的光線透過擋光板狹縫落在PSD傳感器的光斑也上移。反之，當(dāng)金屬棒縮短時，光斑下移。光斑的移動引起PSD傳感器的輸出電流改變，經(jīng)過放大后由單片機(jī)檢測并轉(zhuǎn)換成位移大小。單片機(jī)獲得溫差變化和位移大小，從而計(jì)算出金屬線脹系數(shù)。
【IPC分類】G01N25/16
【公開號】CN204945068
【申請?zhí)枴緾N201520768481
【發(fā)明人】高海峽
【申請人】湖南科技學(xué)院
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月8日